浅谈卫星通信

王秋燕 武颖 杨征

【摘 要】卫星通信是以卫星作为中继的一种通信方式，它代表了未来通信的发展方向，笔者在参考大量卫星通信方面相关资料的基础上，在本文中对卫星通信的概述、特点、发展、应用等方面进行了介绍和探讨。

【关键词】卫星通信 通信卫星 发展 应用

卫星通信是以卫星作为中继的一种通信方式，是在地面微波中继通信和空间电子技术的基础上发展起来的，具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量较大等优点，在全球许多领域应用效果很好。

一、卫星通信的概述

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段（300MHz～300GHz，即波段1m～1mm）。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于实现通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站。因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。

二、卫星通信的特点

卫星通信在无线电通信的历史上写下了崭新的一页，成为现代化的通信手段之一。与其他通信方式相比，卫星通信有其独到之处。

1、通信距离远，建站成本与通信距离无关。一个卫星通信系统中的各地球站之间，是靠卫星联接的。只要这些地球站与卫星间的信号传输满足技术要求，通信质量便有了保证，地球站的建设经费不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上的自然条件恶劣程度而变化。

2、以广播方式工作，便于实现多址联接。通常微波接力、散射、地下电缆等，都是“干线”或“点对点”通信。而卫星通信系统则类似于一个多发射台的广播系统，每个有发射机的地球站，都是一座广播发射台，在卫星天线波束的覆盖范围内，无论什么地方，都可以收到所有的广播，而我们可以通过接收机选出所需要的某一个或某几个发射台的信号。既然地球站有发射机，也装有接收机，只要架设起来，相互间都可以同时通信，这种能同时实现多方向、多地点通信的能力，称为“多址联接”。

3、通信容量大，能传送的业务类型多。卫星通信覆盖面积大，且费用与通信距离无关。利用卫星作为中继站，中继通信距离远，理论上一颗静止卫星的无线波束可覆盖地球表面积的42.4%，三颗等间隔（120度）的静止卫星就可以建立除地球两极之外的全球通信。卫星通信是目前远距离越洋通信的主要手段之一。

4、通信频带宽，传输容量大。卫星通信工作在微波频段，可利用频带宽（500MHz以上）。加入频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）等接入方式，可使卫星的通信容量达到上万条话路。

5、通信质量好，可靠性高。卫星通信的电磁波传播主要在接近真空的外层空间传输，而且通常只经过一次转发，噪声影响小，通信质量好，稳定性高。

卫星通信有其优点的同时，也存在一定的局限性，具体包括：1、通信卫星使用寿命短；2、存在日凌中断和星蚀现象；3、电波的传输时延较大且存在回波干扰，天线受太阳噪声的影响；4、卫星通信系统技术复杂；5、静止卫星通信在地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区；6、由于两地球站向电磁波传播距离有72000Km，信号到达有延迟；7、10GHz以上频带受降雨雪的影响。

卫星通信有优点，也存在一些缺点。这种缺点与优点相比是次要的，而且有的缺点随着卫星通信技术的发展，已经得到或正在解决。

三、卫星通信的发展

早在1945年10月，英国空军雷达军官阿瑟·克拉克在《无线电世界》杂志上发表论文《地球外的中继站》，最先对利用静止卫星进行通信提出了科学的设想，大约20年之后，这一设想变成了现实。

卫星通信的发展大致经历了两个阶段：

（1）卫星通信试验阶段（1954～1964年）

无源卫星通信试验：从1954年到1964年，美国先后利用月球、无源气球卫星等作为中继站，进行电话、电视传输试验。由于种种原因，接收信号质量不高，实用价值不大。

有源卫星通信试验：主要有：①低轨道延迟式试验通信卫星：1958年12月，美国用阿特拉斯火箭将“斯柯尔”卫星射入椭圆轨道。为使远离的甲乙两站通信，卫星飞到甲站上空时先将甲站发出的信息录音，待卫星飞到乙站上空时，再将录音信息转发。此外也试验了实时通信。②中、高轨道试验通信卫星：1962年6月，美国航空宇航局用德尔它火箭把“电星”卫星送入1060～4500公里的椭圆轨道；1963年又发射了另一颗。③同步轨道试验通信卫星：1963年7月和1964年8月，美国宇航局先后发射“新康姆”卫星。第一颗未能进入预定轨道；第二颗则送入周期为24小时的倾斜轨道，进行了通信试验；最后一颗射入圆形的静止同步轨道，成为世界上第一颗试验性静止通信卫星。利用它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验，并于1964年秋向美国转播了在日本东京举行的奥运会。

（2）卫星通信的实用与提高阶段（1965～）1965年4月，“国际卫星通信组织”把第一代“国际通信卫星”（Intelsat-Ⅰ，简记为IS-Ⅰ，原名“晨鸟”）射入静止同步轨道，正式担任国际通信业务。两周后，前苏联发射第一颗非同步通信卫星“闪电”-1，对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。这标志着卫星通信开始进入实用与提高、发展的新阶段。

总体发展趋势：卫星容量增大，地球站尺寸减小。

四、卫星通信的应用

到目前为止，人类发射的各类卫星已达数千颗，它们有各自不同的用途、运行轨道、外型与结构。据统计，目前在同步轨道上运行的卫星已达150余颗，利用卫星通信的国家和地区近200个，有两千多座卫星通信地球站及上百万个卫星电视接收站，分布遍及全球。

随着通信业务的增加和空间技术的发展，各国研制了许多不同用途的通信卫星。例如，适用于某一国家或某一地区的国内通信卫星；专门为军事服务的国防通信卫星；提供船舰使用的海事通信卫星（如INMARSAT）；提供卫星测轨和数据传输的跟踪和数据中继卫星；为家庭提供直接电视广播服务的广播卫星；提供无线电导航业务的通信卫星（如全球定位系统GPS），以及为气象业务服务的通信卫星等等。

参考文献：

[1]吕海寰，蔡剑铭，甘仲民。卫星通信系统[M]。人民邮电出版社，1988.

[2]刘国梁，容昆壁。卫星通信[M]。西安电子科技大学出版社，1994.

[3]陳汝明。中、低轨道卫星通信电信科学[M]。1997，10.