浅谈卫星通信的应用发展现状

摘 要：如今，卫星通信早已成为信息传输和通信的主力支柱，深深的融入到了人们的日常生活中。该文根据卫星通信技术的发展，总结了其在无线定位业务以及相关的包括卫星固定通信业务和卫星移动通信业务商业应用等方面的应用发展状况。

关键词：卫星通信 发展现状 应用 通信业务 发射

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（a）-0081-02

卫星通信从20世纪50年代正式实用至今已有半个多世纪的历程，无论是在理论研究领域，还是在应用领域，都已经取得了极大的进展，被大规模的用于包括民用、商业和军事专用等范围中，如地球资源探索、天气预报、搜索和营救、定位以及个人通信等。随着21世纪的到来，科学技术发展迅速，因此更加推进力卫星通信在技术方面的发展。该文结合卫生通信的特征，系统阐明卫生通信的应用发展现状。

1 卫星通信介绍

1.1 卫星通信相关知识

卫星通信是指凭借卫星信道为传输媒介，传输各种数据信息的一种通信方式。其主要由通信卫星、地面基站等有机组成，其中通信卫星具有通信功能，通常置放在距离地面数万公里的太空中，用来作为地面发射出去的信号的中继站，能够对在空中传输的信号进行接收、放大和再发射，一般说来，通信卫星对地球而言可以分为两种，同步定点通信卫星和相对固定的静止卫星，通信卫星上能够装载几个到几十个的转发器，可以按照卫星的功率，具有多种通信容量，一般彩色电视可达12路以上，还可开通几个到几十万路的话路，并且能够提供数据传输及其他多种通信方式使用；地面基站又称为地球站，其主要功能是用来发射、接收卫星信号，地面基站使用卫星天线对于通信卫星跟踪非常方便，设备装置也比较经济，通常对于指定的目标区域，使用基站对准卫星的天线波束非常容易，可以连续24小时通讯。

卫星通信和计算机发展是相辅相成的，利用卫星在计算机各站点之间进行通信，甚至在许多用户使用卫星发射机的全部频带的情况下进行多路访问，更能显示卫星通信的优势。地面站使用上行通道的某一波段的频率多路访问通信卫星，而通信卫星则使用下行通道的另一波段的频率对地面站进行广播，地面站由发射装置、接收装置、地面天线、控制系统等设备组成，将现代化电子计算机技术和通信技术有机的结合，共同融为一体，可按通信协议通过卫星信道、接收装置接收网内其他地面站发来的数据信息，同时也可以可按通信协议通过发射装置、卫星信道向网内其他地面站发送数据信息，非常的实用。

1.2 卫星通信的特点

卫星通信具有以下特点。

（1）卫星通信覆盖范围广，面积大，能够在很长的距离内以极快的速度发送大量的数据信息，并且具有组网灵活，见效快和多址通信能力。

（2）卫星通信可以提供廉价、稳定可靠的信道，并且能够克服恶劣的地理环境等自然条件的限制。

（3）卫星通信使用地面基站和通信卫星有机组成，与其他通信装置相比，起维护也很方便，无论通信距离的远近，跨地域维护所需费用相同，更适合人口比较分散地区使用，对于各洲之间、世界各个国家地区间和国内各城市之间的数据通信和信息传递，都能够满足准确化和快速化的需要，其应用领域非常的广泛。

由其特点我们可以发现，卫星通信是一种非常理想的长途通信方式，在实际应用中具有极大的优势和潜在的价值。

2 卫星通信的应用发展

2.1 卫星通信的应用发展历程

英国著名科学家阿瑟・克拉克于1945年10月，其在文章中提出在进行全球无线电通信的时可以利用同步卫星科学设想，经过众多科学家的不懈努力，通过不断研究和试验，人们终于在20年后将这一伟大的设想变成现实，美国在1964年8月发射的第三颗“新康姆”卫星定位在东经155 °的赤道上空，通过它顺利地开展了传真、电话和电视的传输试验，并在同年依靠它向美国转播了东京奥运会的盛况。到那时，卫星通信的早期试验时期正式完毕。

20世纪60年代中期，卫星通信开始迈进实用时期。西方发达国家财团所成立的“国际卫星通信组织”在1965年4月把第一代“国际通信卫星”发射到地处大西洋上空的西经35 °的静止同步轨道上，该卫星从此正式承接欧洲和美洲之间的一般通信和商务通信业务。半个月后，前苏联顺利发射了首颗“闪电-1”非同步通信卫星进入远地点4万 km、近地点500 km的倾角为65 °准同步轨道（运行周期为12 h），该卫星可以为前苏联的西伯利亚、北方、中亚地区提供传真、电视、广播和电话通信业务，这预示着卫星通信的应用成果―― 世界通信业务开始了。

20世纪70年代初，卫星通信逐步渗透到国家内部的通信领域。加拿大在1972年顺利发射了国内通信卫星“ANIK”，完成了国内首个卫星通信业务，取得了可观的经济效益和社会效益。在这期间，地球站也陆续使用10 m、18 m、21 m等较小口径的天线，使用常温参量放大器接收机和几百瓦级行波管发射级等使地球站呈现小型化的发展态势，成本得到了极大地削减。与此同时，还产生了海事卫星通信系统，依靠大型岸上地球站转接，为海洋运输船舶提供可靠的通信服务。

20世纪80年代，VSAT（极小口径终端）卫星通信系统的成功问世，标志着卫星通信迈向了极速飞跃的发展时期。VSAT集计算机通信和技术于一身，智能化和固态化的小型号无人值守地球站。20世纪90年代，中、低轨道移动卫星通信的出现为国际个人通信创造了便利条件，加快了世界信息化的步伐。

进入21世纪，卫星通信无论是在理论研究领域或者是再应用领域，比如GPS，都取得了更加显著的成果。中国卫星的研究和使用开始于20世纪70年代初，1972年，我国利用引进的国外设备，并且租用国际第四代通信卫星，在我国最发达的城市北京和上海建立了四座大型地球站。我国于1984年4月8日成功地发射了第一颗试验通信卫星，位于东经125度的赤道上空，从第一颗实验卫星的发射迄今为止，我国已经发射了数十颗卫星以供军事和商业使用，目前，全国已有数百个市县可以通过卫星与世界上许多国家和地区进行国际通信，我国今后还将发射具有更多转发器的卫星，以便使卫星通信水平获得跨越式发展。

2.2 卫星通信业务的应用发展现况

无线定位业务发展的现况

如今，国际上存在两类卫星定位系统：俄罗斯的世界轨道卫星导航系统GLONASS和美国的全球定位系统GPS。GLONASS系统包含24颗卫星，其中，备用的卫星有3颗，匀称地布局在相隔为120 °的三个轨道平面上，每一个轨道平面同赤道平面呈64.8 °的夹角。卫星朝地面传输两个不同频段的扩谱信号，依靠卫星信道完成卫星的区分。

GPS起初被广泛应用在美国航空、航海及国防军事等诸多领域，并通过美国军方负责机构开展必要地操作、维护和监督。因GPS拥有导航、测量、测绘等优势特征，所以，在民用领域依然有着较广阔的发展潜力和前景。GPS系统可以为世界24 h供应快速、持续、实时和高精确度的三维坐标，并能提供精密的时间定位信息，有着较好的保密性和抗干扰性。GPS系统目前共有24颗卫星，平均分布在6个轨道平面，其中21颗基本星为主用，3颗为主轨的备用星，卫星距离地面20200 km，以12 h绕行轨道一周的速度运行，这些轨道为均匀分布在与赤道夹角55 °的近圆形，任意轨道平面间夹角为60 °。每个卫星以两个频率发送电码，电码有两种，分别为军用电码与民用电码，军方搜索目标的误差仅1 m，民用搜索目标保持100 m的误差。尽管雷达系统及测向机技术等传统意义上的定位方法也能达到侦查测试地形方位的目的，然而，主要运用在军事领域，且开支浩大，假若能同GPS系统加以密切结合，会显著地削减成本。GPS系统能够极大地运用在地质勘查探测、海上搜索救援、探测大气层、沙漠方向引导、汽车定位、森林消防、飞机导航等诸多方面，在经济和社会发展中扮演重要角色。

近年来，在我国科学家的不断努力之下，已成功自主研发了通信导航定位卫星―― 北斗导航卫星，其技术也处于世界领先水平。我国于2011年4月和7月分别发射了第八颗和第九颗北斗卫星，完成了北斗导航试验系统（第一代系统）的建设，具备在中国及其周边地区范围内的定位、授时、报文和GPS广域差分功能，并已在测绘、电信、水利、交通运输、渔业、勘探、森林防火和国家安全等诸多领域逐步发挥重要作用。

2.3 卫星固定通信的发展现况

到21世纪初，国际经营卫星固定通信业务的企业大致有30余家，在轨静止卫星总共200余颗。其中，国际通信卫星企业有28颗、SES全球公司存在37颗、泛美卫星公司存在24颗和欧洲通信卫星公司具有22颗，这些企业所具有的卫星数目，占世界卫星数的一半以上。上述卫星中最具典型的先进卫星包含iPSTAR卫星与阿尼克-F2。iPSTAR卫星由泰国企业―― Shin于2005年8月发射成功，是目前拥有全球最大通信容量的商务类宽带卫星，总共拥有114台转发器，其Ku频段用户链路包含84个点波束、7个赋形广播波束和3个赋形通信波束，Ka频段的馈线链路存在18个点波束，通信的总容量高达45 Gbit/s，大致与超过1000个常规36 MHz带宽转发设备的容量相当，整星功率为15kW，卫星的重量高达6300 kg。阿尼克-F2卫星由加拿大电信卫星公司―― Telesat在2004年7月发射成功的全球首颗面向大众的商务类宽带卫星，拥有94台转发仪器，包含Ku频段32台、Ka频段38台、C频段24台，Ka频段拥有38个点波束，个别部位的转发设备可以实现星上处理，整星的功率为16 kW，卫星的重量高达5950 kg。

2.4 卫星移动通信的发展现况

卫星移动通信将通信卫星充当中继站，以便实现在移动用户之间或移动用户和固定用户之间完成彼此通信。该技术形式是传统意义上的卫星固定通信与地面移动通信相衔接的代表。就表现方式而言，它不但是一个将卫星充当中继站的移动通信系统，也是一个供应有效移动业务的通信系统，不仅能运用对地静止的轨道卫星，也能运用非静止的轨道卫星。近些年来，卫星移动通信时所采用的卫星系统包含全球海事卫星系统、亚洲蜂窝卫星系统、瑟拉亚卫星系统和移动卫星-2系统等，其中，亚洲蜂窝卫星系统与全球移动卫星系统的波束均能成功覆盖到我国。

全球海事卫星系统是由世界移动卫星企业直接运营的世界卫星通信系统，该卫星已迈向第4代。Inm arsat-4F1发射于2005年春，卫星总重量达5959 kg，该卫生运用一台具备波束成形和选用信道功能的透明弯曲管式数字信号处理设备与一副可以生成较多波束的直径为9 m的L频段天线，包含宽点波束19个、世界波束1个和窄点波束200个，其点波束供应用户终端的卫星等效全向辐射功率的强度为67 dBW，其运用极大地促使用户终端的小型态化，并能实现用户终端通信的手持化，提高了通信数据的运行速率，使视频直播通信走向高清晰化，Inm arsat-4F1卫星能够支持全部的Inm arsat业务及宽带国际区域网业务，还包括因特网接入业务。

亚洲蜂窝卫星系统由印尼等国联合研发、并于2000年2月发射成功的区域卫星通信系统。该卫生功率达14 kW，卫星的重量高达4500 kg，服务范围覆盖到亚洲全境。星上设有两副直径为12 m的L频段接收-发送天线，拥有140个点波束，其中，有45个点波束覆盖到我国，其等效全向的辐射功率强度为73 dBW，该卫星能实现对200万用户和20000条话音信道的支持。地面用户终端包含移动式、稳固式、便携式与手持式，可向用户供应双模的传真、话音、速率较低的数据及地区漫游等各种通信业务。

低轨道卫星移动通信中，有全球星系统、铱系统和轨道通信系统等。全球星系统1999年开始商业运营，其由48颗低轨卫星有机组成，卫星运用透明转发设备，多波束天线，馈线链路与用户链路同是VHF频段，为广大用户供应寻呼、传真及短数据等业务。用户终端主要包含车载、手机、船载、机载等多种移动终端，还包含固定和半固定终端。铱系统由66颗低轨道卫星组成的国际卫星通信系统，2001年成立新的铱卫星企业，并再度承接新的通信业务，该系统在全世界的覆盖范围包含北极和南极，星上的转发设备运用前沿的交换技术，多点波束天线，拥有星际链路，堪称最前沿的低轨道卫星通信系统，其用户链路是L频段，馈线链路和星际链路是Ka频段，并能供应传真、数据、寻呼和电话等多项业务，用户终端包含单模、双模及三模手机，固定终端与车载设备。轨道通信系统正式投入运营始于1997年，该系统由37-48颗低轨道卫星组成的国际卫星通信系统，每个卫星均运用单波束天线、转发处理设备，终端为单模手机和寻呼机。

3 结语

总之，随着科技的高速发展，卫星通信事业日新月异，小到人类生产生活都已经深深的感受到了其便利，大到一个国家和整个世界都能深刻的体会到卫星通信的有利之处，随着其他学科先进技术的问世和应用，如光开关、超导体技术、光信息处理、智能星上网络监控、新型发射设备及新型轨道技术的应用，将会促使卫星通信产生重大的发展变化，也会对未来生活产生巨大的促进作用。

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