卫星通信的特点

1. 卫星通信的特点

卫星通信与其他通信方式相比较，有以下几个方面的特点：① 通信距离远，且费用与通信距离无关。从图16.2中可见，利用静止卫星，最大的通信距离达18100km左右。而且建站费用和运行费用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。这在远距离通信上，比微波接力、电缆、光缆、短波通信有明显的优势。② 广播方式工作，可以进行多址通信。通常，其他类型的通信手段只能实现点对点通信，而卫星是以广播方式进行工作的，在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点都可以设置地球站，这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双边或多边通信，即进行多址通信。另外，一颗在轨卫星，相当于在一定区域内铺设了可以到达任何一点的无数条无形电路，它为通信网络的组成，提供了高效率和灵活性。③ 通信容量大，适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段，可以使用的频带很宽。一般C和Ku频段的卫星带宽可达500～800MHz，而Ka频段可达几个GHz。④ 可以自发自收进行监测。一般，发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号，从而可以监视本站所发消息是否正确，以及传输质量的优劣。⑤ 无缝覆盖能力。利用卫星移动通信，可以不受地理环境、气候条件和时间的限制，建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统。⑥ 广域复杂网络拓扑构成能力。卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术，可按优良的价格性能比提供宽广地域范围的点对点与多点对多点的复杂的网络拓扑构成能力。⑦ 安全可靠性。事实证明，在面对抗震救灾或国际海底/光缆的故障时，卫星通信是一种无可比拟的重要通信手段。即使将来有较完善的自愈备份或路由迂回的陆地光缆及海底光缆网络，明智的网络规划者与设计师还是能够理解卫星通信作为传输介质应急备份与信息高速公路混合网基本环节的重要性与必要性。 卫星通信的主要优点概述如下：1、通信距离远：在卫星波束覆盖区域内，通信距离最远为13000公里；2、不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；3、不受通信两点间任何自然灾害和人为事件的影响；4、通信质量高，系统可靠性高，常用于海缆修复期的支撑系统；5、通信距离越远，相对成本越低；6、可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输和数据交互；7、机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；8、信号配置灵活，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路和中高速的数据通道9、易于实现多地址传输；10、易于实现多种业务功能。 讲了卫星通信的这么多优点，卫星通信也有不少缺点呢!1、传输时延大：500毫秒~800毫秒的时延；2、高纬度地区难以实现卫星通信；3、为了避免各卫星通信系统之间的相互干扰，同步轨道的星位是有一点限度的，不能无限制地增加卫星数量；4、太空中的日凌现象和星食现象会中断和影响卫星通信；5、卫星发射的成功率为80%，卫星的寿命为几年到十几年；发展卫星通信需要长远规划和承担发射失败的风险。 主要优点是：①通信距离远，在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远约13×103km（用全球波束，地球站对卫星的仰角在5°以上）；②不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；③不受通信两点间的任何自然灾害和人为亊件的影响；④只经过卫星一跳即可到达对方，因而通信质量高，系统可靠性高，常作为海缆修复期的支撑系统；⑤通信距离越远，成本越低；⑥可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输，以及直达用户办公楼的交互数据传输甚至话音传输，因而适用于广播型和用户型业务；⑦机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；⑧灵活性大，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路，提供几十兆比（Mbit/s）甚至120Mbit/s的中高速数据通道，也可提供至少一条话路或1.2kbit/s、2-4kbit/s的数据通道；⑨易于实现多址传输；⑩有传输多种业务的功能。主要缺点是：①传输时延大。卫星地球站通过赤道上空约36000km的通信卫星的转发进行通信，视地球站纬度高低，其一跳的单程空间距离为72000～80000km。以300000km/s的速度传播的电波，要经过240ms～260ms的空间传输延时才能到达对方地球站，加上终端设备对数字信号的处理时间等，延时还要增加。根据国际电报电话咨询委员会建议（Rec.114），单程传输不要超过400ms。对通话来说，发话方听到对方立即的回话，也要经过500ms～800ms，这是可以被通话用户接受和习惯的。但由通话双方的二/四线混合线圈不平衡而造成的泄漏，将出现不可忍受的回音，因而必须无例外地加装回音消除器。②在南纬75。以上和北纬75°以上的高纬度地区，由于同步卫星的仰角低于5°，难以实现卫星通信，一般来说，纬度在70°以下的地面、80°以下的飞机，均可经同步卫星建立通信。③同步轨道的位置有限，不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔。④每年有不可避免的日凌中断和须采取措施度过的星食发生。⑤需对卫星部署有长远规划。卫星寿命一般为几年至十几年，而卫星的设计和生产周期长，需及早安排后继卫星，但卫星发射成功率平均为80%左右，故要承担一定的风险。

2. 卫星通信的特点

卫星通信能带来的一系列优势和技术本身隐含的一些不足都是由于卫星位于太空这一独特性引起的。当卫星围绕地球运行的轨道位于赤道上空且达到离地面36000km 左右时，卫星绕地球飞行的角速度可以被控制到同地球自转的角速度一致，这样从地面上看这颗卫星时就像是静止在太空。这时的卫星叫做地球同步轨道卫星或定点卫星，我们这里讨论的卫星通信问题均是指利用这种定点卫星实现。
卫星通信正是实现了咱们的一句谚语——“站得高、看得远”，站在高高的36000km高度上，卫星信号的覆盖范围可以达到三分之一的地球面积。在卫星覆盖范围内的任意两点间均可通过卫星一次中继转发实现通信连接（图3-1，图3-2）。可见卫星通信的特点及优缺点有如下几方面。

图3-1 地面任意两点间通过卫星实现通信


图3-2

1）卫星通信独有的一些特点：①一般不受地面自然灾害的影响；②目的点和源地点的安全；③建设费用与通信距离无关；④运行费用与通信距离无关；⑤建设特别方便、快捷；⑥ 技术成熟，设备可靠。
2）卫星通信的优势：①传输距离远；②覆盖面积大且在覆盖区内可实现面状多点通信；③机动、灵活性好。
3）卫星通信最适合的应用；①其他通信手段（主要是地面线路通信）难以到达的地点（如深山、岛屿等）：②需要快速建立临时通信站的地方（可应用移动站/载车/船载/机载等多方式）；③需要为有线通信提供备份链路的需求。
4）卫星通信的一些缺点：①可用资源有限，运行费用较高；②会受到自然环境的影响（如日凌、雨雾天气等）；③卫星信号在空间传输带来的信号延时。

3. 卫星通信是谁提出的？

卫星通信是微波通信的手段之一，它是在20世纪50年代后期开始发展起来的一种新技术。
最早提出利用卫星进行通信这一科学设想的是英国空军的雷达教官与技师克拉克。1945年，克拉克在《无线电世界》杂志上发表了一篇文章，文章的标题是“地球外的转播站”。他在文章中详细阐述了建立一个在全世界范围内转播无线电与电视信号的通信卫星系统的设想。
1957年10月4日，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开始了人类利用人造天体为自己服务的新时代，推动了通信卫星的发展。
1958年12月18日，美国发射了“斯科尔号”人造地球卫星，并成功地在A、B两站间远距离传送了美国总统艾森豪威尔的圣诞节献词。这颗卫星虽然只工作了12天，但它作为第一颗通信卫星而载人了史册。
1960年8月12日，美国又成功地发射了“回声1号”通信卫星，它是一个表面涂铝的塑料气球，发射后充气膨胀，直径为30米。它不带无线电设备，是一颗无源通信卫星。它能把无线电信号从一个地球站反射到另一个地球站，实现双向无线电信号的传递，推动了美国卫星通信的发展。这也标志着在世界范围内进行无线电与电视通信的开始。
1962年7月10日，美国发射了“电星1号”通信卫星，这是人类发射的第一颗有源通信卫星，它既装有接收机，又装有发射机。第二天，美国观众通过这颗卫星，第一次收看到了大西洋东岸播出的电视节目实况，首次横跨大西洋的电视转播试验获得了成功。此外，这颗卫星还成功地传送了电报、电话、数据和传真照片。同年，美国还发射了“转播1号”通信卫星，成为美国、欧洲、南美洲、日本之间的通信转播站。
1963年7月26日，美国又成功地发射了“同步2号”通信卫星，这是第一颗进入对地同步轨道的卫星。在此之前发射的通信卫星都是中低轨道卫星，们于赤道上空10000千米以下的轨道上。地球同步卫星是高轨道卫星，它定位于赤道上空35786千米处的轨道上，与地球自转同步，运行周期为一个恒星日，即23小时56分。从堆面上看，它好像是停在空中静止不动一样。只要有三个相互间隔120度角分布的同步卫星，就能实现在地球上除两极以外的任何两地之间的无线电通信。
1964年8月f9日，美国航空航天局发射了名叫“同步3号”的通信卫星，这是世界上第一颗试验性对地同步卫星。当年秋天，利用它向美国传播了在日本东京举办的第18届奥林匹克运动会的实况，从而首次实现了跨越太平洋的电视图像转播。
1964年，西方国家组建了“国际通信卫星组织”，现在，这个组织已经发展到100多个国家，拥有国际电视和电话通信的大部分市场。
1965年4月6日，上述组织发射了第一代国际通信卫星“晨鸟”，成为这个组织使用的12颗卫星中的第一颗。它的重量是39千克，同年6月28日，正式开始承担国际通信业务。
1965年4月下旬，前苏联成功地发射了准同步轨道卫星“闪电1号”，运行周期为12个小时，它为前苏联北部、西伯利亚、中亚地区提供了电视、广播、传真、电话等业务。
“晨鸟”和“闪电1号”卫星的使用，标志着卫星通信进入了实用、提高和发展的新阶段。
20世纪70年代，许多国家相继发射了实验用的广播通信卫星。1976年1月，美国和加拿大合作发射了“通信技术卫星”，在更高的频率段内进行卫星电视广播实验，取得了比较理想的结果。这是当时世界上功率最大的通信卫星，它除了传送电视图像外，还能进行双向传声和数据通信。1977年，世界无线电管理会议制定了欧洲、非洲及远东等地区直播卫星的发射标准、轨道和频率，后来又制定了新的标准。前苏联、日本、澳大利亚等国，也在不同的频率范围内进行了试验。
进入20世纪80年代以后，电视节目的卫星直播得到了更为迅速的发展。把地面电视台播出的节目传送到地球同步通信卫星上，再由卫星上安装的星载电视发射机发射，就可转发到卫星所覆盖地区内用户的卫星电视接收机。用户只要在自己的楼顶上安装一个天线，就能用家中的电视机，接收到由通信卫星转发的电视节目。
1983年11月，美国联合卫星通信公司开辟了美国最早的卫星电视收费直播业务，为交费的用户提供59个频道服务的电视节目。
1984年4月8日，我国成功地发射了第一颗试验通信卫星，成为世界上能独立发射同步卫星的第五个国家。1988年7月，日本开始利用通信卫星向家庭提供24小时不问断的电视节目。
1990年4月7日，我国用“长征3号”火箭成功地为外商发射了一颗国际商用通信卫星“亚洲1号”，也叫“亚星1号”。我国大部分地区，用直径1米左右的卫星电视天线，就能接收到由它转发的电视节目。从1991年起，中央电视台的节目一直使用这颗卫星转播。
香港亚洲卫星集团所属的亚洲卫星电视网，利用“亚星1号”向亚洲38个国家和地区免费开播了5套电视节目。从1992年初开始，每个台每天24小时不间断地播出。1993年，“亚星2号”发射成功，在亚洲掀起了卫星电视接收的热潮。
1993年，美国发射了直播电视卫星“空中电缆”，用户只要使用口径仅为30厘米的抛物面天线，就可以收看108个频道的电视节目。
欧洲发射的电视直播卫星，如果在卫星电视天线上配接一个解调器，用户还能收看到立体声高度清晰的电视节目。
电视卫星直播有很多优点，图像稳定可靠，图像质量也好，不受地形的影响，能很好地消除重影现象，还能同时传送多路彩色电视节目。直播卫星电视是实现电视大面积覆盖的先进手段，在信息社会里将起着越来越重要的作用。

4. 卫星通信的简史

利用地球同步轨道上的人造地球卫星作为中继站进行地球上通信的设想是1945年英国物理学家A.C.克拉克（ArtherC.Clarke）在《无线电世界》杂志上发表“地球外的中继”一文中提出的，并在60年代成为现实。同步卫星问世以前，曾用各种低轨道卫星进行了科学试验及通信。世界上第一颗人造卫星“卫星1号”由苏联于1957年10月4曰发射成功，并绕地球运行，地球上首次收到从人造卫星发来的电波。美国于1960年8月把覆有铝膜的直径30m的气球卫星“回声1号”发射到约1600km高度的圆轨道上进行通信试验。这是世界上最早的不使用放大器的所谓无源中继试验。美国于1962年I2月13日发射了低轨道卫星“中继1号。1963年11月23日该星首次实现了横跨太平洋的日美间的电视转播。此时恰逢美国总统J.F.肯尼迪被刺，此消息经卫星传至日本在电视新闻上播出，卫星的远距离实时传输给人们留下深刻印象，使人造卫星在通信中的地位大为提高。世界上第一颗同步通信卫星是1963年7月美国宇航局发射的“同步2号”卫星，它与赤道平面有30°的倾角，相对于地面作8字形移动，因而尚不能叫静止卫星，在大西洋上首次用于通信业务。1964年8月发射的“同步3号”卫星，定点于太平洋赤道上空国际日期变更线附近，为世界上第一颗静止卫星。1964年10月经该星转播了（东京）奥林匹克运动会的实况。至此，卫星通信尚处于试验阶段。1965年4月6日发射了最初的半试验、半实用的静止卫星“晨鸟”，用于欧美间的商用卫星通信，从此卫星通信进入了实用阶段。

5. 通信卫星的定义

通信卫星：作为无线电通信中继站的人造地球卫星。通信卫星通过转发无线电信号，实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的无线电通信。通信卫星可以传输电话、电报、传真、数据和电视等信息。对于整个卫星通信系统而言，我们把通信卫星和它的测控站称为通信系统的空间段。这个定义大家很容易理解。就是出现了一个新术语——中继站。给大家解释一下，中继站就是一部负责接收并转发无线电信号的“电台”。大家可以把中继站想象为无线电信号的“长途汽车站”。无线电信号可以在中继站“加加油或者换乘其它车次”，这样“跑”得更远。通信卫星如图1所示。图1 通信卫星中文名：通信卫星外文名：Communication Satellite别称：无应用学科：信息通信、卫星通信特点：无线电通信、中继站、人造地球卫星

6. 卫星通信的特点

卫星通信与其他通信方式相比较，有以下几个方面的特点：① 通信距离远，且费用与通信距离无关。从图16.2中可见，利用静止卫星，最大的通信距离达18100km左右。而且建站费用和运行费用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。这在远距离通信上，比微波接力、电缆、光缆、短波通信有明显的优势。② 广播方式工作，可以进行多址通信。通常，其他类型的通信手段只能实现点对点通信，而卫星是以广播方式进行工作的，在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点都可以设置地球站，这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双边或多边通信，即进行多址通信。另外，一颗在轨卫星，相当于在一定区域内铺设了可以到达任何一点的无数条无形电路，它为通信网络的组成，提供了高效率和灵活性。③ 通信容量大，适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段，可以使用的频带很宽。一般C和Ku频段的卫星带宽可达500～800MHz，而Ka频段可达几个GHz。④ 可以自发自收进行监测。一般，发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号，从而可以监视本站所发消息是否正确，以及传输质量的优劣。⑤ 无缝覆盖能力。利用卫星移动通信，可以不受地理环境、气候条件和时间的限制，建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统。⑥ 广域复杂网络拓扑构成能力。卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术，可按优良的价格性能比提供宽广地域范围的点对点与多点对多点的复杂的网络拓扑构成能力。⑦ 安全可靠性。事实证明，在面对抗震救灾或国际海底/光缆的故障时，卫星通信是一种无可比拟的重要通信手段。即使将来有较完善的自愈备份或路由迂回的陆地光缆及海底光缆网络，明智的网络规划者与设计师还是能够理解卫星通信作为传输介质应急备份与信息高速公路混合网基本环节的重要性与必要性。 卫星通信的主要优点概述如下：1、通信距离远：在卫星波束覆盖区域内，通信距离最远为13000公里；2、不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；3、不受通信两点间任何自然灾害和人为事件的影响；4、通信质量高，系统可靠性高，常用于海缆修复期的支撑系统；5、通信距离越远，相对成本越低；6、可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输和数据交互；7、机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；8、信号配置灵活，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路和中高速的数据通道9、易于实现多地址传输；10、易于实现多种业务功能。 讲了卫星通信的这么多优点，卫星通信也有不少缺点呢!1、传输时延大：500毫秒~800毫秒的时延；2、高纬度地区难以实现卫星通信；3、为了避免各卫星通信系统之间的相互干扰，同步轨道的星位是有一点限度的，不能无限制地增加卫星数量；4、太空中的日凌现象和星食现象会中断和影响卫星通信；5、卫星发射的成功率为80%，卫星的寿命为几年到十几年；发展卫星通信需要长远规划和承担发射失败的风险。 主要优点是：①通信距离远，在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远约13×103km（用全球波束，地球站对卫星的仰角在5°以上）；②不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；③不受通信两点间的任何自然灾害和人为亊件的影响；④只经过卫星一跳即可到达对方，因而通信质量高，系统可靠性高，常作为海缆修复期的支撑系统；⑤通信距离越远，成本越低；⑥可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输，以及直达用户办公楼的交互数据传输甚至话音传输，因而适用于广播型和用户型业务；⑦机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；⑧灵活性大，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路，提供几十兆比（Mbit/s）甚至120Mbit/s的中高速数据通道，也可提供至少一条话路或1.2kbit/s、2-4kbit/s的数据通道；⑨易于实现多址传输；⑩有传输多种业务的功能。主要缺点是：①传输时延大。卫星地球站通过赤道上空约36000km的通信卫星的转发进行通信，视地球站纬度高低，其一跳的单程空间距离为72000～80000km。以300000km/s的速度传播的电波，要经过240ms～260ms的空间传输延时才能到达对方地球站，加上终端设备对数字信号的处理时间等，延时还要增加。根据国际电报电话咨询委员会建议（Rec.114），单程传输不要超过400ms。对通话来说，发话方听到对方立即的回话，也要经过500ms～800ms，这是可以被通话用户接受和习惯的。但由通话双方的二/四线混合线圈不平衡而造成的泄漏，将出现不可忍受的回音，因而必须无例外地加装回音消除器。②在南纬75。以上和北纬75°以上的高纬度地区，由于同步卫星的仰角低于5°，难以实现卫星通信，一般来说，纬度在70°以下的地面、80°以下的飞机，均可经同步卫星建立通信。③同步轨道的位置有限，不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔。④每年有不可避免的日凌中断和须采取措施度过的星食发生。⑤需对卫星部署有长远规划。卫星寿命一般为几年至十几年，而卫星的设计和生产周期长，需及早安排后继卫星，但卫星发射成功率平均为80%左右，故要承担一定的风险。

7. 通信系统的卫星系统

在微波通信系统中，若以位于对地静止轨道上的通信卫星为中继转发器，转发各地球站的信号，则构成一个卫星通信系统。卫星通信系统的特点是覆盖面积很大，在卫星天线波束覆盖的大面积范围内可根据需要灵活地组织通信联络，有的还具有一定的变换功能,故已成为国际通信的主要手段,也是许多国家国内通信的重要手段。卫星通信系统主要由通信卫星、地球站、测控系统和相应的终端设备组成。卫星通信系统既可作为一种独立的通信手段（特别适用于对海上、空中的移动通信业务和专用通信网），又可与陆地的通信系统结合、相互补充，构成更完善的传输系统。用上述载波、微波接力、卫星等通信系统作传输分系统，与交换分系统相结合，可构成传送各种通信业务的通信系统。

8. 什么是卫星通信

卫星通信就是先将信号转换成微波发射到地球同步卫星，而后通过地球同步卫星发射到转发信号，从而将信号覆盖面扩大,达到信号的传输. 
一)什么是卫星通信 

卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。 


(二)卫星通信的特点 

卫星通信是现代通信技术的重要成果，它是在地面微波通信和空间技术的基础上发展起来的。与电缆通信、微波中继通信、光纤通信、移动通信等通信方式相比，卫星通信具有下列特点： 

(1)卫星通信覆盖区域大，通信距离远。因为卫星距离地面很远，一颗地球同步卫星便可覆盖地球表面的1/3，因此，利用3颗适当分布的地球同步卫星即可实现除两极以外的全球通信。卫星通信是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。 

(2)卫星通信具有多址联接功能。卫星所覆盖区域内的所有地球站都能利用同一卫星进行相互间的通信，即多址联接。 

(3)卫星通信频段宽，容量大。卫星通信采用微波频段，每个卫星上可设置多个转发器，故通信容量很大。 

(4)卫星通信机动灵活。地球站的建立不受地理条件的限制，可建在边远地区、岛屿、汽车、飞机和舰艇上。 

(5)卫星通信质量好，可靠性高。卫星通信的电波主要在自由空间传播，噪声小，通信质量好。就可靠性而言，卫星通信的正常运转率达99.8％以上。 

(6)卫星通信的成本与距离无关。地面微波中继系统或电缆载波系统的建设投资和维护费用都随距离的增加而增加，而卫星通信的地球站至卫星转发器之间并不需要线路投资，因此，其成本与距离无关。 

但卫星通信也有不足之处，主要表现在： 

(1)传输时延大。在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达40000km，电磁波以光速（3×108m/s）传输，这样，路经地球站→卫星→地球站（称为一个单跳）的传播时间约需0.27s。如果利用卫星通信打电话的话，由于两个站的用户都要经过卫星，因此，打电话者要听到对方的回答必须额外等待0.54s。 

(2)回声效应。在卫星通信中，由于电波来回转播需0.54s，因此产生了讲话之后的“回声效应”。为了消除这一干扰，卫星电话通信系统中增加了一些设备，专门用于消除或抑制回声干扰。 

(3)存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时，由于地球两极附近区域“看不见”卫星，因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。 

(4)存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。