一、定義及簡(jiǎn)介

衛(wèi)星是指在圍繞一顆行星軌道并按閉合軌道做周期性運(yùn)行的天然天體，人造衛(wèi)星、月亮等都屬于地球的衛(wèi)星。

衛(wèi)星

衛(wèi)星通信就是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。

衛(wèi)星通信

衛(wèi)星在空中起中繼站的作用，即把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再反送回另一地球站。地球站則是衛(wèi)星系統(tǒng)形成的鏈路。由于靜止衛(wèi)星在赤道上空36000千米，它繞地球一周時(shí)間恰好與地球自轉(zhuǎn)一周（23小時(shí)56分4秒）一致，從地面看上去如同靜止不動(dòng)一樣。三顆相距120度的衛(wèi)星就能覆蓋整個(gè)赤道圓周。

衛(wèi)星通信通常使用的頻率是1GHz至10GHz，即微波頻段，為了滿足越來越多的需求，已開始研究應(yīng)用新的頻段，如12GHz、14GHz、20GHz以及30GHz等。

同步衛(wèi)星通信是在地球赤道上空約36000km的太空中圍繞地球的圓形軌道上運(yùn)行的通信衛(wèi)星，其繞地球運(yùn)行周期為1恒星日，與地球自轉(zhuǎn)同步，因而與地球之間處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，故稱為靜止衛(wèi)星、固定衛(wèi)星或同步衛(wèi)星，其運(yùn)行軌道稱為地球同步軌道（GEO）。

同步衛(wèi)星通信

二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般由空間分系統(tǒng)、通信地球站、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等四部分組成，如圖：

衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

①　跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)
　 跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置。待衛(wèi)星正常運(yùn)行后，要定期對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道位置修正和姿態(tài)保持。

②　監(jiān)控管理分系統(tǒng)

監(jiān)控管理分系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開通前、后進(jìn)行通信性能的檢測(cè)和控制，例如衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證正常通信。

③　空間分系統(tǒng)(通信衛(wèi)星)

通信衛(wèi)星主要包括通信系統(tǒng)、遙測(cè)指令裝置、控制系統(tǒng)和電源裝置(包括太陽能電池和蓄電池)等幾個(gè)部分。通信系統(tǒng)是通信衛(wèi)星上的主體，它主要包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器能同時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)地球站的信號(hào)，從而起到中繼站的作用。

④　通信地球站

通信地球站是微波無線電收、發(fā)信站，用戶通過它接入衛(wèi)星線路，進(jìn)行通信。

三、衛(wèi)星通信的現(xiàn)狀和展望

從1964年美國(guó)成立國(guó)際衛(wèi)星通信組織（Intelsat），并于次年發(fā)射第一顆商用通信衛(wèi)星（“Early Bird”）以來，衛(wèi)星通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，衛(wèi)星通信作為地面通信的一種補(bǔ)充通信方式取得巨大的成功，衛(wèi)星通信已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的一部分。

從20世紀(jì)80年代開始，各國(guó)相繼發(fā)展以中、低軌道的衛(wèi)星星座系統(tǒng)為空中轉(zhuǎn)接平臺(tái)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。截止2017年底，全球在軌通信衛(wèi)星數(shù)量805顆，占在軌衛(wèi)星總數(shù)的45%。

著名的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要包括：Iridium系統(tǒng)、Globalstar系統(tǒng)、0rbcomm系統(tǒng)、OneWeb系統(tǒng)等。

銥星系統(tǒng)（Iridium）

已經(jīng)發(fā)展到第五代的國(guó)際海事衛(wèi)星（Inmarsat）系統(tǒng)采用Ka頻段，實(shí)現(xiàn)了從移動(dòng)通信向大容量、高帶寬方向的發(fā)展，對(duì)于60cm口徑地面終端可提供50Mbps接收、5Mbps發(fā)送。

典型的低軌通信衛(wèi)星星座，如銥星系統(tǒng)（Iridium），1987年由美國(guó)摩托羅拉公司提出，1998年完成由72顆低軌通信衛(wèi)星組網(wǎng)的第一代系統(tǒng)建設(shè)，主要為手持移動(dòng)電話用戶提供全球個(gè)人通信服務(wù)，目前正在部署的下一代系統(tǒng)（Iridium Next），提供通信、氣候變化監(jiān)視、多光譜對(duì)地成像等綜合業(yè)務(wù)。

銥星系統(tǒng)衛(wèi)星電話

我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)經(jīng)過幾十年獨(dú)立自主發(fā)展，已形成一定建設(shè)規(guī)模。目前正在發(fā)展以固定業(yè)務(wù)為主的高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)和以移動(dòng)業(yè)務(wù)為主的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，低軌通信衛(wèi)星也進(jìn)入試驗(yàn)階段。

從衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程來看，目前分立的衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步向著天地異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、天地一體的方向發(fā)展。

• 一方面，需求和市場(chǎng)牽引天基網(wǎng)絡(luò)走向泛在，天基、地面網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)結(jié)合互補(bǔ)，各類應(yīng)用滲透到陸?？仗旄鱾€(gè)角落和人們生活的方方面面。

• 另一方面，在科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)下，天基網(wǎng)絡(luò)的容量快速增大、速率顯著提高、服務(wù)不斷拓展、成本明顯降低，正在顛覆傳統(tǒng)的電信行業(yè)概念，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新和商業(yè)模式創(chuàng)新。

四、衛(wèi)星通信優(yōu)缺點(diǎn)

衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要成果，與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動(dòng)通信等通信方式相比，衛(wèi)星通信具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1、衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)，在衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)域內(nèi)，通信距離最遠(yuǎn)為13000公里；

1、衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能；

2、衛(wèi)星通信頻段寬，容量大；

3、 衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)靈活，地球站的建立不受地理?xiàng)l件的限制，可建在邊遠(yuǎn)地區(qū)、島嶼、汽車、飛機(jī)和艦艇上；

4、衛(wèi)星通信質(zhì)量好，可靠性高，常用于海纜修復(fù)期的支撐系統(tǒng)；衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)。

但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現(xiàn)在：

1、傳輸時(shí)延大。在地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通信站到同步衛(wèi)星的距離最大可達(dá)40000km；

2、存在通信盲區(qū)。把地球同步衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星時(shí)，由于地球兩極附近區(qū)域“看不見”衛(wèi)星，因此不能利用地球同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)地球兩極的通信；

3、衛(wèi)星發(fā)射的成功率為80%，發(fā)射成本高，需要承擔(dān)發(fā)射失敗的風(fēng)險(xiǎn)；

4、存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。

未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下的發(fā)展趨勢(shì)：

1、地球同步軌道通信衛(wèi)星向多波束、大容量、智能化發(fā)展；

2、低軌衛(wèi)星群與蜂窩通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信；

3、小型衛(wèi)星通信地面站將得到廣泛應(yīng)用；

4、衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與IP技術(shù)結(jié)合，用于提供多媒體通信和因特網(wǎng)接入，即包括用于國(guó)際、國(guó)內(nèi)的骨干網(wǎng)絡(luò)，也包括用于提供用戶直接接入。

五、結(jié)束語

衛(wèi)星通信在未來信息通信系統(tǒng)中的發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，衛(wèi)星通信的無縫覆蓋和大容量的優(yōu)勢(shì)將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益，其發(fā)展前景非常具有吸引力。

同時(shí)，衛(wèi)星通信也面臨著很大的挑戰(zhàn)。例如，衛(wèi)星軌道和頻譜資源正越來越緊缺、衛(wèi)星干擾越來越頻繁、通信網(wǎng)絡(luò)融合中高效切換技術(shù)和頻譜分配策略需要進(jìn)一步的完善、衛(wèi)星寬帶通信中的帶寬管理和服務(wù)質(zhì)量控制等。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也需要重新考慮如何增強(qiáng)交互性、動(dòng)態(tài)性、情景感知以及網(wǎng)絡(luò)融合效率等方面問題。