什么是卫星通信?

什么是卫星通信?

[拼音]：weixing tongxin

[外文]：satellite communications

利用通信卫星作为中继站实现地球上各点之间的通信。主要进行电话、电报、电视、传真和数据传输。卫星通信一般只经过一颗卫星，由卫星通信地球站向卫星传输的上行线路和卫星向地球站传输的下行线路完成。但有时信号要经过多颗卫星和多条上、下行线路。卫星通信是60年代中期航天技术与通信技术相结合而产生的新通信手段，它是通过卫星通信系统来实现的。

发展概况

1945年，英国人A.C.克拉克提出在赤道上空35786公里高度的地球静止卫星轨道上，等间隔地放置3颗地球静止卫星，就可实现全球通信的设想（图1）。卫星通信是在空间无线电通信实验基础之上发展起来的。初期利用月球反射进行无源中继通信试验，以后又发射了低轨道的反射型无源卫星。无源卫星反射的信号太微弱，1960年开始有源卫星的通信试验。1962年利用“电星” 1号卫星进行了首次横跨大西洋的通信。1963年美国与日本之间通过“中继” 1号卫星作了第一次跨越太平洋的电视转播。低轨道卫星的通信时间短暂，遂又出现能在各种天气条件下实现昼夜通信的静止卫星。1964年静止通信卫星“辛康” 3号成功地转播了东京夏季奥林匹克运动会的实况。该年成立了国际通信卫星组织，次年，“国际通信卫星”投入商业应用。在此期间，苏联试验了大椭圆轨道的通信卫星（见“闪电”号通信卫星）。70年代卫星通信迅速发展，以解决远距离、大容量通信为主，并向各个应用领域和国内卫星通信的方向深入。中国1972年开始了卫星通信试验，次年分别在北京、上海建造了 3座直径30米天线的标准地球站。1984年4月开始使用中国试验通信卫星进行卫星通信试验。

系统组成

卫星通信系统由空间部分和地球部分组成。空间部分除通信卫星外，还包括管理和控制卫星的地面卫星测控站。地球部分指卫星通信地球站（图2）。

通信卫星

相当于在太空的微波中继站，通过它转发或反射无线电信号（见通信卫星）。

卫星测控站

为保证轨道上的通信卫星正常工作，对卫星跟踪、遥测、遥控和监视的地球站。它往往与一个标准卫星通信地球站设在同一地点，构成 *** 纵卫星和调度安排其他所有地球站业务工作的卫星通信控制中心。

卫星通信地球站

向卫星发射无线电通信信号并同时接收来自卫星信号的设备组合。分为固定地球站、可搬运地球站和移动地球站。卫星通信地球站可以设在陆地上，也可设在海洋和大气层中，例如设在船只和飞机上，因此统称为地球站。

工作原理

卫星接收地球站发来的无线电通信信号，加以放大、变频，然后转发给另一地球站。卫星通信的实质是把地面微波中继站搬到了赤道上空的地球静止卫星轨道上，使地面微波视距一下扩大到18000公里，从而一颗卫星即可覆盖地球表面积的40％左右。

卫星通信具有通信容量大、覆盖区域广、通信质量高、经济效益好的特点，尤其具有其他通信方式所没有的多址灵活性和可移动通信的好处。

设计问题

除高纬度地区的个别国家外，现代世界各国都采用静止卫星通信。在卫星通信系统设计中要考虑以下几个重要问题。

频率

卫星通信的频段主要根据电波传播特点和合理利用无线电频谱等因素确定。通常使用的上、下行频段是6/4、8/7、14/11和30/20吉赫等。用得最广泛的是3.7～4.2吉赫（下行线路）、5.925～6.425吉赫（上行线路），采用14/11吉赫频段的也越来越多，这两个频段已日益拥挤。

轨道位置

通信卫星的轨道位置主要根据其覆盖区内地球站对卫星的仰角要求和与相邻卫星系统不产生相互干扰的原则来确定。选择卫星的轨道位置使地球站天线对卫星的仰角尽量高，这样电波传输距离短，大气衰减小，不受周围环境干扰，通信质量好。但为了避免不同的卫星通信系统之间和卫星通信系统与地面微波系统之间的相互干扰，还需按照国际电信联盟制定的《无线电规则》的有关规定进行协调，两者综合考虑后，再确定卫星可放置的轨道位置。

多址技术

为了区分从同一颗卫星发向不同地球站的信号，可以选用不同的多址通信方式。常见的有频分多址、时分多址、码分多址和空分多址（见通信技术）。在地址信道的分配上又可分为固定预分配多址和按需分配多址。由于信道固定分配给某地址，多数情况下，使信道的利用率不高，所以又发展了各种根据需要临时分配信道的按需分配多址，一旦通信结束，该地址立即释放所占的信道，供其他地址选用，这样信道利用率可大为提高。

延迟和回音抑制

经过静止轨道上卫星的通信信号，来回一次传播约8万公里，时间延迟近0.27秒，使通信双方对话时产生一点不自然的感觉。由于两端地球站二、四线转换器的匹配问题，常会使发话者听到多次相隔约0.53秒的回音，因此需要用回音抑制器来消除时延引起的“回音”。

卫星食和太阳干扰

静止轨道处在赤道平面内，每年春、秋分前后共90天里，每天会发生几分钟至72分钟的卫星食，卫星处在地球的阴影里，在此期间卫星上太阳电池不能工作，要用蓄电池供电。此外，春、秋分前后白天某时刻，从地球站看，太阳和静止卫星在同一方向上，地球站天线将接收到强烈的太阳噪声，使信号明显恶化，此现象称为太阳干扰。它要持续数日，最长一天达10分钟左右。太阳干扰累积时间约占全年的0.02％，但它是可以预报的。在干扰期间，可采用切换到与备份卫星通信的方法来加以避免。

展望

为增加卫星的通信容量和解决常用频段及静止轨道的拥挤，今后将普遍采用频率复用、多波束技术，向更高频段扩展，进一步改善卫星和地球站天线的旁瓣电平，发展接力通信的卫星间链路，使用航天飞机在空间建造大型“通信平台”。卫星通信将广泛应用于由计算机互连的数据网络、电视会议、电视教育、电子邮递、数据采集、新闻报刊印刷、航空航海通信、远距离医疗和诊断、政府行政管理和应急救灾等领域。

参考书目

K.Miya ed.，Satellite Communications Technology，3rd print.，KDD Engineering and Consulting，Tokyo，1983.

参考文章

卫星通信是怎样发展的?测控技术

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