卫星通信技术简介

1、 时代价相对大，用户移动位置，对精度要求较高的环境。在重要的行业领域，双向授时是发展趋势。表弘单向授时和双向授时具有不同的性价比和应用环境适旳性4对EE顽旨屮車面授时屮取向授时心是否需妾与地面申4咼站交互信息4+J原始信息基础4A钟差（讨差）计算是否需妾与地面申4咼站交互信息4+J原始信息基础4A钟差（讨差）计算方式屮所需系统资源4应用环境屮资料来亦申万研究d本地位置的精密坐标，才匕斗#地面中心标谁时间，中心4通播电文信息，本地讨间心卫星用户延时心基于卫星报文，利馬本机内由地面中占站计算经卫星轰置模型算法计算心回屮被动广播接收方式，不占信主动交互方式，需要占舟曙道容量f道容量*園定位置凫户典尽

2、寸楮度要求屮移动位蜀用户，对精度要求匸不高的坏境屮较高的环境“中国通信基站和电网授时市场需求约40亿元。简单估算授时市场的规模：授时服务是卫星系统的免费服务，因此主要市场收入来自授时同步设备。目前通信和电网对授时需求占总需求70%,2010年中国通信基站将突破20万个（每个基站至少需要一个同步授时设备，我们按1.5个测算），电网110KV以上节点数大约5万个（按照每个节点2个测算），按北斗授时机大致1万元/台测算（目前北斗1万元/台，GPS2000元/台），市场需求约40亿元。国家战略促使重点行业授时系统向北斗系统转移。北斗系统与美国GPS都是具有国家战略意义卫星导航系统，前者具备完全自主知识

3、产权，而后者知识产权归美国军方所有。美国GPS经营多年，产业链相当成熟，其最大优势便在于成本。但出于国家安全的考虑，通信、电力、军工部门的授时设备都要转换到北斗系统，或至少使用北斗/GPS双模授时系统。中国移动已经开始向北斗系统切换。2009年7月1日，中国移动浙江试点完成了分组化移动回传网IEEE1588v2方案部署，并成功将TD-SCDMA业务迁移至该网络。中国移动替代GPS新技术，一方面通过有线传输网络传送精确时间同步信号；另一方面利用我国自主发射北斗卫星作为时间信号源，使用北斗卫星与GPS卫星双模授时，并互为主备用。最终从时间信号来源和传输两个方面相结合，彻底摆脱对GPS依赖。三、卫星

4、通信今后发展预估3.1我国通信卫星的发展中国自60年代初，即开始研制了微波接力通信系统和人造地球卫星，它标志着中国人民已有能力依靠自己的力量，涉足于卫星通信领域，为通信网增加新的通信手段。及至70年代中期，中国已有大型地球站为国内、国际通信服务。近20余年来，中国卫星通信，在研究、开发、制造和发射、运营等多领域，由于国家重视和国内科技人员、管理人员等各方面的共同努力，得到了长足的发展，为下一步发展奠定了坚实基础。我们清楚，卫星通信系统本身是个复杂的大系统，涉及很多学科，综合工艺和技术，需要多部门的相互协助，资金和人力方面加大投人，才能促进其更快发展，适应社会各部门多方面需求，现仅就今后发展前景

5、和努力方面，作些初步探讨。（一）分利用好宝贵资源；频谱资源与轨道资源，是发展卫星通信的先决条件，必须搞好发展规划，以满足国家各方面的需求。要有专门的科技队伍进行长期不间断的研究、分析和多方面协调工作。在国际上多做工作，争取获得尽可能多的频谱与轨道资源，并把这些宝贵资源充分利用好。（二）星通信系统研究、开发方面；（1）由于卫星通信系统涉及到多部门、多学科的协作，因此要有跨部门的专家联合参加，总体规划与设计，以充分发挥整个国家的人才和技术优势，作出有自己特色的系统，达到国际上先进水平，并能满足国家各方面需求。（2）当前的重点是通信卫星本身的开发工作，在保证质量前提下，首先注意两个问题：研制出大容量

6、通信卫星的平台和小卫星平台。有了这两种平台，以利加速发展高、中、低各种轨道，各种用途的卫星通信系统。这样，在研制卫星过程中就可避免很多重复工作，节省了人力和物力。在研制各类卫星本身时，应采用模块式的生产线方法，这样可缩短研制、开发时间。若在时间上取得优势，就可在竞争中争取到主动权。（3）对于卫星通信系统的地球站设备，要考虑到高可靠性，并用创新精神，力求使系统达到最佳化，在关口站设备方面，则要强调灵活性，要能适应多方面需求，具有与地面多种通信系统互联互通的能力，至于卫星通信系统的用户终端，要达到人机界面友好，小巧可靠操作方便等。（三）建立必要的监测台站建立必要的监测台、站（固定、移动），除对已投

7、入运营的通信卫星运行情况等及时了解、分析、加强管理外，更重要的还要监测国外的卫星在国内空间场强覆盖情况，及时克服和减少电磁波的干扰，以保护我国的电磁环境和合法权益。这样为我国卫星通信创造良好的环境，以利于更快地发展。（四）通信卫星运营方面在通信卫星运营方面，要充分利用卫星通信的覆盖广，传输质量好，能以各种组网方式适应不同用户、不同领域、不同地理空间应用的特点，搞好卫星通信网的建设，发挥其应有作用。（1）卫星通信系统，它的转发器可作为通信网的干线传输手段。在“静止轨道”上，它覆盖广，特别适合于我国边远地域稀路由（用户少而分散）的通信之需，而对地面通信系统无法达到的或用地面通信系统建设投资过大的农

8、村地区，则卫星通信系统，可发挥其独特的作用。（2）卫星通信系统与地面通信系统综合，可作为通信网的重要组成部分，并和地面的传输系统相配合，可以提高传输的可靠性（特别在干线传输方面，地面的光纤传输系统、微波接力通信系统和卫星通信系统的综合使用），可发挥各自优势，并互为备份与补充，这在我国幅员广大的国家，特别显得重要。因此在每个通信网建设、规划中，要综合考虑这些因素。（3）卫星通信系统可独立组网，也可作为地面通信网的接入网，特别适合于各种速率信息的传输接入，也适合于不对称业务的传输和集话音、数据与图象三者组合的终端配合，实现多媒体通信。因此，在整个通信网规划中，要充分考虑卫星通信手段的这种优势，而且

9、一旦通信卫星发射成功，卫星通信建设速度快，受地理条件限制较小，能迅速满足通信需求，这是它“得天独厚”的特点。（4）中、低轨道的卫星移动通信系统与地面蜂窝移动通信的综合与互通，是整个移动通信发展的必由之路。从通信容量，全网结构等角度分析，前者是后者的延伸和补充，因此要把这两者作为一个大系统来看，特别是在用户终端、使用频段、调制方式和协调核心网规范等方面，总体方案应统一起来考虑，这将符合发展方向。3.2、宽带新的天地3.2.1、宽带服务的新生力量宽带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。转发卫星有效载荷设计将以传统的转发器为基础，星上交换和处理有效载荷设计将利用宽带卫星和频率资源。宽带卫星要取得

10、成功，关键是所提供的业务的价格要有竞争力，而且要能够适应未来十年通信市场的急剧变化。卫星可以有效弥补地面通信网之不足，但必须是提供通过太空传输所能提供的效果更好的服务。有证据表明，只有那些在提供最大限度通信量的同时还能灵活地适应市场对带宽需求的设计才能算是成功的设计。本文将要说明卫星通信能力的发展是如何导致了能在星上处理信号从而出现最大通信量和灵活性的全新一代卫星的出现。适应市场需求的变化，未来卫星系统面临的市场需求将与地面通信面临的一样，即带宽更宽，功能更强，价格更低。通信容量最大和终端最简便的宽带系统将有市场优势。但是，宽带卫星业务的灵活性已具有自身的优势。用户将把始终在线的高速数据连接作

11、为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距离，无论有线还是无线，一般都小于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专用的地面系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。卫星一直是真正的提供全球服务的手段，因为来自太空的信号并不区分接受它的是城市天线还是乡村天线。使下一代宽带业务不同于过去卫星系统的是其目标价格可以同地面传输相竞争。这表明卫星提供的宽带传输能够连接难于到达的地区，从而成为一种真正的大规模市场业务。但是，广大的地理区域意味着每颗地球同步卫星将为多个国家服务，而且面临的带宽

12、和业务需求上会多种多样。在某一时期，有些国家可能对Internet接人需求较多，向其他国家可能会产生大量的视频多点传送或企业同数据需求。这些情况不但会随着经济气候的变化而变化，而且每小时部可能发生变化，因为每个大陆都横跨多个时区，同时特殊事件也会造成需求的突然转变。因此，只有采用最新的按需分配带宽的技术，卫星设计人员才能保证系统在其整个使用期中始终具备优良的费效比。3.2.2、宽带业务的四种类型用户将在今后几年中看到四种完全不同的宽带卫星业务。第一种是一种混合了类似DTH数据传输的传送技术，它已经在诸如DirectPC这样的产品中被应用。用户之间共享有限带宽的卫星下行链路，用户在网上的浏览速度

13、会因此而提高，条件是同时在线的人数不能太多。用户上行传输使用的仍然是传统的电话调制解调器，从而限制了所支持的业务。这些第一代卫星宽带系统已经被并不依赖调制解调器连接的双向业务所取代。除简化连接外，双向业务提供了更专用的卫星带宽，而且可以更快地发发送和接收数据。这种业务实现了个人网站主机和有限的交互服务。这两种早期的宽带卫星系统都依赖于已有的Ku波段(11GHz)卫星，这使得它们可以很快地部署妥当，但也正因为这样，它们对于长期应用来悦，并不是最具费效比和灵活性的资源。然而，对于短期应用来悦，它们会因额外的转发器能力而产生收益，而且会赢得地理上孤立的利早期采用这些技术的这两部分市场份额。真正的宽带

14、性能是在第三代系统中出现的，而且第三代系统已经进入生产阶段并将在2001年下半年投放市场。第三代系统并不像第一和第二代系统那样依赖传统的Ku波段转发器，而是采用Ka波段(1830GHz)来实现卫星与地面之间的传输。频率更高的Ka波段系统可以轻松地实现卫星的点波束传送，这种方式在与信道化交换结合时，一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够达到一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。虽然系统的成本会高一点，但是潜在用户的数量会因此达到大规模市场应有的比例，而且每条线路的实际成本会大大降低。使用这些系统，Ka波段第一次让卫星以可与城市地区地面传送大体相当的价格为广大用户提供面向接入的线路。这种技术在对接入业务的价

15、格极其敏感的广大住宅用户市场有着广阔的发展空间。点波束的使用是用早期开发投入换来的。为了提供长使用期和广阔的地理范例所需的灵活性，卫星必须能够在不同的波束之间转换通信能力。这种能力要求星上交换机制，这种机制会随着波束数量的增加而变得更加复杂。另外，能胜任要求的星上交换机通常还能把卫星的容量提高一个数量级，以适应许多通信模式的需要，从而使得往开发阶段的早期投入是很值得的。3.2.3、第四代卫星的出现前三代宽带卫星一般被看作是接入技术,也就是专门在用户和Internet之间通过传统转发卫星或弯管式卫星提供宽带连接，与用调制解调器通过地面线路提供连接很相似。无论那种连接方式,每条线路每次都是接纳一个

16、用户,而且数据的传送路由选择都是在中央设备中进行的。如果来自许多用户的通信量往一个卫星终端中加以组合而连续地送入数据通道,这种系统可能是一个效率极高的系统。然而,由于卫星终端变得越来越小、越来越便宜,卫星终端变成了单个用户的专用设签,线路上就采用辞发通信模式。功率有限的卫星下行链路并不是完全被数据占满,因此下行链路的通信能力并没有被充分利用。随着第三代Ka波段转发系统逐渐退出市场,第四代技术正逐步解决这种下行链路效率低问题。其方法是把通信路由功能从地面中央设备转移到空间卫星上,系统设计人员可以将来自许多猝发用户的通信量在到达卫星下行链路发射机之前进行组合,从而大大提高了效率并围使系统每年产生更

17、多的收益。传输效率的提高可以为更多的用户提供更多可用的按需带宽和更好的服务质量（QoS），因为它可以动态地、自动地按需分配谁使用的通信能力。用户只在他们需要的时候按选择的质量等级为所使用的业务付费。星上处理的有效载荷和设计与转发式设计基本相同。但是,转发式设计中采用的星上电路交换被星上解调器、交换机和一组下行链路调制器所取代。除高效使用下行链路外,星载解调器的采用提高了链路的性能,从而缩小用户终端的体积,降低了传送所需的功率,因为信号会在噪音增大之前经过再生。除隔离上行链路和下行链路干扰外,星载解调器还使接入高度安全,保证了无关终端抢占下行链路。星上处理的宽带卫星的核心是一种快速数据分组交换机

18、。不规则输入的数据流经过缓冲后再分发到各输出信道,保证下行链路在任何通信条件下都保持最大的负荷量。这种“统计复用”,即几部分所使用的上行信道往下行信道中多路复用（带宽分配），可以将容量完用于传送用户数据。由于大多数业务是对卫星上行链路以统计方式提供猝发数据业务，所以，统计复用是一种极为重要的传送能力。3.2.4、前景看好的宽带卫星通信从传统的转发模式向这种处理模式新一代卫星转移时，网络运营商并不清楚哪种结构可以使吞吐量和收益最大化。有关方面的分析结果，量化了转发器、电路交换和快速数据分组交换结构的吞吐率，从而确定出在网状网中多媒体通信可以使用的基本通信能力和使用效率（平均吞吐量）。该项研究使用

19、的通信模型定义了多种业务，包括广播质量级视频、电视会议、语音和网上浏览。结果表明，星上处理模式提高了平均吞吐量和用户数据率。由于频率能够在没有地面设施条件下重复利用处理模式的基本通信能力和平均吞吐量大大高于转发模式，因为转发结构要求大量的地面互连才能实现全网连接，即使这样，由于每颗卫星只有一个波束，所以频率复用是不可能实现的。电路交换结构通过采用多波束来实现频率更用。波束内的连接只能通过地面的连接关口站才能实现。电路交换优于转发模式的地方是频率复用。这两种模式最适合传统的广播电视业务，但并不能满足分布在地理空间上的大量用户之间的多媒体应用的需要。快速数据介组交换模式就成为满足这一需要的最灵活、

20、效率最高的解决方案，它能让一个波束覆盖的用户直接与网络中的其他任何终端连接，而无需投资建设大量的地间设施。快速数据分组交换模式还充分利用了可变速率多媒体的猝发性质，从而高效使用下行链路的基本通信能力。快速数据分组交换模式有着电路交换和转发模式无法比拟的巨大优势，它可以让网络业务提供商为用户提供数千兆的通信容量，满足多种通信需求。此外，星载交换机以交换能力动态地配置卫星连接，为任意数量的特殊使用提供服务。这就使所提供的多种业务可以根据市场需求的变化调整卫星带宽的分配，快速数据分组交换模式对以处理基本的IP帧中继、ATM业务、点对点和多路传送视频、企业网状虚拟专用网（VPN）和其他许多专用宽带开展

21、业务。星上处理与转发有效载荷的主要区别就在于交换机。这种复杂的数据设备的续生成本比简单的电路交换机略高一点，但与多个转发卫星和地面网络设施的投资相比要少得多。由于具有巨大的需求和市场优势，多项第四代星上处理的设计正处在完善过程中，而且预计在2003年会推向市场。用户将会从宽带解决方案的更新换代中获得巨大收益，因为在性能提高的同时价格会大幅度降低。而且，卫星行业为宽带卫星业务的成功实现做好了充分准备。3.3、卫星通信未来发展预测卫星电视直播成为卫星应用产业的支柱产业。现在世界上DBS/DTH的卫星电视直播用户有4500多万户。卫星电视直播市场前景十分看好，截止到2002年12月底，全美国数字卫星电视直播用户数已突破2000万户，已占其电视用户总数的20左右。2001年美国两大卫星电视直播公司的营业收入共计114亿美元。这个数字比当年营业收入排名前20位的卫星固定通信业务运营公司的收入总和(73亿美元)还要多得多，约占全球卫星产业总收入的13%。卫星通信网与互联网和陆基电信网的相互融合正在扩展卫星通信的新领域。卫星互联网内容传送和宽带接入服务等数据传递业务成为推动市场繁荣的新动力，使卫星通信应用向综合化方向发展。在