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卫星通信论文


卫星通信课程论文 中国卫星通信发展动态 中国卫星通信发展动态
李斌,20082334917
南京信息工程大学滨江学院通信工程专业,南京 210044

摘要:本文主要围绕卫星通信展开一系列介绍,根据卫星通信的发展简史,阐述了卫星通信中卫星固 定通信、卫星移动通信、卫星直接广播的发展现状及趋势,进一步分析了卫星通信的发展趋势以及我国卫 星通信

的发展目标。 关键词:卫星通信;卫星固定通信;卫星移动通信;卫星直接广播

1、概述
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波, 在两个或多个地球站之间进 行的通信。 它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术, 所使用的 无线电波频率为微波频段(300MHz~300GHz, 即波段lm~1min)。 这种利用人造地球卫星在地 球站之间进行通信的通信系统, 则称为卫星通信系统, 而把用于现实通信目的的人造卫星称 为通信卫星,其作用相当于离地面很高的中继站,因此,可以认为卫星通信是地面微波中继 通信的继承和发展,是微波接力通向太空的延伸。卫星通信是空间通信的一种形式,它主要 包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、 频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与 通信距离无关等优点。多年来,它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视 等领域得到了广泛应用。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信 进行概括和综述。

2、卫星通信的发展简史
1945年1O月,英国科学家阿瑟·克拉克发表文章,提出利用同步卫星进行全球无线电通 信的科学设想。20年后这一设想才变成了现实。通过不断研究和试验,1964年8月美国发射 的第三颗”新康姆”卫星定位于东经155°的赤道上空,通过它成功地进行了电话、电视和 传真的传输试验, 并于1964 年秋用它向美国转播了在日本东京举行的奥林匹克运动会实况。 至此, 卫星通信的早期试验阶段基本结束。 20世纪60年代中期, 卫星通信进入实用阶段。 1965 年4月,西方国家财团组成的”国际卫星通信组织”将第1代”国际通信卫星”(IN—TELSAT —I,简记IS—I,原名晨鸟)射入西经35°w 的大西洋上空的静止同步轨道,正式承担欧美 大陆之间商业通信和国际通信业务。 两周后, 原苏联也成功地发射了第一颗非同步通信卫星” 闪电一1” 进入倾角为65°、 远地点为40000km、 近地点为500km的准同步轨道(运行周期12h), 对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。这标志着卫星通信 开始了国际通信业务。20世纪7O年代初期,卫星通信进入国内通信。1972年,加拿大首次发 射了国内通信卫星”ANIK”,率先开展了国内卫星通信业务,获得了明显的规模经济效益。 地球站开始采用21m、18m、10m等较小口径天线,用几百瓦级行波管发射级、常温参量放大 器接收机等使地球站向小型化迈进,成本也大为下降。此间还出现了海事卫星通信系统,通 过大型岸上地球站转接,为海运船只提供通信服务。20世纪80年代,VSAT(Very Small Aperture Terminal,甚小口径终端)卫星通信系统问世,卫星通信进入突破性的发展阶段。

VSAT是集通信、电子计算机技术为一体的固态化、智能化的小型无人值守地球站。VSAT技术 的发展,为大量专业卫星通信网的发展创造了条件,开拓了卫星通信应用发展的新局面。20 世纪90年代,中、低轨道移动卫星通信的出现和发展开辟了全球个人通信的新纪元,大大加 速了社会信息化的进程 。 我国卫星的研究和使用始于20世纪70年代初。 1972年我国租用国际第4代卫星(IS—IV), 引进国外设备,在北京和上海建立了4座大型地球站,首次开展了商业性的国际卫星通信业 务。1984年4月8日,我国成功地发射了第一颗试验通信卫星(STW一1),它定点于东经125。 赤道上空。 1988年3月7日和12月22日, 我国又相继成功发射了2颗经过改进的实用通信卫星, 分别定点于东经87.5°、110.50°赤道上空。1990年2月4日,我国成功地发射了第5颗卫星, 定点于东经98°赤道上空,同年春又将亚洲一号卫星(24个转发器)送入了预定轨道。1997 年5月12日,中国成功发射了第3代通信卫星”东方红三号(DFH一3)”卫星,主要用于电视传 输、电话、电报、传真、广播和数据传输等业务[4]。目前,全国已有近400个市、县通过卫 星可与180多个国家和地区进行远地通信。每个省级电视台都有1~2套卫星电视节目。今后 还将发射具有更多转发器的卫星,以使我国卫星通信的水平进入一个新的阶段。

3、中国卫星通信的现状 中国卫星通信的现状
3.1 3.1、卫星固定通信现状 3.1.1、 3.1.1、空间段 中国独资或中外合资经营卫星的公司有5家:中国通信广播卫星公司、亚洲通信卫星有 限公司、 亚太通信卫星有限公司、 鑫诺卫星通信有限公司和中国东方通信卫星有限责任公司。 5家公司现有9颗静止通信卫星在轨运行提供业务,这些卫星是中星-6(东三) 、亚洲-1、 亚洲-2、亚洲-3S、亚太-1、亚太-1A、亚太-2R、中卫-1和鑫诺-1。以上卫星共有346 个转发器单元,其中C频段213个,Ku频段133个。它们共覆盖了中国本土及其周边国家以及 亚、太、非等部分地区。此外还有待发射的中星-8卫星,其转发器单元C频段38个,Ku频段 22个。以上卫星主要为中国国内用户服务,也为覆盖区内其它国家和地区的用户服务。为了 开展国际业务需要, 有关单位还租用了国外多颗通信卫星的转发器。 这些卫星有国际通信卫 星和泛美卫星,还有银河-3R和热鸟-3通信卫星。 3.1.2、 3.1.2、地面段 (1)公用通信国内业务:主要由中国电信、联通、网通和吉通诸公司经营。其中中国 电信为最早和最大经营者。中国电信公网共用中星-6和中卫-1卫星约44个C频段转发器于 全国干线通信和部分省内通信, 另用2个Ku频段转发器于电信试验和应急通信。 现有C频段大 中型地球站37个、Ku频段地球站4个和车载移动地球站30个。此外,还有分布于全国边远地 区的数百个VSAT(甚小口径终端)用户站。整个通信线路已全部实现数字化,共开通约3万 多条双向电路。 (2)公用通信国际业务:由中国电信经营管理,现有通信地球站16个。这些地球站通 过北京、上海和广州3个出口局利用太平洋和印度洋上空的国际通信卫星与国外近70个国家 和地区的地球站进行通信联系,共开通约1万多条双向电路。主要业务为话路、数据、因特 网接入和电视等。 (3)专用通信国内业务:专用通信网是公用通信网的补充。专用通信网用户站除了某 些单位早期使用较大天线口径地球站外,现都用VSAT。我国银行、证券、期货、石油、水利、 电力、煤炭、气象、海关、铁路、交通、航天、民航、新闻、计委、地震局、烟草和卫生等 各部门都建有专用通信网。 以上各专网根据设备和用途不同可传输话音、 数据和图像等单一 或综合信息。现经注册的专用通信网约有120个,至2000年底,这些专用通信网中获准经营 国内VSAT通信业务的单位有34家(至2001年底有41家) 。这34家专用通信网主要使用亚太-

1A、亚太-2R、亚洲-2、亚洲-3S、鑫诺-1和中星-6等卫星的转发器,2000年底共租用转 发器带宽约490MHz。拥有用户站约24300个,其中话音小站约360个,双向数据小站约7060 个,单向数据小站约16880个。 (4)专用通信国际业务:为了满足一些跨国用户的通信需求,还建有VSAT国际专线业 务。广州南方卫星通信公司和中国通信广播卫星公司都可为跨国用户提供国际专线业务服 务,至2000年底共开通了约150条专线。2001年底中国通信广播卫星公司开通国际专线用户 达48家,业务连通美国、菲律宾、印度、德国等国家以及中国的香港和台湾地区。 (5)广播电视传输国内业务:主要利用亚太-1A、亚太-2R、亚洲-2、亚洲-3S、鑫 诺-1卫星传送中央台、地方台的电视节目和教育台电视节目,并传送声音广播节目。此外, 还辅以传送数据信息。现共传输了47套电视节目(中央台9套,地方台35套,教育台3套),并 传输中央声音广播节目32套和地方声音广播节目40多套。 (6)广播电视传输国际业务:主要通过租用分布于全球的国外通信卫星泛美-2、泛美 -3、泛美-4、泛美-5、银河-3R和热鸟-3向世界五大洲传送中央电视台的9套电视节目 和国际广播台的32套声音广播节目。 以上国内外广播电视传输业务共用了国内外11颗卫星的34个转发器。 大部分电视节目传 送采用了数字频带压缩技术,节省了转发器带宽,使一个转发器可同时传送多套电视节目。 整个广播电视传输系统现有广播电视地球上行站31个,全国卫星接收站约有20万个。1999 年底全国广播电视覆盖率已达90%以上。 3.1.3、 3.1.3、取得的成绩 (1)我国已经建成一个资源较丰富的空间段。它由覆盖国内外地区的多卫星和多频段 组成。 此空间段由我国独资或中外合资的 5 家经营通信卫星租赁业务的卫星公司形成。 他们 共拥有的转发器容量和波束覆盖区, 已较好地满足了我国国内各种卫星通信用户的需求, 并 可为国外部分用户提供通信服务。它完全改变了 80 年代末、90 年代初我国转发器对国内用 户供不应求现象。 (2) 我国已经建立起一定规模的卫星公用通信网。 此网由多颗卫星和各种地球站组成。 它较好地起到地面通信网的补充、延伸和应急备份作用。 (3)我国已经建立起各种用途和不同规模的卫星专用通信网。它作为公用通信网的补 充,较好地为各种用户提供通信服务。 (4)我国已经建立起较大规模的广播电视卫星传输网。它为扩大我国广播电视覆盖率 作出了重要贡献。 广播电视节目传输已实现了 Ku 频段与 C 频段并用、 数字制与模拟制并用、 卫星直播与卫星转播并用。这些成就为我国使用属广播卫星业务(BSS)的 Ku 频段直播卫星 进一步发展卫星广播电视业务提供了条件。 3.2、 3.2、卫星移动通信现状 中国尚无自建的国内商用卫星移动通信系统, 现使用的或准备使用的都是外商建设的卫 星移动通信系统,包括国际移动卫星系统、亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统、铱星系统、全球星 系统、轨道通信系统和 ICO 系统等。 3.2.1、 3.2.1、国际移动卫星系统 国际移动卫星系统是由国际移动卫星组织倡导建立起来的一个全球卫星移动通信系统。 该系统卫星已经历了三代,使用的都是对地静止轨道卫星。笫三代全系统由 4 颗静止轨道卫 星组成,每颗卫星有 1 个全球波束和 5 个点波束,卫星采用透明转发器。它提供电话、传真、

数据和多媒体等业务。 它的用户终端有国际移动卫星 -A、B/M、C、D/D+、E、MiNi-M、M4 及 Aero 航空系统,并将推出国际移动卫星-F。其 中 M4 为最新的多媒体移动通信终端。该系统 1982 年开始海事通信,1985 年增加航空通信, 1989 年又将业务扩展到陆地。该系统在中国地区业务由交通部通信中心(北京船舶通信导 航公司)经营管理。全球使用该系统的国家已超过 160 个,用户已有 16 万多。中国用户有 6000 多。中国几乎所有的远洋船舶都安装了该系统的卫星设备。 3.2.2、 3.2.2、亚洲蜂窝卫星系统 亚洲蜂窝卫星系统是由亚洲蜂窝卫星公司建立起来的一个服务于亚洲地区的区域性卫 星移动通信系统,可向手持机等用户终端提供话音、传真、数据和因特网等通信业务。卫星 采用处理转发器和多波束天线,星上两副直径为 12 米的天线可产生多达 140 个覆盖亚洲地 区的点波束。第一颗卫星(鹰-1)于 2000 年 2 月定点于东经 123 度。该系统自 2000 年 9 月投入商用后已拥有 9000 多用户。中国地区约占 ACeS 系统卫星服务区的 1/3,是该系统最 大的潜在市场。亚洲蜂窝卫星公司曾与中国多家卫星公司接触,商讨合作事宜。目前与中国 通信广播卫星公司合作正在积极推进中。 3.2.3、 3.2.3、铱系统

铱系统是美国摩托罗拉公司等倡导发展的系统。 它是 由 66 颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统。星上转发器采用先进的处理和交换技术, 多波束天线,且有星际链路。它提供电话、传真、数据和寻呼等业务。它的用户终端有双模 手机、 单模手机和寻呼机。 该系统中国地区业务由中宇卫星移动通信有限责任公司经营管理, 该公司的关口站建在北京。 1998 年 11 月铱公司宣布商业运营, 1999 年 5 月中国正式开通铱 星业务。2000 年 3 月铱公司宣布破产,停止提供铱星服务。受此影响,中国地区业务被迫 终止,并妥善地做好了各项善后工作。不过该系统于 2001 年 3 月又起死回生,成立了新公 司,主要为美国国防部提供电话通信业务,并增加了数据业务。 3.2.4、 3.2.4、全球星系统 全球星系统是由美国劳拉、高通等公司倡导发展的系统。它是由 48 颗低轨卫星组成的 全球卫星移动通信系统。卫星采用透明转发器,多波束天线。它向用户提供话音、传真、数

据和定位等业务。它的用户终端有单模手机、双模手机(全球星/GSM) 、三模手机(全球星 /AMPS/CDMA) 、车载机和固定终端。该系统中国地区业务由中宇卫星移动通信有限责任公 司经营管理。该公司第一个关口站建在北京,2000 年 5 月在国内正式提供全球星服务。另 外兰州关口站、广州关口站正在建设中。 3.2.5、 3.2.5、轨道通信系统 轨道通信系统是由美国轨道科学公司和加拿大全球电信公司联合经营的系统。它是由 36~48 颗低轨卫星组成的全球卫星移动通信系统。卫星采用处理转发器,单波束天线。它 向用户提供寻呼、传真、短数据和定位等业务。它的用户终端有手机、车载、机载、船载等 移动终端以及半固定及固定终端。 该系统于 1997 年在一些国家投入试用后前 1~2 年情况尚 好。 它在中国地区的业务由上海星通信息技术有限责任公司经营管理。 该公司计划在国内先 建一个关口站和网管中心进行试运行, 已做了大量准备工作。 如今轨道通信系统也陷入申请 破产保护的困境,只能考虑先租用韩国关口站进行试运行后视业务发展情况再定。 3.3、 3.3、卫星直接广播现状 3.3.1、 3.3.1、世广卫星声音直播系统 世广卫星直播系统是由世广国际有限公司创建、 当前世界上唯一的 L 波段数字音频和多 媒体卫星直播系统。该卫星系统由 3 颗静止轨道卫星组成,分别称为“亚洲之星”“非洲之 、 星”和“美洲之星” 。三星分别覆盖亚洲、非洲、拉丁美洲以及欧洲的部分地区。每颗卫星 有 3 个发射波束, 每个波束含左、 右旋两个载波,每个载波可以支持 50 个以上的音频和多媒 体服务频道。世广卫星接收机是便携式 L 波段数字接收机,可固定接收,亦可移动接收,共 有 4 种类型。它可直接接收来自卫星的音频节目和高速传输的图像、文字、数据、软件等多 媒体节目。 “亚洲之星”于 2000 年 3 月发射成功,定点于东经 105 度轨道位置。中国通信广播卫 星公司是“亚洲之星”在中国大陆地区相关业务的独家代理。该星中国地区的业务上行站等 设施建在中国通信广播卫星公司的北京地面站。该站完成设备安装和传输试验后于 2001 年 6 月开通,正式开始试播中央人民广播电台第 1 和第 3 套数字声音广播节目。以后将逐步开 展各种数字声音广播业务和多媒体业务。 3.3.2、 3.3.2、中国广播电视卫星直播系统 我国在利用通信卫星发展卫星电视广播业务取得重大成就的基础上, 现正在研究发射属于广 播卫星业务(BSS)的Ku频段电视直播卫星,以建成一个现代化的广播电视卫星直播系统。 国家有关部门初定此系统由中广影视卫星有限责任公司和中国通信广播卫星公司牵头, 并吸 收有关单位组建公司联合建设、经营和管理。整个系统建设要点考虑以下几个问题: (1)第一步是在2005年前适时地发射中功率卫星平台(我国已有的东三卫星平台)的 第一代直播卫星,建立一个初步满足各种业务需求的中国广播电视卫星直播系统。 (2) 第二步是在2010年前适时地发射大功率卫星平台 (我国正在研制的东四卫星平台) 的第二代直播卫星, 建成一个能较好满足各种业务需求的现代化的中国广播电视卫星直播系 统。 (3)第一代直播卫星单星可提供80~100套标准清晰度数字电视(SDTV)的广播能力, 主要用于直播中央和各省、自治区、直辖市的广播电视节目,并用于开展教育电视、远程医 疗、商业信息、数据广播和新闻采集等综合业务,还用于开展高清晰度电视(HDTV)卫星直 播试验。 (4)自主研制卫星、火箭和各种电子信息设备,以推动广播电视行业、航天卫星产业 和信息制造业发展,尽快形成我国卫星直播业务产业链。 (5)此卫星直播系统建成使用后与有线电视的关系是“相互融合、相互补充、相互竞 争、相互促进、共同发展” 。

(6) 此卫星直播系统建成使用后, 主要用于实现广播电视节目对个体用户的直接播出。 我国广播电视系统现有的C频段、 Ku频段通信卫星转发器将继续运行, 用以完成中央与地方、 地方与地方之间的节目传输和对外宣传的国际节目传输。

卫星通信的发展趋势及我国卫星通信的发展目标 4、卫星通信的发展趋势及我国卫星通信的发展目标
4.1、 4.1、卫星通信的发展趋势 随着卫星通信技术的进步和卫星通信能力的提高, 卫星通信应用范围愈来愈广泛, 服务 水平愈来愈提高。 在当今地面通信飞速发展的情况下, 卫星通信在发展市场中虽然遇到很大 的困难和风险,甚至遭受重大挫折,但由于它的不可替代的特点决定了它仍要发展和应用。 因此,从全局和长远来看,未来卫星通信的发展前景仍是光明而美好的。 (1)地面电信网通常由交换网、传输网和接入网组成,现代卫星通信技术都可实现上述 功能。 技术上卫星通信系统已能做到不依赖地面电信网独立成网, 直接向公众提供各种通信 服务。 这对有通信需求但无地面通信设施或建立地面通信设施不经济的地区有重要意义。 这 些地区是发展卫星通信业务的主要市场。 (2)随着卫星固定通信业务和卫星直接广播业务用户终端进一步小型化和可移动性,与 卫星移动通信业务用户终端的区别将减小; 同样, 随着卫星直接广播业务由单向电视和声音 广播向双向多媒体通信业务发展,卫星直接广播业务与卫星固定通信业务的区别也将减小; 此外,这三种业务都在往宽带多媒体通信业务发展。这三种业务同一性增加、互异性减小的 趋势, 体现了这三种业务正在往融合方向发展, 这种发展将更妤地适应人们进行各种活动的 需要。 (3)各种卫星通信网与多种地面业务传输网将进一步互连互通,成为地面业务传输网不 可缺少的补充和延伸,并与地面通信网一起联合组成全球无缝隙覆盖的海陆空立体通信网。 (4) 地面电信网、计算机网和有线电视网将继续往三网融合方向发展。自然,作为地面 三网补充和延伸的卫星通信网也参与了融合。 其步骤是不同性能和用途的卫星通信网先分别 接入各种地面通信网发挥它们的作用,然后随着地面三网融合很自然地成为四网融合。 (5)宽带多媒体卫星通信将会有重大发展,将成为地面信息高速公路的一个重要组成部 分。它将为正在到来的信息化社会提供各种服务。 (6)卫星移动通信业务将会由小到大逐渐发展起来,将成为个人通信业务一个不可缺少 的组成部分。 在第二代地面移动通信业务基础上发展起来的第三代移动通信业务将包含卫星 移动通信业务。第三代移动通信业务的开通和进一步发展将使人们进入真正的个人通信时 代。 4.2、 4.2、我国卫星通信的发展目标 在卫星固定通信方面:管好、用好现有卫星通信系统,积极发展新业务、新市场、新系 统; 自主建设并运营以VSAT设备为主体覆盖全国的卫星公用通信网; 大力发展国产卫星和地 球站, 逐步提高国产设备市场占有率; 自主建设并运营星上处理的新一代区域性卫星宽带通 信系统;2010年前适时发射国产星上处理卫星,初步建成新一代宽带卫星通信系统。 在卫星移动通信方面:管好、用好现有卫星移动通信系统,大力开发新业务、新市场; 自主建设并运营手持式用户终端为主的区域性卫星移动通信系统, 2010年前适时发射首颗试 验卫星, 初步建成区域性卫星移动通信系统; 积极参与国际性组织的全球覆盖卫星通信系统 规划、设计、建设和经营活动。 在卫星直接广播方面:利用现有”亚洲之星”,开通和发展L频段声音直播业务;利用 现有通信卫星, 继续发展Ku频段DTH电视直播业务; 自主建设并运营我国的L频段国内卫星数 字声音直播系统;自主建设并运营我国的Ku—BSS频段国内广播电视卫星数字直播系统,发 展以我为主的用户终端, 2010年国产用户终端设备成为主导产品; 做好直播卫星广播业务全

面推广应用工作,争取2010年拥有3000页甩户。 构建全球无缝覆盖天地一体化综合信息网:卫星通信具有覆盖面大、无缝隙覆盖、与地 形和距离不敏感等特点, 决定了它成为全球无缝覆盖综合信息网不可缺少的组成部分; 地面 通信网只有与卫星通信网联合起来,才能有效地形成全球无缝隙覆盖的海、陆、空立体服务 区。我国区域与全球其它区域建设和改造同步;卫星通信与地面通信建设和改造同步;预计 2020年全网初具规模并发挥效益。 天基综合信息网: 天基综合信息网在一定意义上可看作卫星通信网的扩展和延伸。 它本 身还包含卫星通信系统和属卫星通信范畴的跟踪和数据中继卫星系统。 在天基综合信息网的 建设上,2010年前突破网络体系的关键技术,发射2颗跟踪和数据中继卫星,初步建立空间 数据传输系统, 为某些应用卫星提供试验性服务; 2015年前发射改进型跟踪和数据中继卫星, 提高空间数据传输系统性能; 2020年初步建成天基综合信息网, 为各种应用卫星和载人飞船 等航天器提供长期稳定运行的天地一体化信息应用网络体系。

5、结束语
本文综述了卫星通信的发展动态,并在此基础上,阐述了我国卫星通信的发展目标,可 以预见, 21世纪的卫星通信将获得重大发展, 尤其是世界上新技术, 如光开关、 光信息处理、 智能化星上网控、超导、新的发射工具和新的轨道技术的实现,将使卫星通信产生革命性的 变化,卫星通信将对我国的国民经济发展,对产业信息化产生巨大的促进作用。

参考文献 [1] 王秉钧 王少勇 田宝玉《现代卫星通信系统》电子工业出版社 ] [2] 王丽娜 王兵《卫星通信系统》国防工业出版社 ] [3] 张更新 李罡 于永《全球星系统概况》 ] [4] 赛迪顾问股份有限公司 《全球卫星通信发展状况》国际视窗 ]


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