01 卫星通信行业概述

 

（一）卫星通信界定与分类

 

 

1、定义

 

卫星通信定义：以卫星作为中继站进行无线电波发射或转发的一种通信方式，能够实现两个或多个地面站/手持终端以及航天器和地面站之间的通信。卫星通信利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现多个地球站、航天器、空间站之间的单向或双向通信。典型的通信形式为音视频广播（卫星电视）、数据广播（导航、定位等）、音视频通话、数据传输（遥感、遥测等）、互联网连接等。

 

卫星通信系统由空间段、地面段和用户段三部分构成，其组成如下图1所示：

 

（1）空间段：以通信卫星为主体，卫星上的转发器是通信卫星的主要有效载荷，也是卫星通信系统空间段最重要的功能组成，用于接收和转发卫星通信地球站发来的信号，实现地球站之间或地球站与航天器之间通信。空间段可以是地球静止轨道卫星或中、低轨道卫星，作为通信中继站，提供网络用户与信关站之间的连接。

 

（2）地面段：包括支持移动电话、电视观众、网络运营商地面用户访问卫星转发器，并实现用户间通信的所有设施。地面段通常包括网关站、信关站、网络控制中心和卫星控制中心，用于将移动用户接入核心网，以及控制整个通信网络的正常营运。网关站是地面段的核心设备。卫星控制中心(SCC)和跟踪、测控及指令站(TT&C，Tracking，TelemetryandCommandstation)，SCC和 TT&C主要负责卫星发射阶段的跟踪和定位，下达变轨、太阳能电池板展开等动作指令，以及卫星在轨运行期间轨道监测和校正、干扰和异常问题监测与检测等。

 

（3）用户段：主要由各类终端用户设备组成，用户段由各种用户终端组成，包括VSAT小站、手持、车载、舰载、机载等移动终端，以及基于卫星通信的各种应用软件和服务。

 

卫星通信作为无线电通信形式的一种，信号的中转和传输也要依赖不同频段的无线电波。在地面雷达系统的应用中，虽然IEEE标准中将无线电波划分为VHF、UHF、L、S、C、X、Ku、Ka以及EHF等频段，但在实际应用当中，上述频带中仅有一小部分被分配给雷达应用，大部分频带由国际电联(ITU，InternationalTelecommunicationUnion)的世界无线电通信大会分配给空间无线电应用，雷达频段和空间无线电频段对应关系如下：

 

其中L、S频段主要用于卫星移动通信，C、Ku频段主要用于卫星固定业务通信，Ka频段应用开始大量出现。为了满足日益增加的频率轨道资源需求，卫星通信领域正在布局Q/V等更高的频段资源。为保证无线电频率这一稀缺资源能够得到合理有效的利用，ITU将全球划分为三个频率区域，中国位于其中的III区。

 

相较于传统地面通信，卫星通信能够以较低的开销实现较广的无缝覆盖，同时地理环境不对其产生约束。并且可使用的频谱资源十分丰富，载波频段可从甚高频(VeryHighFrequency，VHF)到Ka频段，正往更高的频段发展。除此之外，卫星通信在岛屿、沙漠等低业务地区，船舶、飞机等地面网络难以覆盖区域得到了普遍的应用。其提供的移动通信服务具有跨度大、距离远、机动性强、通信方式灵活等优点，是蜂窝移动通信的必要补充和延伸。

 

 

2、分类

 

卫星通信（系统）按不同的分类标准可以分为不同的类型。

 

（1）按轨道运行高度，可分为低轨、中轨和高轨卫星通信。

 

高轨道（HEO）卫星通信：属于椭圆轨道，其距离地球表面最近点为10000-21000km，最远点为39500-50600km。

 

中轨道（MEO）卫星通信：MEO卫星运行于距地面2000-20000km的轨道上，其传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗大于LEO但小 GEO。

 

低轨道（LEO）卫星通信：LEO卫星较小，运行于距地面500-2000km的轨道上，具有传输时延、覆盖范围、链路损耗、功耗较小等特征。

 

按照卫星的轨道相对地面位置是否变动可分为静止轨道卫星和非静止轨道卫星。地球静止轨道（GEO同步轨道）卫星通信：传统的GEO静止轨道通信卫星距地面高度为35786km，仅需要三颗即可覆盖全球，见下图。GEO卫星通信系统的技术最为成熟，但由于存在较长的传播时延和较大的链路损耗。

 

（2）按照通信范围划分，可以分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通信卫星。

 

（3）按照用途划分，可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等。

 

（4）按照转发能力划分，可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。

 

 

3、特点

 

覆盖范围广（下行广播）：对地面的情况如高山海洋等不敏感，适用于在业务量比较稀少的地区提供大范围的覆盖，在覆盖区内的任意点均可以进行通信，而且成本与距离无关；

 

工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz。目前已经开始开发Q、V波段(40～50GHz)。Ka波段甚至可以支持l55Mb/s的数据业务；

 

通信质量好：卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。虽然在大气层内的传播会受到天气的影响，但仍然是一种可靠性很高的通信系统；

 

网络建设速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工。运行维护费用低；

信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断。

 

控制复杂：由于卫星通信系统中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因此控制系统也较为复杂。控制方式有星间协商和地面集中控制两种。

 

 

02卫星通信行业发展历程

 

1.国外发展历程

 

卫星通信的概念最早由阿瑟.克拉克在1945年提出。早在1964年，国际卫星通信组织宣告成立，整个行业进入实际运营阶段。随后，以美国、前苏联为代表的两极力量，不断加码卫星通信业务，为用户提供电视、电话、广播方面的服务。1965 年美国“晨鸟”通信卫星成功发射，卫星通信技术正式进入实用阶段。

 

早期的卫星通信系统基本实现数据通信、广播业务、电话业务等基本通信需求，在航海通信、应急通信、军事通信、偏远地区网络覆盖等应用领域发挥不可替代的作用。卫星移动业务则肇始于1976年，移动通信卫星成功发射，随后则由国际海事卫星通信公司运营。

 

国际海事卫星通信系统开创了全球卫星移动业务的先河。1998年，铱星系统引入手机通信业务，这打开了移动通信的新篇章。卫星通信早已不满足于语音或文本传输，美国、法国、日本等国家携手将宽带接入卫星。可用速率高达50Mb/s，这意味着卫星通信可以承载视频多媒体服务。

 

随着以高频段(Ku、Ka等)、大容量、高通量为特点的宽带通信技术的成熟，通过通信卫星实现互联网接入已经成为可能。

 

 

2.国内发展历程

 

我国卫星通信事业起步于上个世纪50年代，东方红系列卫星已经取得辉煌的成就。东方红一号卫星成功发射，实现了卫星音频广播。1984年，静止轨道卫星东方红二号成功发射，加速了整个产业步入应用阶段。

 

1997年，东方红三号卫星发射，大大增加了转发器数量，开启卫星通信的应用阶段。东方红四号卫星则实现了对拉美区域的覆盖，标志着我国卫星通信实力进入国际先进水平。当前我国在轨的通信卫星，主要是中星通信广播卫星、天链数据中继卫星系统、亚太系列卫星，为用户提供高质量的卫星通信服务。

 

此外，我国北斗导航卫星自带短信通信功能，也有助于手机卫星通信。7月，中国兵器工业集团、中国移动、中国电科及手机厂商，联合推出国内首颗手机北斗短报文通信射频基带一体化芯片，智能手机卫星通信功能得以实现。

 

免责声明：本公众号发布内容部分信息来源网络，本平台不对文章信息或资料真实性、有效性、准确性及完整性承担责任。文章仅供阅读参考，不作任何投资建议，如有侵权请联系删除。