淺談衛(wèi)星通信的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

黃華山

摘 要：如今，衛(wèi)星通信早已成為信息傳輸和通信的主力支柱，深深的融入到了人們的日常生活中。該文根據(jù)衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)了其在無(wú)線定位業(yè)務(wù)以及相關(guān)的包括衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)和衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)商業(yè)應(yīng)用等方面的應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 發(fā)展現(xiàn)狀 應(yīng)用 通信業(yè)務(wù) 發(fā)射

中圖分類(lèi)號(hào)：TN927 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）09（a）-0081-02

衛(wèi)星通信從20世紀(jì)50年代正式實(shí)用至今已有半個(gè)多世紀(jì)的歷程，無(wú)論是在理論研究領(lǐng)域，還是在應(yīng)用領(lǐng)域，都已經(jīng)取得了極大的進(jìn)展，被大規(guī)模的用于包括民用、商業(yè)和軍事專(zhuān)用等范圍中，如地球資源探索、天氣預(yù)報(bào)、搜索和營(yíng)救、定位以及個(gè)人通信等。隨著21世紀(jì)的到來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，因此更加推進(jìn)力衛(wèi)星通信在技術(shù)方面的發(fā)展。該文結(jié)合衛(wèi)生通信的特征，系統(tǒng)闡明衛(wèi)生通信的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀。

1 衛(wèi)星通信介紹

1.1 衛(wèi)星通信相關(guān)知識(shí)

衛(wèi)星通信是指憑借衛(wèi)星信道為傳輸媒介，傳輸各種數(shù)據(jù)信息的一種通信方式。其主要由通信衛(wèi)星、地面基站等有機(jī)組成，其中通信衛(wèi)星具有通信功能，通常置放在距離地面數(shù)萬(wàn)公里的太空中，用來(lái)作為地面發(fā)射出去的信號(hào)的中繼站，能夠?qū)υ诳罩袀鬏數(shù)男盘?hào)進(jìn)行接收、放大和再發(fā)射，一般說(shuō)來(lái)，通信衛(wèi)星對(duì)地球而言可以分為兩種，同步定點(diǎn)通信衛(wèi)星和相對(duì)固定的靜止衛(wèi)星，通信衛(wèi)星上能夠裝載幾個(gè)到幾十個(gè)的轉(zhuǎn)發(fā)器，可以按照衛(wèi)星的功率，具有多種通信容量，一般彩色電視可達(dá)12路以上，還可開(kāi)通幾個(gè)到幾十萬(wàn)路的話路，并且能夠提供數(shù)據(jù)傳輸及其他多種通信方式使用；地面基站又稱(chēng)為地球站，其主要功能是用來(lái)發(fā)射、接收衛(wèi)星信號(hào)，地面基站使用衛(wèi)星天線對(duì)于通信衛(wèi)星跟蹤非常方便，設(shè)備裝置也比較經(jīng)濟(jì)，通常對(duì)于指定的目標(biāo)區(qū)域，使用基站對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的天線波束非常容易，可以連續(xù)24小時(shí)通訊。

衛(wèi)星通信和計(jì)算機(jī)發(fā)展是相輔相成的，利用衛(wèi)星在計(jì)算機(jī)各站點(diǎn)之間進(jìn)行通信，甚至在許多用戶(hù)使用衛(wèi)星發(fā)射機(jī)的全部頻帶的情況下進(jìn)行多路訪問(wèn)，更能顯示衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)。地面站使用上行通道的某一波段的頻率多路訪問(wèn)通信衛(wèi)星，而通信衛(wèi)星則使用下行通道的另一波段的頻率對(duì)地面站進(jìn)行廣播，地面站由發(fā)射裝置、接收裝置、地面天線、控制系統(tǒng)等設(shè)備組成，將現(xiàn)代化電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，共同融為一體，可按通信協(xié)議通過(guò)衛(wèi)星信道、接收裝置接收網(wǎng)內(nèi)其他地面站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)也可以可按通信協(xié)議通過(guò)發(fā)射裝置、衛(wèi)星信道向網(wǎng)內(nèi)其他地面站發(fā)送數(shù)據(jù)信息，非常的實(shí)用。

1.2 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

衛(wèi)星通信具有以下特點(diǎn)。

（1）衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，面積大，能夠在很長(zhǎng)的距離內(nèi)以極快的速度發(fā)送大量的數(shù)據(jù)信息，并且具有組網(wǎng)靈活，見(jiàn)效快和多址通信能力。

（2）衛(wèi)星通信可以提供廉價(jià)、穩(wěn)定可靠的信道，并且能夠克服惡劣的地理環(huán)境等自然條件的限制。

（3）衛(wèi)星通信使用地面基站和通信衛(wèi)星有機(jī)組成，與其他通信裝置相比，起維護(hù)也很方便，無(wú)論通信距離的遠(yuǎn)近，跨地域維護(hù)所需費(fèi)用相同，更適合人口比較分散地區(qū)使用，對(duì)于各洲之間、世界各個(gè)國(guó)家地區(qū)間和國(guó)內(nèi)各城市之間的數(shù)據(jù)通信和信息傳遞，都能夠滿足準(zhǔn)確化和快速化的需要，其應(yīng)用領(lǐng)域非常的廣泛。

由其特點(diǎn)我們可以發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星通信是一種非常理想的長(zhǎng)途通信方式，在實(shí)際應(yīng)用中具有極大的優(yōu)勢(shì)和潛在的價(jià)值。

2 衛(wèi)星通信的應(yīng)用發(fā)展

2.1 衛(wèi)星通信的應(yīng)用發(fā)展歷程

英國(guó)著名科學(xué)家阿瑟·克拉克于1945年10月發(fā)表論文，其在文章中提出在進(jìn)行全球無(wú)線電通信的時(shí)可以利用同步衛(wèi)星科學(xué)設(shè)想，經(jīng)過(guò)眾多科學(xué)家的不懈努力，通過(guò)不斷研究和試驗(yàn)，人們終于在20年后將這一偉大的設(shè)想變成現(xiàn)實(shí)，美國(guó)在1964年8月發(fā)射的第三顆“新康姆”衛(wèi)星定位在東經(jīng)155 °的赤道上空，通過(guò)它順利地開(kāi)展了傳真、電話和電視的傳輸試驗(yàn)，并在同年依靠它向美國(guó)轉(zhuǎn)播了東京奧運(yùn)會(huì)的盛況。到那時(shí)，衛(wèi)星通信的早期試驗(yàn)時(shí)期正式完畢。

20世紀(jì)60年代中期，衛(wèi)星通信開(kāi)始邁進(jìn)實(shí)用時(shí)期。西方發(fā)達(dá)國(guó)家財(cái)團(tuán)所成立的“國(guó)際衛(wèi)星通信組織”在1965年4月把第一代“國(guó)際通信衛(wèi)星”發(fā)射到地處大西洋上空的西經(jīng)35 °的靜止同步軌道上，該衛(wèi)星從此正式承接歐洲和美洲之間的一般通信和商務(wù)通信業(yè)務(wù)。半個(gè)月后，前蘇聯(lián)順利發(fā)射了首顆“閃電-1”非同步通信衛(wèi)星進(jìn)入遠(yuǎn)地點(diǎn)4萬(wàn) km、近地點(diǎn)500 km的傾角為65 °準(zhǔn)同步軌道（運(yùn)行周期為12 h），該衛(wèi)星可以為前蘇聯(lián)的西伯利亞、北方、中亞地區(qū)提供傳真、電視、廣播和電話通信業(yè)務(wù)，這預(yù)示著衛(wèi)星通信的應(yīng)用成果—— 世界通信業(yè)務(wù)開(kāi)始了。

20世紀(jì)70年代初，衛(wèi)星通信逐步滲透到國(guó)家內(nèi)部的通信領(lǐng)域。加拿大在1972年順利發(fā)射了國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星“ANIK”，完成了國(guó)內(nèi)首個(gè)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在這期間，地球站也陸續(xù)使用10 m、18 m、21 m等較小口徑的天線，使用常溫參量放大器接收機(jī)和幾百瓦級(jí)行波管發(fā)射級(jí)等使地球站呈現(xiàn)小型化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，成本得到了極大地削減。與此同時(shí)，還產(chǎn)生了海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，依靠大型岸上地球站轉(zhuǎn)接，為海洋運(yùn)輸船舶提供可靠的通信服務(wù)。

20世紀(jì)80年代，VSAT（極小口徑終端）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成功問(wèn)世，標(biāo)志著衛(wèi)星通信邁向了極速飛躍的發(fā)展時(shí)期。VSAT集計(jì)算機(jī)通信和技術(shù)于一身，智能化和固態(tài)化的小型號(hào)無(wú)人值守地球站。20世紀(jì)90年代，中、低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信的出現(xiàn)為國(guó)際個(gè)人通信創(chuàng)造了便利條件，加快了世界信息化的步伐。

進(jìn)入21世紀(jì)，衛(wèi)星通信無(wú)論是在理論研究領(lǐng)域或者是再應(yīng)用領(lǐng)域，比如GPS，都取得了更加顯著的成果。中國(guó)衛(wèi)星的研究和使用開(kāi)始于20世紀(jì)70年代初，1972年，我國(guó)利用引進(jìn)的國(guó)外設(shè)備，并且租用國(guó)際第四代通信衛(wèi)星，在我國(guó)最發(fā)達(dá)的城市北京和上海建立了四座大型地球站。我國(guó)于1984年4月8日成功地發(fā)射了第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星，位于東經(jīng)125度的赤道上空，從第一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射迄今為止，我國(guó)已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十顆衛(wèi)星以供軍事和商業(yè)使用，目前，全國(guó)已有數(shù)百個(gè)市縣可以通過(guò)衛(wèi)星與世界上許多國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行國(guó)際通信，我國(guó)今后還將發(fā)射具有更多轉(zhuǎn)發(fā)器的衛(wèi)星，以便使衛(wèi)星通信水平獲得跨越式發(fā)展。endprint

2.2 衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)況

無(wú)線定位業(yè)務(wù)發(fā)展的現(xiàn)況

如今，國(guó)際上存在兩類(lèi)衛(wèi)星定位系統(tǒng)：俄羅斯的世界軌道衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS和美國(guó)的全球定位系統(tǒng)GPS。GLONASS系統(tǒng)包含24顆衛(wèi)星，其中，備用的衛(wèi)星有3顆，勻稱(chēng)地布局在相隔為120 °的三個(gè)軌道平面上，每一個(gè)軌道平面同赤道平面呈64.8 °的夾角。衛(wèi)星朝地面?zhèn)鬏攦蓚€(gè)不同頻段的擴(kuò)譜信號(hào)，依靠衛(wèi)星信道完成衛(wèi)星的區(qū)分。

GPS起初被廣泛應(yīng)用在美國(guó)航空、航海及國(guó)防軍事等諸多領(lǐng)域，并通過(guò)美國(guó)軍方負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)開(kāi)展必要地操作、維護(hù)和監(jiān)督。因GPS擁有導(dǎo)航、測(cè)量、測(cè)繪等優(yōu)勢(shì)特征，所以，在民用領(lǐng)域依然有著較廣闊的發(fā)展?jié)摿颓熬?。GPS系統(tǒng)可以為世界24 h供應(yīng)快速、持續(xù)、實(shí)時(shí)和高精確度的三維坐標(biāo)，并能提供精密的時(shí)間定位信息，有著較好的保密性和抗干擾性。GPS系統(tǒng)目前共有24顆衛(wèi)星，平均分布在6個(gè)軌道平面，其中21顆基本星為主用，3顆為主軌的備用星，衛(wèi)星距離地面20200 km，以12 h繞行軌道一周的速度運(yùn)行，這些軌道為均勻分布在與赤道夾角55 °的近圓形，任意軌道平面間夾角為60 °。每個(gè)衛(wèi)星以?xún)蓚€(gè)頻率發(fā)送電碼，電碼有兩種，分別為軍用電碼與民用電碼，軍方搜索目標(biāo)的誤差僅1 m，民用搜索目標(biāo)保持100 m的誤差。盡管雷達(dá)系統(tǒng)及測(cè)向機(jī)技術(shù)等傳統(tǒng)意義上的定位方法也能達(dá)到偵查測(cè)試地形方位的目的，然而，主要運(yùn)用在軍事領(lǐng)域，且開(kāi)支浩大，假若能同GPS系統(tǒng)加以密切結(jié)合，會(huì)顯著地削減成本。GPS系統(tǒng)能夠極大地運(yùn)用在地質(zhì)勘查探測(cè)、海上搜索救援、探測(cè)大氣層、沙漠方向引導(dǎo)、汽車(chē)定位、森林消防、飛機(jī)導(dǎo)航等諸多方面，在經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中扮演重要角色。

近年來(lái)，在我國(guó)科學(xué)家的不斷努力之下，已成功自主研發(fā)了通信導(dǎo)航定位衛(wèi)星—— 北斗導(dǎo)航衛(wèi)星，其技術(shù)也處于世界領(lǐng)先水平。我國(guó)于2011年4月和7月分別發(fā)射了第八顆和第九顆北斗衛(wèi)星，完成了北斗導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）的建設(shè)，具備在中國(guó)及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時(shí)、報(bào)文和GPS廣域差分功能，并已在測(cè)繪、電信、水利、交通運(yùn)輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國(guó)家安全等諸多領(lǐng)域逐步發(fā)揮重要作用。

2.3 衛(wèi)星固定通信的發(fā)展現(xiàn)況

到21世紀(jì)初，國(guó)際經(jīng)營(yíng)衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)的企業(yè)大致有30余家，在軌靜止衛(wèi)星總共200余顆。其中，國(guó)際通信衛(wèi)星企業(yè)有28顆、SES全球公司存在37顆、泛美衛(wèi)星公司存在24顆和歐洲通信衛(wèi)星公司具有22顆，這些企業(yè)所具有的衛(wèi)星數(shù)目，占世界衛(wèi)星數(shù)的一半以上。上述衛(wèi)星中最具典型的先進(jìn)衛(wèi)星包含iPSTAR衛(wèi)星與阿尼克-F2。iPSTAR衛(wèi)星由泰國(guó)企業(yè)—— Shin于2005年8月發(fā)射成功，是目前擁有全球最大通信容量的商務(wù)類(lèi)寬帶衛(wèi)星，總共擁有114臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)器，其Ku頻段用戶(hù)鏈路包含84個(gè)點(diǎn)波束、7個(gè)賦形廣播波束和3個(gè)賦形通信波束，Ka頻段的饋線鏈路存在18個(gè)點(diǎn)波束，通信的總?cè)萘扛哌_(dá)45 Gbit/s，大致與超過(guò)1000個(gè)常規(guī)36 MHz帶寬轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的容量相當(dāng)，整星功率為15kW，衛(wèi)星的重量高達(dá)6300 kg。阿尼克-F2衛(wèi)星由加拿大電信衛(wèi)星公司—— Telesat在2004年7月發(fā)射成功的全球首顆面向大眾的商務(wù)類(lèi)寬帶衛(wèi)星，擁有94臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)儀器，包含Ku頻段32臺(tái)、Ka頻段38臺(tái)、C頻段24臺(tái)，Ka頻段擁有38個(gè)點(diǎn)波束，個(gè)別部位的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)星上處理，整星的功率為16 kW，衛(wèi)星的重量高達(dá)5950 kg。

2.4 衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展現(xiàn)況

衛(wèi)星移動(dòng)通信將通信衛(wèi)星充當(dāng)中繼站，以便實(shí)現(xiàn)在移動(dòng)用戶(hù)之間或移動(dòng)用戶(hù)和固定用戶(hù)之間完成彼此通信。該技術(shù)形式是傳統(tǒng)意義上的衛(wèi)星固定通信與地面移動(dòng)通信相銜接的代表。就表現(xiàn)方式而言，它不但是一個(gè)將衛(wèi)星充當(dāng)中繼站的移動(dòng)通信系統(tǒng)，也是一個(gè)供應(yīng)有效移動(dòng)業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)，不僅能運(yùn)用對(duì)地靜止的軌道衛(wèi)星，也能運(yùn)用非靜止的軌道衛(wèi)星。近些年來(lái)，衛(wèi)星移動(dòng)通信時(shí)所采用的衛(wèi)星系統(tǒng)包含全球海事衛(wèi)星系統(tǒng)、亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)、瑟拉亞衛(wèi)星系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星-2系統(tǒng)等，其中，亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)與全球移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)的波束均能成功覆蓋到我國(guó)。

全球海事衛(wèi)星系統(tǒng)是由世界移動(dòng)衛(wèi)星企業(yè)直接運(yùn)營(yíng)的世界衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星已邁向第4代。Inm arsat-4F1發(fā)射于2005年春，衛(wèi)星總重量達(dá)5959 kg，該衛(wèi)生運(yùn)用一臺(tái)具備波束成形和選用信道功能的透明彎曲管式數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備與一副可以生成較多波束的直徑為9 m的L頻段天線，包含寬點(diǎn)波束19個(gè)、世界波束1個(gè)和窄點(diǎn)波束200個(gè)，其點(diǎn)波束供應(yīng)用戶(hù)終端的衛(wèi)星等效全向輻射功率的強(qiáng)度為67 dBW，其運(yùn)用極大地促使用戶(hù)終端的小型態(tài)化，并能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)終端通信的手持化，提高了通信數(shù)據(jù)的運(yùn)行速率，使視頻直播通信走向高清晰化，Inm arsat-4F1衛(wèi)星能夠支持全部的Inm arsat業(yè)務(wù)及寬帶國(guó)際區(qū)域網(wǎng)業(yè)務(wù)，還包括因特網(wǎng)接入業(yè)務(wù)。

亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)由印尼等國(guó)聯(lián)合研發(fā)、并于2000年2月發(fā)射成功的區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)。該衛(wèi)生功率達(dá)14 kW，衛(wèi)星的重量高達(dá)4500 kg，服務(wù)范圍覆蓋到亞洲全境。星上設(shè)有兩副直徑為12 m的L頻段接收-發(fā)送天線，擁有140個(gè)點(diǎn)波束，其中，有45個(gè)點(diǎn)波束覆蓋到我國(guó)，其等效全向的輻射功率強(qiáng)度為73 dBW，該衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)對(duì)200萬(wàn)用戶(hù)和20000條話音信道的支持。地面用戶(hù)終端包含移動(dòng)式、穩(wěn)固式、便攜式與手持式，可向用戶(hù)供應(yīng)雙模的傳真、話音、速率較低的數(shù)據(jù)及地區(qū)漫游等各種通信業(yè)務(wù)。

低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信中，有全球星系統(tǒng)、銥系統(tǒng)和軌道通信系統(tǒng)等。全球星系統(tǒng)1999年開(kāi)始商業(yè)運(yùn)營(yíng)，其由48顆低軌衛(wèi)星有機(jī)組成，衛(wèi)星運(yùn)用透明轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，多波束天線，饋線鏈路與用戶(hù)鏈路同是VHF頻段，為廣大用戶(hù)供應(yīng)尋呼、傳真及短數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)。用戶(hù)終端主要包含車(chē)載、手機(jī)、船載、機(jī)載等多種移動(dòng)終端，還包含固定和半固定終端。銥系統(tǒng)由66顆低軌道衛(wèi)星組成的國(guó)際衛(wèi)星通信系統(tǒng)，2001年成立新的銥衛(wèi)星企業(yè)，并再度承接新的通信業(yè)務(wù)，該系統(tǒng)在全世界的覆蓋范圍包含北極和南極，星上的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備運(yùn)用前沿的交換技術(shù)，多點(diǎn)波束天線，擁有星際鏈路，堪稱(chēng)最前沿的低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其用戶(hù)鏈路是L頻段，饋線鏈路和星際鏈路是Ka頻段，并能供應(yīng)傳真、數(shù)據(jù)、尋呼和電話等多項(xiàng)業(yè)務(wù)，用戶(hù)終端包含單模、雙模及三模手機(jī)，固定終端與車(chē)載設(shè)備。軌道通信系統(tǒng)正式投入運(yùn)營(yíng)始于1997年，該系統(tǒng)由37-48顆低軌道衛(wèi)星組成的國(guó)際衛(wèi)星通信系統(tǒng)，每個(gè)衛(wèi)星均運(yùn)用單波束天線、轉(zhuǎn)發(fā)處理設(shè)備，終端為單模手機(jī)和尋呼機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著科技的高速發(fā)展，衛(wèi)星通信事業(yè)日新月異，小到人類(lèi)生產(chǎn)生活都已經(jīng)深深的感受到了其便利，大到一個(gè)國(guó)家和整個(gè)世界都能深刻的體會(huì)到衛(wèi)星通信的有利之處，隨著其他學(xué)科先進(jìn)技術(shù)的問(wèn)世和應(yīng)用，如光開(kāi)關(guān)、超導(dǎo)體技術(shù)、光信息處理、智能星上網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、新型發(fā)射設(shè)備及新型軌道技術(shù)的應(yīng)用，將會(huì)促使衛(wèi)星通信產(chǎn)生重大的發(fā)展變化，也會(huì)對(duì)未來(lái)生活產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

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