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)星通信技術的發(fā)展，總結了其在無線定位業(yè)務以及相關的包括衛(wèi)星固定通信業(yè)務和衛(wèi)星移動通信業(yè)務商業(yè)應用等方面的應用發(fā)展狀況。

關鍵詞：衛(wèi)星通信 發(fā)展現(xiàn)狀 應用 通信業(yè)務 發(fā)射

中圖分類號：TN927 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0081-02

衛(wèi)星通信從20世紀50年代正式實用至今已有半個多世紀的歷程，無論是在理論研究領域，還是在應用領域，都已經(jīng)取得了極大的進展，被大規(guī)模的用于包括民用、商業(yè)和軍事專用等范圍中，如地球資源探索、天氣預報、搜索和營救、定位以及個人通信等。隨著21世紀的到來，科學技術發(fā)展迅速，因此更加推進力衛(wèi)星通信在技術方面的發(fā)展。該文結合衛(wèi)生通信的特征，系統(tǒng)闡明衛(wèi)生通信的應用發(fā)展現(xiàn)狀。

1 衛(wèi)星通信介紹

1.1 衛(wèi)星通信相關知識

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)萬公里的太空中，用來作為地面發(fā)射出去的信號的中繼站，能夠?qū)υ诳罩袀鬏數(shù)男盘栠M行接收、放大和再發(fā)射，一般說來，通信衛(wèi)星對地球而言可以分為兩種，同步定點通信衛(wèi)星和相對固定的靜止衛(wèi)星，通信衛(wèi)星上能夠裝載幾個到幾十個的轉(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12路以上，還可開通幾個到幾十萬路的話路，并且能夠提供數(shù)據(jù)傳輸及其他多種通信方式使用；地面基站又稱為地球站，其主要功能是用來發(fā)射、接收衛(wèi)星信號，地面基站使用衛(wèi)星天線對于通信衛(wèi)星跟蹤非常方便，設備裝置也比較經(jīng)濟，通常對于指定的目標區(qū)域，使用基站對準衛(wèi)星的天線波束非常容易，可以連續(xù)24小時通訊。

衛(wèi)星通信和計算機發(fā)展是相輔相成的，利用衛(wèi)星在計算機各站點之間進行通信，甚至在許多用戶使用衛(wèi)星發(fā)射機的全部頻帶的情況下進行多路訪問，更能顯示衛(wèi)星通信的優(yōu)勢。地面站使用上行通道的某一波段的頻率多路訪問通信衛(wèi)星，而通信衛(wèi)星則使用下行通道的另一波段的頻率對地面站進行廣播，地面站由發(fā)射裝置、接收裝置、地面天線、控制系統(tǒng)等設備組成，將現(xiàn)代化電子計算機技術和通信技術有機的結合，共同融為一體，可按通信協(xié)議通過衛(wèi)星信道、接收裝置接收網(wǎng)內(nèi)其他地面站發(fā)來的數(shù)據(jù)信息，同時也可以可按通信協(xié)議通過發(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，非常的實用。

1.2 衛(wèi)星通信的特點

衛(wèi)星通信具有以下特點。

（1）衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，面積大，能夠在很長的距離內(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，見效快和多址通信能力。

（2）衛(wèi)星通信可以提供廉價、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)星有機組成，與其他通信裝置相比，起維護也很方便，無論通信距離的遠近，跨地域維護所需費用相同，更適合人口比較分散地區(qū)使用，對于各洲之間、世界各個國家地區(qū)間和國內(nèi)各城市之間的數(shù)據(jù)通信和信息傳遞，都能夠滿足準確化和快速化的需要，其應用領域非常的廣泛。

由其特點我們可以發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星通信是一種非常理想的長途通信方式，在實際應用中具有極大的優(yōu)勢和潛在的價值。

2 衛(wèi)星通信的應用發(fā)展

2.1 衛(wèi)星通信的應用發(fā)展歷程

英國著名科學家阿瑟·克拉克于1945年10月發(fā)表論文，其在文章中提出在進行全球無線電通信的時可以利用同步衛(wèi)星科學設想，經(jīng)過眾多科學家的不懈努力，通過不斷研究和試驗，人們終于在20年后將這一偉大的設想變成現(xiàn)實，美國在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，通過它順利地開展了傳真、電話和電視的傳輸試驗，并在同年依靠它向美國轉(zhuǎn)播了東京奧運會的盛況。到那時，衛(wèi)星通信的早期試驗時期正式完畢。

20世紀60年代中期，衛(wèi)星通信開始邁進實用時期。西方發(fā)達國家財團所成立的“國際衛(wèi)星通信組織”在1965年4月把第一代“國際通信衛(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通信業(yè)務。半個月后，前蘇聯(lián)順利發(fā)射了首顆“閃電-1”非同步通信衛(wèi)星進入遠地點4萬 km、近地點500 km的傾角為65 °準同步軌道（運行周期為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，這預示著衛(wèi)星通信的應用成果—— 世界通信業(yè)務開始了。

20世紀70年代初，衛(wèi)星通信逐步滲透到國家內(nèi)部的通信領域。加拿大在1972年順利發(fā)射了國內(nèi)通信衛(wèi)星“ANIK”，完成了國內(nèi)首個衛(wèi)星通信業(yè)務，取得了可觀的經(jīng)濟效益和社會效益。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和幾百瓦級行波管發(fā)射級等使地球站呈現(xiàn)小型化的發(fā)展態(tài)勢，成本得到了極大地削減。與此同時，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，為海洋運輸船舶提供可靠的通信服務。

20世紀80年代，VSAT（極小口徑終端）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成功問世，標志著衛(wèi)星通信邁向了極速飛躍的發(fā)展時期。VSAT集計算機通信和技術于一身，智能化和固態(tài)化的小型號無人值守地球站。20世紀90年代，中、低軌道移動衛(wèi)星通信的出現(xiàn)為國際個人通信創(chuàng)造了便利條件，加快了世界信息化的步伐。

進入21世紀，衛(wèi)星通信無論是在理論研究領域或者是再應用領域，比如GPS，都取得了更加顯著的成果。中國衛(wèi)星的研究和使用開始于20世紀70年代初，1972年，我國利用引進的國外設備，并且租用國際第四代通信衛(wèi)星，在我國最發(fā)達的城市北京和上海建立了四座大型地球站。我國于1984年4月8日成功地發(fā)射了第一顆試驗通信衛(wèi)星，位于東經(jīng)125度的赤道上空，從第一顆實驗衛(wèi)星的發(fā)射迄今為止，我國已經(jīng)發(fā)射了數(shù)十顆衛(wèi)星以供軍事和商業(yè)使用，目前，全國已有數(shù)百個市縣可以通過衛(wèi)星與世界上許多國家和地區(qū)進行國際通信，我國今后還將發(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)務的應用發(fā)展現(xiàn)況

無線定位業(yè)務發(fā)展的現(xiàn)況

如今，國際上存在兩類衛(wèi)星定位系統(tǒng)：俄羅斯的世界軌道衛(wèi)星導航系統(tǒng)GLONASS和美國的全球定位系統(tǒng)GPS。GLONASS系統(tǒng)包含24顆衛(wèi)星，其中，備用的衛(wèi)星有3顆，勻稱地布局在相隔為120 °的三個軌道平面上，每一個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€不同頻段的擴譜信號，依靠衛(wèi)星信道完成衛(wèi)星的區(qū)分。

GPS起初被廣泛應用在美國航空、航海及國防軍事等諸多領域，并通過美國軍方負責機構開展必要地操作、維護和監(jiān)督。因GPS擁有導航、測量、測繪等優(yōu)勢特征，所以，在民用領域依然有著較廣闊的發(fā)展?jié)摿颓熬啊PS系統(tǒng)可以為世界24 h供應快速、持續(xù)、實時和高精確度的三維坐標，并能提供精密的時間定位信息，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 °。每個衛(wèi)星以兩個頻率發(fā)送電碼，電碼有兩種，分別為軍用電碼與民用電碼，軍方搜索目標的誤差僅1 m，民用搜索目標保持100 m的誤差。盡管雷達系統(tǒng)及測向機技術等傳統(tǒng)意義上的定位方法也能達到偵查測試地形方位的目的，然而，主要運用在軍事領域，且開支浩大，假若能同GPS系統(tǒng)加以密切結合，會顯著地削減成本。GPS系統(tǒng)能夠極大地運用在地質(zhì)勘查探測、海上搜索救援、探測大氣層、沙漠方向引導、汽車定位、森林消防、飛機導航等諸多方面，在經(jīng)濟和社會發(fā)展中扮演重要角色。

近年來，在我國科學家的不斷努力之下，已成功自主研發(fā)了通信導航定位衛(wèi)星—— 北斗導航衛(wèi)星，其技術也處于世界領先水平。我國于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，完成了北斗導航試驗系統(tǒng)（第一代系統(tǒng)）的建設，具備在中國及其周邊地區(qū)范圍內(nèi)的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業(yè)、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域逐步發(fā)揮重要作用。

2.3 衛(wèi)星固定通信的發(fā)展現(xiàn)況

到21世紀初，國際經(jīng)營衛(wèi)星固定通信業(yè)務的企業(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衛(wèi)星包含iPSTAR衛(wèi)星與阿尼克-F2。iPSTAR衛(wèi)星由泰國企業(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類寬帶衛(wèi)星，總共擁有114臺轉(zhuǎn)發(fā)器，其Ku頻段用戶鏈路包含84個點波束、7個賦形廣播波束和3個賦形通信波束，Ka頻段的饋線鏈路存在18個點波束，通信的總容量高達45 Gbit/s，大致與超過1000個常規(guī)36 MHz帶寬轉(zhuǎn)發(fā)設備的容量相當，整星功率為15kW，衛(wèi)星的重量高達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類寬帶衛(wèi)星，擁有94臺轉(zhuǎn)發(fā)儀器，包含Ku頻段32臺、Ka頻段38臺、C頻段24臺，Ka頻段擁有38個點波束，個別部位的轉(zhuǎn)發(fā)設備可以實現(xiàn)星上處理，整星的功率為16 kW，衛(wèi)星的重量高達5950 kg。

2.4 衛(wèi)星移動通信的發(fā)展現(xiàn)況

衛(wèi)星移動通信將通信衛(wèi)星充當中繼站，以便實現(xiàn)在移動用戶之間或移動用戶和固定用戶之間完成彼此通信。該技術形式是傳統(tǒng)意義上的衛(wèi)星固定通信與地面移動通信相銜接的代表。就表現(xiàn)方式而言，它不但是一個將衛(wèi)星充當中繼站的移動通信系統(tǒng)，也是一個供應有效移動業(yè)務的通信系統(tǒng)，不僅能運用對地靜止的軌道衛(wèi)星，也能運用非靜止的軌道衛(wèi)星。近些年來，衛(wèi)星移動通信時所采用的衛(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)與全球移動衛(wèi)星系統(tǒng)的波束均能成功覆蓋到我國。

全球海事衛(wèi)星系統(tǒng)是由世界移動衛(wèi)星企業(yè)直接運營的世界衛(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5959 kg，該衛(wèi)生運用一臺具備波束成形和選用信道功能的透明彎曲管式數(shù)字信號處理設備與一副可以生成較多波束的直徑為9 m的L頻段天線，包含寬點波束19個、世界波束1個和窄點波束200個，其點波束供應用戶終端的衛(wèi)星等效全向輻射功率的強度為67 dBW，其運用極大地促使用戶終端的小型態(tài)化，并能實現(xiàn)用戶終端通信的手持化，提高了通信數(shù)據(jù)的運行速率，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)務及寬帶國際區(qū)域網(wǎng)業(yè)務，還包括因特網(wǎng)接入業(yè)務。

亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)由印尼等國聯(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14 kW，衛(wèi)星的重量高達4500 kg，服務范圍覆蓋到亞洲全境。星上設有兩副直徑為12 m的L頻段接收-發(fā)送天線，擁有140個點波束，其中，有45個點波束覆蓋到我國，其等效全向的輻射功率強度為73 dBW，該衛(wèi)星能實現(xiàn)對200萬用戶和20000條話音信道的支持。地面用戶終端包含移動式、穩(wěn)固式、便攜式與手持式，可向用戶供應雙模的傳真、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。

低軌道衛(wèi)星移動通信中，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年開始商業(yè)運營，其由48顆低軌衛(wèi)星有機組成，衛(wèi)星運用透明轉(zhuǎn)發(fā)設備，多波束天線，饋線鏈路與用戶鏈路同是VHF頻段，為廣大用戶供應尋呼、傳真及短數(shù)據(jù)等業(yè)務。用戶終端主要包含車載、手機、船載、機載等多種移動終端，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，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)設備運用前沿的交換技術，多點波束天線，擁有星際鏈路，堪稱最前沿的低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其用戶鏈路是L頻段，饋線鏈路和星際鏈路是Ka頻段，并能供應傳真、數(shù)據(jù)、尋呼和電話等多項業(yè)務，用戶終端包含單模、雙模及三模手機，固定終端與車載設備。軌道通信系統(tǒng)正式投入運營始于1997年，該系統(tǒng)由37-48顆低軌道衛(wèi)星組成的國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)，每個衛(wèi)星均運用單波束天線、轉(zhuǎn)發(fā)處理設備，終端為單模手機和尋呼機。

3 結語

總之，隨著科技的高速發(fā)展，衛(wèi)星通信事業(yè)日新月異，小到人類生產(chǎn)生活都已經(jīng)深深的感受到了其便利，大到一個國家和整個世界都能深刻的體會到衛(wèi)星通信的有利之處，隨著其他學科先進技術的問世和應用，如光開關、超導體技術、光信息處理、智能星上網(wǎng)絡監(jiān)控、新型發(fā)射設備及新型軌道技術的應用，將會促使衛(wèi)星通信產(chǎn)生重大的發(fā)展變化，也會對未來生活產(chǎn)生巨大的促進作用。

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