王秋燕 武穎 楊征

【摘 要】衛(wèi)星通信是以衛(wèi)星作為中繼的一種通信方式，它代表了未來通信的發(fā)展方向，筆者在參考大量衛(wèi)星通信方面相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，在本文中對衛(wèi)星通信的概述、特點(diǎn)、發(fā)展、應(yīng)用等方面進(jìn)行了介紹和探討。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信 通信衛(wèi)星 發(fā)展 應(yīng)用

衛(wèi)星通信是以衛(wèi)星作為中繼的一種通信方式，是在地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋范圍廣、不受地面條件的約束、建站成本與通信距離無關(guān)、靈活機(jī)動、能多址連接且通信容量較大等優(yōu)點(diǎn)，在全球許多領(lǐng)域應(yīng)用效果很好。

一、衛(wèi)星通信的概述

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信。它是微波通信和航天技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興的無線通信技術(shù)，所使用的無線電波頻率為微波頻段（300MHz～300GHz，即波段1m～1mm）。這種利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，則稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)，而把用于實現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星，其作用相當(dāng)于離地面很高的中繼站。因此，可以認(rèn)為衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展，是微波接力通向太空的延伸。

二、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

衛(wèi)星通信在無線電通信的歷史上寫下了嶄新的一頁，成為現(xiàn)代化的通信手段之一。與其他通信方式相比，衛(wèi)星通信有其獨(dú)到之處。

1、通信距離遠(yuǎn)，建站成本與通信距離無關(guān)。一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的各地球站之間，是靠衛(wèi)星聯(lián)接的。只要這些地球站與衛(wèi)星間的信號傳輸滿足技術(shù)要求，通信質(zhì)量便有了保證，地球站的建設(shè)經(jīng)費(fèi)不因通信站之間的距離遠(yuǎn)近、兩通信站之間地面上的自然條件惡劣程度而變化。

2、以廣播方式工作，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接。通常微波接力、散射、地下電纜等，都是“干線”或“點(diǎn)對點(diǎn)”通信。而衛(wèi)星通信系統(tǒng)則類似于一個多發(fā)射臺的廣播系統(tǒng)，每個有發(fā)射機(jī)的地球站，都是一座廣播發(fā)射臺，在衛(wèi)星天線波束的覆蓋范圍內(nèi)，無論什么地方，都可以收到所有的廣播，而我們可以通過接收機(jī)選出所需要的某一個或某幾個發(fā)射臺的信號。既然地球站有發(fā)射機(jī)，也裝有接收機(jī)，只要架設(shè)起來，相互間都可以同時通信，這種能同時實現(xiàn)多方向、多地點(diǎn)通信的能力，稱為“多址聯(lián)接”。

3、通信容量大，能傳送的業(yè)務(wù)類型多。衛(wèi)星通信覆蓋面積大，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。利用衛(wèi)星作為中繼站，中繼通信距離遠(yuǎn)，理論上一顆靜止衛(wèi)星的無線波束可覆蓋地球表面積的42.4%，三顆等間隔（120度）的靜止衛(wèi)星就可以建立除地球兩極之外的全球通信。衛(wèi)星通信是目前遠(yuǎn)距離越洋通信的主要手段之一。

4、通信頻帶寬，傳輸容量大。衛(wèi)星通信工作在微波頻段，可利用頻帶寬（500MHz以上）。加入頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）等接入方式，可使衛(wèi)星的通信容量達(dá)到上萬條話路。

5、通信質(zhì)量好，可靠性高。衛(wèi)星通信的電磁波傳播主要在接近真空的外層空間傳輸，而且通常只經(jīng)過一次轉(zhuǎn)發(fā)，噪聲影響小，通信質(zhì)量好，穩(wěn)定性高。

衛(wèi)星通信有其優(yōu)點(diǎn)的同時，也存在一定的局限性，具體包括：1、通信衛(wèi)星使用壽命短；2、存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象；3、電波的傳輸時延較大且存在回波干擾，天線受太陽噪聲的影響；4、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜；5、靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)；6、由于兩地球站向電磁波傳播距離有72000Km，信號到達(dá)有延遲；7、10GHz以上頻帶受降雨雪的影響。

衛(wèi)星通信有優(yōu)點(diǎn)，也存在一些缺點(diǎn)。這種缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)相比是次要的，而且有的缺點(diǎn)隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)得到或正在解決。

三、衛(wèi)星通信的發(fā)展

早在1945年10月，英國空軍雷達(dá)軍官阿瑟·克拉克在《無線電世界》雜志上發(fā)表論文《地球外的中繼站》，最先對利用靜止衛(wèi)星進(jìn)行通信提出了科學(xué)的設(shè)想，大約20年之后，這一設(shè)想變成了現(xiàn)實。

衛(wèi)星通信的發(fā)展大致經(jīng)歷了兩個階段：

（1）衛(wèi)星通信試驗階段（1954～1964年）

無源衛(wèi)星通信試驗：從1954年到1964年，美國先后利用月球、無源氣球衛(wèi)星等作為中繼站，進(jìn)行電話、電視傳輸試驗。由于種種原因，接收信號質(zhì)量不高，實用價值不大。

有源衛(wèi)星通信試驗：主要有：①低軌道延遲式試驗通信衛(wèi)星：1958年12月，美國用阿特拉斯火箭將“斯柯爾”衛(wèi)星射入橢圓軌道。為使遠(yuǎn)離的甲乙兩站通信，衛(wèi)星飛到甲站上空時先將甲站發(fā)出的信息錄音，待衛(wèi)星飛到乙站上空時，再將錄音信息轉(zhuǎn)發(fā)。此外也試驗了實時通信。②中、高軌道試驗通信衛(wèi)星：1962年6月，美國航空宇航局用德爾它火箭把“電星”衛(wèi)星送入1060～4500公里的橢圓軌道；1963年又發(fā)射了另一顆。③同步軌道試驗通信衛(wèi)星：1963年7月和1964年8月，美國宇航局先后發(fā)射“新康姆”衛(wèi)星。第一顆未能進(jìn)入預(yù)定軌道；第二顆則送入周期為24小時的傾斜軌道，進(jìn)行了通信試驗；最后一顆射入圓形的靜止同步軌道，成為世界上第一顆試驗性靜止通信衛(wèi)星。利用它成功地進(jìn)行了電話、電視和傳真的傳輸試驗，并于1964年秋向美國轉(zhuǎn)播了在日本東京舉行的奧運(yùn)會。

（2）衛(wèi)星通信的實用與提高階段（1965～）1965年4月，“國際衛(wèi)星通信組織”把第一代“國際通信衛(wèi)星”（Intelsat-Ⅰ，簡記為IS-Ⅰ，原名“晨鳥”）射入靜止同步軌道，正式擔(dān)任國際通信業(yè)務(wù)。兩周后，前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆非同步通信衛(wèi)星“閃電”-1，對其北方、西伯利亞、中亞地區(qū)提供電視、廣播、傳真和一些電話業(yè)務(wù)。這標(biāo)志著衛(wèi)星通信開始進(jìn)入實用與提高、發(fā)展的新階段。

總體發(fā)展趨勢：衛(wèi)星容量增大，地球站尺寸減小。

四、衛(wèi)星通信的應(yīng)用

到目前為止，人類發(fā)射的各類衛(wèi)星已達(dá)數(shù)千顆，它們有各自不同的用途、運(yùn)行軌道、外型與結(jié)構(gòu)。據(jù)統(tǒng)計，目前在同步軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星已達(dá)150余顆，利用衛(wèi)星通信的國家和地區(qū)近200個，有兩千多座衛(wèi)星通信地球站及上百萬個衛(wèi)星電視接收站，分布遍及全球。

隨著通信業(yè)務(wù)的增加和空間技術(shù)的發(fā)展，各國研制了許多不同用途的通信衛(wèi)星。例如，適用于某一國家或某一地區(qū)的國內(nèi)通信衛(wèi)星；專門為軍事服務(wù)的國防通信衛(wèi)星；提供船艦使用的海事通信衛(wèi)星（如INMARSAT）；提供衛(wèi)星測軌和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母櫤蛿?shù)據(jù)中繼衛(wèi)星；為家庭提供直接電視廣播服務(wù)的廣播衛(wèi)星；提供無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的通信衛(wèi)星（如全球定位系統(tǒng)GPS），以及為氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的通信衛(wèi)星等等。

參考文獻(xiàn)：

[1]呂海寰，蔡劍銘，甘仲民。衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M]。人民郵電出版社，1988.

[2]劉國梁，容昆壁。衛(wèi)星通信[M]。西安電子科技大學(xué)出版社，1994.

[3]陳汝明。中、低軌道衛(wèi)星通信電信科學(xué)[M]。1997，10.