卫星通信论文

1、 / 8卫星通信卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中） 的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是:通信范围大;只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内 ,从任何两点之间都可进行通信;不易受陆地灾害的影响（可靠性高 ）;只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）; 同时可在多处接收 ,能经济地实现广播、 多址通信（多址特点 ）; 电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量;同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接） 。卫星在空中起中继站的作用 , 即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。

2、由于静止卫星在赤道上空 36000 千米 ,它绕地球一周时间恰好与地球自转一周 （23 小时 56 分 4 秒）一致 ,从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距120 度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1 一 10GHz频段 ,即微波频段、为了满足越来越多的需求,已开始研究应用新的频段,如 12GHz,14GHz,20GHz 及 30GHz 。在微波频带,整个通信卫星的工作频带约有50OMHz 宽度 ,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在卫星上设置若干个转发器。 每个转发器的工作频带宽度为 36MHz 或 72MHz 目前的卫星通信多采用频

3、分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。 它对于点对点大容量的通信比较适合。 近年来 ,已逐渐采用时分多址技术,即每一地球站占用同一频带,但占用不同的时隙 , 它比频分多址有一系列优点 , 如不会产生互调干扰,不需用上下变频把各地球站信号分开, 适合数字通信,可根据业务量的变化按需分配,可采用数字话音插空等新技术, 使容量增加5 倍。 另一种多址技术使码分多址（CDMA）, 即不同的地球站占用同一频率和同一时间 ,但有不同的随机码来区分不同的位置。 它采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强 ,有较好的保密通信能力 ,可灵活调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于

4、容量小,分布广,有一定保密要求的系统使用。只有通信技术的不断成熟和发展，无线通信的质量才能得到逐步改善和提高。卫星通信作为一种重要的通信方式，在数字技术的迅速发展推动下， 也得到了迅速发展。 但是由于陆地光缆通信的迅速发展，对传统的卫星通信产生了重大的冲击。到了 2 0世纪9 0年代中后期，由于卫星通信技术的发展， 再加上卫星通信本身所具有的广播式传送及接入方式灵活等特点， 使得它在因特网、 宽带多媒体通信和卫星电视广播等方面得到了迅速发展。 与其他通信技术相比， 卫星通信技术有着自己与众不同的特点，主要表现在以下几个方面：1、市场发展潜力大卫星通信作为重要通信手段，已在我国得到广泛应用，而利

5、用卫星通信技术来组织因特网，在我国是近几年的事。 但是其发展速度却很快， 以卫星因特网为例， 我国国际互联网的总带宽已达 700MHZ ，其中利用卫星传送的带宽已达208MHZ 。据说，目前在国内已经上网的因特网用户中， 大约有10% 的用户通过卫星接入网接入因特网，可见其潜力之大。 随着用户数量的不断增加，卫星通信技术将在解决农村及边远地区通信和扩大因特网覆盖区等方面继续发挥其作用， 这也说明，我国卫星通信的发展仍极具潜力。2、使用数据包分发技术来提高传输速度卫星通信的数据包分发服务可以让内容提供商能够以高达3Mbps 的速度 （相当于普通Modem 的 100 倍）向任意的远端接收站发送数

6、字、音频、视频及文本文件，如软件、电子文档、远程教学教材等， 卫星通信的条件接入机制确保数据只被授权用户接收。 数据包分发服务主要利用卫星信道天然的广播优势， 能够以非常低廉的价格实现广大区域内大数据量的分发。 信息以组播方式推送给一组卫星通信用户， 这些用户无须任何操作，只需打开计算机即可接受信息， 实现我们通常提到的 “信息推送 ”服务。3、总通信成本低廉卫星通信作为一种新发展起来的卫星通信业务， 在卫星因特网业务方面得到了迅速发展。 据DTT 提供的研究报告称，目前全球超过 15 的因特网服务商使用卫星作为其骨干网，其发展速度也很快，有些地区每四个月就翻一番。根据一些研究机构的分析，今后

7、 20 年，通过卫星传送的话音业务基本维持不变，保持在 100 亿美元左右，而数据型业务的发展将会很快，从2001 年的 300 亿美元达到 2020 年的 800 亿美元左右。4、发展需求大由于通信、媒体、因特网及娱乐等得到迅速发展，对带宽的需求增加很快，其中也包括对卫星空间容量更大的需求。根据国际卫星商业委员会（ ISBC ）的一份报告称，全球因特网使用的卫星空间段容量已达15Gbps ，今后四年将增加五倍，达到 64Gbps 。5、具有先进的技术优势网络设计、系统构成、星间协调、星星处理等充分利用现代通信智能化、数字化及多媒体化的最新技术，以技术优势换取市场竞争和价格性能比上的优势。6、

8、能提供IP视频流多点传送卫星业务已在直播卫星电视市场起步，卫星通信将提供高清晰度电视业务。通过卫星传输INTERNET 电视，能为用户提供视频点播，针对用户需求双向传送广告，有选择地观看经过定制处理的更加丰富的电视内容。 供企业用户使用的视频广播和桌面电视会议也将寄希望于宽带卫星网络。而 IP 视频流多点传送是又一种新的应用业务。这一应用是依靠卫星技术所具有的广播和覆盖范围宽的特点，对众多的用户提供视频服务，如基于 IP 提供 MPEG2 实时视频传送。7、高速接入卫星通信技术给因特网接入速度提高了一个层次， 它将用户的上行数据和下行数据分离， 相 对较少的上行数据（如对网站的信息请求）可以通

9、过现有的 Modem 和 ISDN 等任何方式传输，而大量的下行数据（如图片、动态图像）则通过 54M 宽带卫星转发器直接发送到用户端。用户可以享受高达400kbps 的浏览和下载速度， 这一速度是标准ISDN 的 3 倍多， 是 28.8k Modem 的14 倍，它支持标准的 TCP/IP 网络协议及WWW 、 E-mail 、 Newsgroup 、 Telnet 等应用。同时，它不像 ISDN 和小范围内应用的 ADSL 及 Cable Modem 技术， DirecPC 拥有可以立即为全球任何角 落提供服务的成熟技术。8、数据传输性能稳定传统的卫星通信可能会受恶劣天气如特大暴雨、 大

10、冰雹、 暴雪和日凌等现象影响， 经过不断发展和成熟， 现阶段的卫星通信使用了 KU 波段和高功率卫星， 相对传统的 C 波段卫星对天气和日凌的抗干扰能力已经大大提高了， 目前用于因特网接入的卫星通信可以确保数据信息在传输的时候有较强的稳定性。9、其他特点卫星通信除了上面一些特点外， 其实还有很多比较显著的特点， 例如可以用低成本的价格提供较宽的带宽；可实现同时传播；通信业务多样化、综合化；能对终端用户实现位置化管理，从而可以实现即时提供所需信息；具有全球区域覆盖能力，以适应未来个人化业务连接需要。自 1957 年 10 月苏联发射 “斯鲁特尼号”小型人造地球卫星以来，随着卫星功率、通信和探测能

11、力不断提高，卫星越做越大，空间运行着一些15 吨左右的情报卫星，商用地球同步卫星的重量也高达5吨左右。然而，自80年代起，为了实现中轨道（ M EC）和低轨道（LEO）卫星应用，卫星又越做越小。科学家们正考虑重新制造像“斯普特尼号 ” 那样大小的卫星，只是每颗卫星都将拥有巨大的计算能力，能数十颗乃至数百颗相互连接， 组成星座或星网， 对地球全时域和全空域覆盖，实现通信、情报、侦察、监测和科学观测等各种应用。 据统计，从1985 年至今，全球共发射 300 多颗卫星， 形成 17 个星座， 其中有 272 颗小卫星。 研究人员正设想在不久的将来，发射用于不同星体之间相互了解的微型卫星星座和纳米卫

12、星星座， 如美国航宇局戈达德航天飞行中心正研制由多颗10kg 重卫星组成的星座，以便在同一时间从不同位置，对太阳和地球之间的相互作用进行研究。小卫星正以其成本低廉、机动灵活、便于更新和应用广泛等优点，受到世界许多国家的关注。世界小卫星的现状现代小卫星（以下简称小卫星）包括：纳米卫星（120kg）、微型星（2100kg）、小卫星（100250kg）和小型卫星（250500kg）,其特点是任务单一、具有可贮存性、快速检测和发射迅速。 世界上现代小卫星的用途首先是军用，少部分民用。通信、导航卫星建立中（ MEO ） 、低（ LEO ）轨道卫星系统，尤其是用于话音与数据通信的低轨道系统，已成为 90

13、年代各国空间技术、军用和民用的核心问题，也是世界小卫星技术发展的热点。目前，主要的小卫星星座有：铱星（ Iridium ） ，含 66 颗，每颗重690kg ；全球星（ GlobalStar ） ，含 48颗，每颗重454kg ； LEO ONE ，含 48 颗，每颗重125kg ； ORB COMM ，含 48 颗，每颗重42kg。对地观察卫星（遥感卫星）1991 年，美国战略防御倡议组（ SDIS ）发射了第一颗遥感军用小卫星，重75kg 的 LOSAT X ，装有有效载荷多光谱成像仪。 1994 年， SDIS 改为弹道导弹防御组织（ BMDO ） ，发射了第二颗 “小型化敏感器技术集成

14、卫星（ MSTI 2） ，成功地跟踪了 “民兵 ”洲际导弹和2 枚小火箭的发射试验。 1997 年，重 212kg 的 MSTI 3 发射成功，它可以对导弹发射进行红外探测和制导跟踪。空间科学试验卫星1989 年，英国萨瑞大学开始发射小卫星，至今已发射了 10 多颗。这些小卫星除了进行数据存储通信和简单的对地观测外，有相当部分是作空间科学试验，如宇宙线、空间粒子、红外线试验，低能量电子检测、电子温度和磁强测量等。技术试验小卫星的许多新技术和新应用都可以在成本低的小卫星上进行有效试验，如：一体化设计、微电子与微机械应用、高密度功能集成和卫星群组网联络等。中国的小卫星正在兴起科学试验小型卫星 “实

15、践 5 号”： 重 300kg ，于 1999 年 5 月 10 日发射入轨，寿命为三个月。 主要任务： 空间辐射环境。 单粒子效应和空间流体的科学试验， 小卫星平台计算机星务管理、三轴稳定和 S 波段测控体制的技术试验。对地观测小卫星 “清华一号 ”： 重 100 kg 以下。主要任务：环境和灾害监测、民用特种通信和科普教育。它是国家即将实施 “8 颗星减灾预报系统” 的一颗示范卫星，由清华大学与英国萨瑞大学联合研制。 “探索一号 ”光学遥感小卫星：重250kg 。主要任务：光学遥感观察，有效载荷为 CCD 相机，姿态对地、对日定向。由哈尔滨工业大学研制。 “海洋一号 ”小型卫星：重350k

16、g ，卫星载荷有10 波段水色扫描仪一台和CCD 相机一台，由中国空间技术研究院研制。数据通信 “创新一号 ”存储转发通信微型卫星：重80kg ，采用磁控与重力梯度杆组成的三轴稳定系统，由中国科学院上海小卫星工程部承制。小卫星发展的原因价格低廉组成星座的小卫星数量大，生产时可做到标准化设计、批量化生产、流水线操作，使小卫星成本大幅度下降。若要完成一项通信任务，可选用大容量地球同步轨道卫星，费用约为 2.07 亿美元；也可选用 8 颗小卫星，并用 “飞马座 ”火箭发射，组成星座，费用约为 3700 万美元。大卫星容量大，然而一旦失败，损失大，并需要 11.5年时间重新制造。8颗小卫星中若一颗失败

17、，另外 7 颗仍可工作，损失很小，重新发射仅需3 个月时间。为了降低费用，可尽量选用简单可靠的单用途和双用途小卫星。应用趋向个人化为了适应个人商用和军队单兵或小分队的需要，采用手持式、 车载式小型终端进行通信， 小卫星轨道高度绝大部分选在 1000km 左右。这种中低轨道卫星具有通信时延短，信号衰减小的优点，主要提供中低速率数据传输和存储转发业务，频率在 1GHz 以下。少数小卫星则提供话音图像和高速数据传输业务，其频率在 1GHz 以上，供地面站接收处理，并要求对星上信息进行数据压缩和智能化处理，以减少信息存储量，降低传输速率和功耗。具有机动灵活的特点小卫星易增减、易调动，可为突发的灾害救援

18、行动带来方便。对于军事行动也很有效，例如在海湾战争、科索沃战争中，都大量使用小卫星。在需要时，临时发射或从轨道上调集小卫星到战区上空，战争结束后，小卫星可以废弃，亦可调回原地作其它用途，符合机动灵活的战略战术要求。星座、星网的应用由小卫星组成的星座或星网有以下几种：1）通信卫星网：如“铱 ” 星星座，随时随地可进行全球话音、数据个人卫星移动通信。我国两院院士间桂荣曾在 “无限未来， 尽在空间 ”一文中谈到： “发展低轨道卫星网络的个人移动通信系统是未来的重大趋势 。”2）对地观察网：监视全球环境，时间和空间分辨力达到全球化，能有效地监察和掌握全球生态环境，起到保护地球环境的作用。3）天际网：如

19、果将通信、导航、电子侦察、光学、红外和雷达探测等星座进行组网，就可全面掌握地球表面的动态，是有效测控及指挥的手段。平时可用于治安、边防和海关等场合，与地面措施配合，对犯罪分子构成天罗地网；也可用于抢险救灾等突发状况。4 小卫星的技术特点设计标准化和产品模块化大卫星为单个设计，从设计、试验到研制成功需812年时间；而小卫星一般从设计。试验到研制成功只需34年时间。随着小卫星技术日趋成熟，规格统一、设计标准化、装配模块化以及试验程序简化，使设计生产仅需几个月至1 年就能完成。技术集成化1）装置集成化：大卫星一般有610个分系统，每个分系统由若干单机组成，以分布式装置。 现代小卫星决不是单机的缩小，

20、 而是将整个卫星看成一个大的单机， 通过高密度电子电路。微机械和微器件组合为一个整体，没有分系统概念。2）无线电路软件化：对于大卫星上的一些电子电路，在小卫星上将用无线电路进行软件化设计，去除了一些电子电路硬件设施，如遥测编码器、遥控译码器等。3）电缆网路印刷化：卫星内的一些分布式电缆可做成印刷电路板，将各种电路板连接起来，减轻重量，减少插拔空间和提高可靠性，使小卫星向微小卫星发展。高度集成后将使纳米卫星的发射重量有可能小于10kg 。快速吸纳新技术一颗大型卫星的工作寿命为1015年，而小卫星的工作寿命为2年。在每一代大卫星运行期间，小卫星可进行5 次技术改进，快速吸纳新技术，为不停地创造发展

21、提供了可能。事实上，现代小卫星的寿命并不都是短暂的，有的工作寿命已达八年。星座、星网是小卫星集群的结果1随机相位星座：星座中各小卫星之间的相位是随机的，无轨道控制，摄动会引起卫星漂移，此类卫星一般用于数据通信和空间环境的探测等用途。固定相位星座： 星座中的各小卫星在时间上有固定不变的位置， 卫星在轨道中对称分布，倾角相同，通过卫星轨道控制，保持相位不变。例如用于话音、数据和图像全球通信的 “铱”星星座。卫星的轨道控制可以保持位置，也可根据需要进行位置调动，如在科索沃战争中，美国的小卫星就作了随机调动。3网络星座：（ 1）编队星座，以一个点为基准，若干颗小卫星构成特定形状，整个星群又绕地球旋转运

22、行，如美国的白云星座；（ 2 ）天际网星座，由若干不同用途的星座组成一个网络，具有对空间各种不同信息获取、传输、处理和应用功能，网内各星座间可功能互补、信息互通和交换，如美国在海湾战争、科索沃战争中，俄罗斯在车臣军事行动中都使用了卫星天际网方案。机动和组合发射小卫星与快速反应的小型运载火箭结合使用， 可节省发射费用， 又能随时机动发射， 若发射失败，经费损失较小，重新组织发射也较容易。用较大的运载火箭发射小卫星星座，一次可组合发射38颗，若发射失败，经费损失比单个小卫星发射要大一些，但与用大运载火箭发射大卫星相比，损失要小一些。地面站与终端的配合大卫星数量少， 一个测控站可分时管理多颗不同卫星

23、。 小卫星及星座给地面测控管理带来了特殊性，每个测控站需同时管理多颗不同的小卫星，而目前的管理方法和体制难以胜任。因此，小卫星星座要求地面站具有以下特殊功能： （ 1 ） 小卫星的星上设备是无线电系统统一体制设备，没有大卫星上单独的测控系统， 所以要求测控站与应用站功能合一， 设备统一， 可固定或机动操作，对卫星进行跟踪、测控和业务应用通信。 （ 2 ）小卫星星座中有许多卫星在空间飞行，因此地面站应设计成有人值守、无人操作，能够自动跟踪。预报轨道、接收和处理来自卫星的信息，符合组合式、自动化工作要求。（ 3 ）为了适应各种不同卫星的无线电体制，地面站设备应具有多种不同的调制方式， 并可以互相切换； 为了适应不同高度轨道的卫星， 地面站设备的发射功率和接收灵敏度要作相应的自动适应调节。 为了适应卫星在不同时间、 不同地方进入测控区进行覆盖，地面站要能自动计算卫星轨道，并预先对准卫星进人的方向和仰角，处于待命工作状态，并有自动跟踪能力。未来小卫星将具有很强的自主和自我校正特性， 在产生故障时会重新进行功能组合， 免去许多原本不可缺少的地面控制。中国航天事业的发展历程：1960 年 2 月 19 日，中国自行设计制造的试验型液体燃料探空火箭首次发射成功。1970 年 4 月 24 日，第一