什么是卫星通信?

[拼音]：weixing tongxin

[外文]：satellite communication

在各地球站之间，利用一定的多址联接方式，由通信卫星进行信号转发的链路和网络通信（图1）。卫星通信系统主要由通信卫星、地球站和与此二者联系的测控跟踪系统等组成。现代实用通信卫星主要使用地球静止卫星（亦称地球同步卫星），它的理论轨道是和地球自转同步的轨道。卫星定位于赤道上空35786公里高处，卫星运行周期为一个恒星日，即23小时56分04秒，从地面看去，它恰似停在空中静止不动。三颗地球静止卫星组成系统，就可实现全球大部分地区的通信（图2）。与地面通信相比，卫星通信具有更好的广播性，可以在卫星天线波束覆盖的大面积范围内，根据需要建立通信网，不受地形地貌的限制，具有多地址功能。

卫星通信是电子技术与航天技术相结合的结果。关于地球静止卫星的设想，早在40年代就有人提出。1963年地球静止卫星发射成功，从此卫星通信得到迅速发展。1984年中国也成功地发射了地球静止试验通信卫星。卫星通信是一种传输质量好、接续灵活和价廉的通信。它能在大面积范围内提供电话、电报、电视、数据、传真等通信服务；既适于固定通信，又适于移动通信；既是国际通信的主要手段，又是许多国家国内通信的主要手段，它已成为近代通信的重要支柱之一。从国际通信卫星组织所属各代通信卫星（INTELSAT，简称IS）的发展（见表），可看出卫星通信功能不断增强，容量不断扩大，成本不断降低。

它由下列各分系统组成：

（1）转发器分系统及其附属天线分系统，接收来自地球站的电波、将其放大变频后再向地球站发射；

（2）遥测指令分系统，测量卫星内部各种设备的性能；

（3）控制分系统，控制卫星姿态和轨道参数等；

（4）电源分系统（包括太阳电池），供给以上各种设备所需的电能。

它由下列各分系统组成：

（1）天线馈源和跟踪系统，保证地球站天线始终指向处于慢漂状态的卫星；

（2）发射系统（具有大功率放大器和上变频器），把已调信号放大到一定电平以保证地球站具有一定的全向有效辐射功率；

（3）接收系统(具有低噪声放大器和下变频器)，保证接收信号达到一定的信噪比并放大到解调需要的电平；

（4）调制解调和多址联接系统，不仅把传输的基带信号变为与接收机和发射机接口的中频信号，并且保证各地球站按一定的多址联接方式通过卫星建立通信网。地球站还具有与地面通信系统如电缆、微波接力、光纤等通信系统连接的接口装置等。有的地球站(一般为主站)还具有一定数量的并与通信卫星相适应的测控设备，以便对卫星轨道、姿态等外部参数和卫星内部各种设备工作状态进行控制和测量，对卫星转发器电性能进行在轨测量；对通过卫星转发器的各种业务进行管理。地球站站址选择须充分考虑与地面各系统的互相干扰，特别是要避免与微波接力通信系统等相互间的电气干扰。

卫星通信的上行链路(地球站到卫星)或下行链路（卫星至地球站）的信噪比均可表示为

式中C/N是载波接收功率与噪声功率之比;P


是地球站或卫星的全向有效辐射功率，即发射功率与发射天线增益的乘积;L是上行或下行链路的自由空间传播损耗;G/T是卫星或地球站的品质因数，即接收天线增益 G与接收系统噪声温度T之比;B是链路噪声带宽;k是玻耳兹曼常数。此外，在系统设计中还须考虑卫星转发器交调干扰和其他干扰的作用。卫星转发器功率有限，下行链路性能起着决定性的作用。

卫星通信根据不同用途采用不同频段。最早使用1～10吉赫无线电窗频段，包括1.6/1.5吉赫、6/4吉赫、8/7吉赫，后来扩展到14/11吉赫和30/20吉赫附近的频段。在移动通信中还采用225～400兆赫频段。

卫星的全向有效辐射功率不仅取决于卫星转发器行波管输出功率，还与卫星天线波束和天线增益密切相关。为了实现全球通信，卫星天线可以采用照射角为17.34°的覆球波束。这样，三颗卫星可以覆盖除南北极很小一部分地区以外的全球，适合全球通信。对于地区和国内卫星通信业务，只要求波束覆盖规定的地区，可以采用成形波束，以获得较高的卫星天线增益和卫星全向有效辐射功率。对于通信业务特别繁忙的地区，还可以采用区域波束或点波束以获得更好的效果。互相隔离的波束可以共用同一频率；在同一波束内，可用同一频率但采用互相正交的不同极化方式传输不同的信息。这种技术称为频率再用，已得到广泛应用。

卫星通信多采用模拟信号调制的频分多址联接方式(FDMA)，其缺点是交调干扰妨碍卫星转发器功率的有效利用。数字式（如PCM或ΔM）或模拟式（如FM）的每路一载波方式(SCPC)虽然仍属于频分多址联接，但由于在话音间歇时停发载波，通过卫星转发器的载波数降至40％左右，使交调干扰得到缓和。话路可作固定分配或在用户间按需分配。固定分配的设备简单，按需分配可获得更高的效率。每路一载波脉码调制按需分配多址(SPADE)系统是一种把 PCM-SCPC和分散控制的按需分配结合起来的系统。在时分多址联接方式(TDMA)中，各地球站经时间压缩后的高速数字突发信号，在指定时隙传给卫星转发器。这样，在任何时候，都只有一个载波经过卫星转发器，能比较彻底地克服交调干扰，增加卫星全向有效辐射功率，扩大系统容量。如果仅在有话音时才把数字语言插入时隙中，则可进一步增加系统容量。更为先进的是卫星切换-时分多址方式(SS-TDMA)。卫星通信能向用户直接提供高速宽带信道而不受一般窄带用户电路的限制，因而可以实现综合业务数字卫星通信网 (ISDSN)。采用扩频方式实现码分多址联接(CDMA)虽然系统容量小，但其信号淹没在噪声中，具有隐蔽效果，适合于特殊用户。卫星数据传输还可以采用分组交换和随机发送等方式。

卫星通信用的静止轨道和频谱是有限的资源，应有计划地分配卫星轨道位置，合理选取信道分配方式以提高信道利用率，努力开辟新频段并实现频谱的多重利用，使轨道和频谱资源得到合理和充分利用。卫星通信具有通播性，对于机要通信应采取严格的技术保密措施。

参考书目

川桥猛编著，许厚庄等译，杨公谨审校：《卫星通信》，人民邮电出版社，北京，1984。（川橋猛:《衛星通信》，コロナ社，東京，1976。）

参考文章

卫星通信是怎样发展的?测控技术

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