卫星通信

浅述卫星通信系统当今世界已经进入了信息时代，信息技术改变着人们的生活和工作方式，作为信息传输基础的通信技术，越来越与人们的日常生活密切相关。

21世纪通信的发展与多媒体、互联网络、个人通信等高科技产物融合在一起，成为信息产业中发展最为迅速，进步最快的行业。

面对如此迅猛的发展，我们必须以新观念、新思路、新模式和新设计方法去适应未来信息化社会。

卫星通信指的是在两个以上的地球站之间利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波进行的通信，之前提到的地球站是设置在地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站。

它将通信技术、计算机技术与航空航天技术相结合的一项重要成果，并且作为一种远距离通信方式从上世纪五十年代应用至今。

目前，卫星通信广泛应用于国际通信、国内通信、国防、移动通信和广播电视等诸多领域。

较其他传统的通信方式而言，卫星通信具有极大优势，特别是在边远山区、人烟稀少地区、沙漠地区、江河湖泊地区以及海岛等通信不发达的地区，卫星通信具有其他通信手段不可替代的作用。

鉴于卫星通信具有的上述优势，使得它自诞生之日起便迅速发展成为现如今通信领域中最为重要的一种通信方式。

一、卫星通信系统的起源于发展1667年，著名物理学家牛顿在开普勒三定律的基础上，总结出了万有引力定律。

万有引力定律的内容是：任何两个物体之间都存在着引力，其大小与两物体的质量乘积成正比，而与两物体之间的距离平方成反比。

卫星和地球也服从万有引力定律，这就使得牛顿发现的万有引力定律成为卫星诞生的理论基础。

1945年10月，就在第二次世界大战刚刚结束不久，当时的英国空军雷达军官阿瑟〃克拉克（Arthur C.Clark）在《无线电世界》杂志上发表了关于“地球外的中继站”（Extra-Terrestrial Relays）学术性文章。

在文章中，克拉克提出了在圆形赤道轨道上空、高度为35786km处设置1颗卫星，每小时绕地球旋转一次，旋转方向与地球自转方向相同，该卫星与地球以相同的角速度绕太阳旋转，因此，对于地球上的观测者来说，这颗卫星是相对静止的。

另一方面，他还提到，用太阳能做动力，在赤道上空的静止（或称同步）轨道上配置3颗静止卫星，即可实现全球通信。

他所构想的静止轨道同步卫星可以简易的描绘如图1。

图1这是人类在理论基础上，第一次确切的提出了关于卫星的构想，虽然当时人们还只习惯称之为地球外的中继站，但自此，卫星通信系统踏上了一条高速发展的道路。

1957年10月，前苏联成功发射了世界上第一颗低轨人造地球卫星Sputnic。

1958年，美国发射了第一颗卫星，第一次通过卫星实现了话音通信。

1958年，美国宇航局（NASA）发射了“斯柯尔”卫星（Score），通过它传播了艾森豪威尔总统的圣诞节祝词。

1960年，美国国防部发射了“信使”（Covrier）有缘无线电中继卫星，他可以接收和存储360000个字符，并可以转发给地球站。

1962年，美国电话电报公司（AT&T）发射了“电星”（Telsat），它可进行电话、电视、传真和数据的传输。

1964年，美国发射了第一颗禁止轨道的通信卫星“辛康姆”3号（Syncom 3），并利用它成功地进行了电话、电视和传真的传输实验。

同年，国际电信卫星组织（INTELSAT,International Telecommunication Satellite Organization）成立。

至此，卫星通信完成了早期试验阶段而转向使用阶段。

1965年4月，INTELSAT把原名“晨鸟”（Early Bird）的第一代“国际电信卫星”（INTELSAT-I）射入地球同步轨道。

该卫星是一颗商用通信卫星，它首先在大西洋地区开始进行商用国际通信业务。

这标志着卫星通信实验后使用效果良好并进入了实用阶段。

1968年，美国军方发射了“林肯”试验卫星（IES-6）。

1969年，美国军方发射了第一代战术通信卫星（TACSAT-I），它能够转发10000条话音信号。

1970年4月24日，中国拥有了第一颗人造地球卫星，它就是酒泉卫星发射中心发射的“东方红1号”（DFH-1）。

1972年，加拿大通信卫星公司发射了第一颗国内通信卫星“阿尼克”（ANIK），率先开辟了国内卫星通信业务领域，因此取得了一定的经济效益。

1975年，第一次通过卫星从美国道印度成功实现了直接广播试验，广播卫星业务（BSS）开始。

1976年，第一代移动通信卫星发射（3颗静止卫星MARISAT），移动卫星业务（MSS）开始。

1979年，国际海事卫星组织（INMARSAT，International Maritime Satellite）宣告正式成立，他是一个提供全球范围内移动卫星通信的政府间合作机构。

1982年，第一个直接到家庭（DTH）系统在日本进入运行。

1984年4月8日，中国首次成功发射了有中国空间技术研究院研制的“东方红二号”（DFH-2）卫星，该卫星是一颗静止轨道卫星，是中国国内用于远距离电视传输的主要卫星。

“东方红二号”卫星的成功发射翻开了中国利用本国的通信卫星进行卫星通信的历史，是中国成为世界上第5个独立研制和发射静止轨道卫星的国家。

1986年2月1日，中国成果发射了第二颗“东方红二号”卫星。

1988年道1990年，中国相继成功发射了3颗“东方红二号甲”（DFH-2A）卫星，“东方红二号甲”卫星主要为国内的通信、广播、交通、水利、教育等部门提供服务。

1990年，INMARSAT启用了第一个商用航空地球站航空系统，从此开始利用INMARSAT卫星服务于全球。

1995年，商用卫星系统（ORBCOM）第一次传送低速数据试验成功。

1997年5月12日，中国成功发射了第三代通信卫星“东方红三号”（DFH-3）卫星，主要用于电视传输、电话、电报、传真、管波和数据传输等业务。

1998年，通过LEO通信引入手机通信业务，从而使得非静止轨道卫星进入运行阶段。

2000年至2005年，引入了宽带个人通信；Ka频段系统得到迅速发展；多个低轨道和中轨道通信系统将投入运行；与此同时，轨道卫星残骸将成为影响卫星发展的突出问题。

二、卫星通信系统发展现状进入信息化时代，卫星通信系统是实现通信的重要手段之一，无论是在个人通信领域，还是在军队、国家通信领域它都扮演者重要角色。

自1965年通信卫星进入实用阶段到现在，国际通信卫星已经发展到了第九代（Intelsat IX）。

就眼下来说，只需要3颗与地球同步的静止定点卫星，其波束就可覆盖全球，既满足全球远程通信。

1.VSAT卫星通信系统上世纪70年代末80年代初，随着微电子技术的发展，超大规模集成电路、低噪声期间、固态功率放大器以及微型计算机的问世，出现了一种小天线地面站卫星通信系统——VSAT通信系统，VSAT是Very Small Aperture Terminal的英文缩写。

它由于构造简单，安装、拆除简易，机动方便，而且不受高山、湖泊、海洋、沙漠等自然条件阻碍，成为分布于全球各地，倍受使用者青睐的专用通信网。

初期的VSAT卫星通信网是星形网，后来发展成为网状网和混合网；采用的波段从C波段发展到Ku波段，近年来又开始朝更高频率的Ka波段发展；数据传输的速率从即kbit/s到几十Mbit/s。

我国在上世纪90年代初开始布置VSAT卫星通信网的网点建设，它先后被应用于中国人民银行、证券公司、报业部门、民航部门，甚至到国务院的各部委都建有自己的VSAT卫星通信专用网。

由于我国卫星通信事业起步较晚，各方面技术还不够成熟，到目前为止，我国的VSAT 卫星通信系统应用基本上以Ku波段为主，并逐步向Ka波段发展，在今后相当长的一段时间里，随着技术不断成熟，肯定会有更快的发展。

另外，欧洲各国VSAT的发展要从1994年算起，但他们增长速率达到每年增长80%，实用范围也从国家电信管理逐步扩展到私营用户。

俄罗斯及其他东欧国家也陆续发展着自己的VSAT系统2.GPS全球定位系统1958年，美国为了解决北极星核潜艇在深海导航和执行军事任务需要精确定位的问题，开始研制导航卫星，并同时将其方案命名为“子午仪计划”。

1960年，随着第一颗子午仪卫星发射成功，卫星导航从此取代了传统的无线电导航，而现在我们耳熟能详的全球定位系统是实现了全天候、全球性和高精度的连续导航与定位的第二代导航卫星。

全球定位系统（Global Positioning System,GPS）是由美国从20世纪70年代开始研制，1990年研制成功，于1994年投入运行，它是具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定位能力集一身的新一代卫星导航与定位系统。

随着卫星导航定位上技术的领先使得美国在全球各个领域取得的巨大成就，卫星导航技术在世界范围内得到了深入的发展。

近年来，俄罗斯的GLONASS（GLObal Navigation Satellite System）也悄然崛起。

欧盟与欧空局合作，在同一时期开发了新一代导航定位系统——伽利略(Galileo)系统。

中国导航定位技术的应用始于GPS卫星系统，在2000年10月31日发射了第一颗自行组建的导航定位系统——北斗导航定位系统（CNSS），截至2010年8月1日，中国已经发射了六颗北斗导航卫星，并预计在几日内择机发射第七颗北斗导航卫星，中国也因此成为世界上第三个拥有自主卫星导航地位系统的国家。

3.商用Inmarsat卫星通信系统1）海事卫星移动通信系统国际海事卫星通信系统是世界上第一个全球性的移动业务卫星通信系统，它是使用通信卫星作为中继站的船舶无线电通信系统。

它的通信质量好、信道容量大，可全球、全天候、全时通信。

它的出现是用于服务美国海军而于1976年在大西洋、太平洋和印度洋上空发射了三颗海事通信卫星，建成世界上第一个海事卫星通信站。

1979年，国际海事卫星组织成立，在1982年，在美海军使用的海事通信卫星的基础上，建立了国际海事卫星通信系统，成为第一代国际海事卫星通信系统，也是目前国际范围内唯一可以用于航海通信的移动卫星系统。

2）航空卫星移动通信系统Inmarsat卫星通信系统不仅仅有应用于航海通信的通信系统，还有被扩展到用于陆地、航空通信的通信系统。

1988年，利用Inmarsat卫星传输飞机上乘客通话成功，1991年后进入到Inmarsat应用于航空领域的实用阶段。

目前，Inmarsat的航空卫星通信系统已能为旅客、飞机操纵、管理和空中交通控制提供电话、传真和数据业务，实现飞机到飞机的直接通信和导航功能。

三、卫星通信系统的关键技术卫星通信具有覆盖面积大、受地理条件限制少以及通信频带宽等特点，因而成为现代通信中不可或缺的通信手段。

卫星通信是一个复杂的通信系统，其中除涉及电波传播问题以外，还涉及到调制技术、编码技术、多址技术、信道分配技术和信号处理技术等，在此，仅对卫星通信系统中多址和信道分配技术、星上处理交换技术和天线技术进行简要描述。