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卫星通信技术的发展和应用 提交者: LiChen 日期: 2010/11/5 6:49 阅读: 76  作者:闵士权 作者简介: 闵士权 研究员，享受政府特殊津贴。一直从事导弹、人造卫星的研制工作和卫星通信广播系统的建设和运营工作。曾任中国空间技术研究院总体设计部通信卫星总体研究室主任、中国通信广播卫星公司总工程师、东方红三号通信卫星工程应用系统总设计师、中国宇航学会理事等职。曾立一等功和获国家科技进步特等奖。 卫星通信是地球站之间或航天器与地球站之间利用通信卫星转发信号的无线电通信，主要包括卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直接广播和卫星中继通信四大领域。前三者是地球站之间利用通信卫星转发器转发信号的无线电通信，后者是航天器与地球站之间利用通信卫星转发器转发信号的无线电通信。卫星通信是现代通信技术的重要成果，也是航天技术应用的重要领域。它具有覆盖面大、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。40多年来，它在国际通信、国内通信、国防通信、移动通信和广播电视等领城得到了广泛应用。　　据粗略统计，至2009年底地球静止轨道上约有280多颗通信、广播卫星以及跟踪和数据中继卫星为全球用户提供固定通信、移动通信、广播电视服务，以及航天器数据中继服务；低轨道上约有150多颗小卫星组成3个全球覆盖的通信系统为全球用户提供移动通信服务；另有3颗大椭圆轨道卫星组成的区域覆盖广播系统为移动用户提供多媒体广播服务。据美国富创（Futron）咨询公司在2009年6月公布的《2009年度卫星产业状况》报告给出的2003~2008年全球商用卫星通信产业销售收入情况统计数据知：整个卫星通信产业销售额是逐年稳步上升的，由2003年743亿美元上升到2008年的1444亿美元，其平均年增长率为14.2%；整个卫星通信产业包含卫星制造、发射保险、卫星服务和地面设备制造四大类，其中卫星服务业销售额最大，2008年为840亿美元；整个卫星服务业包含卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大类，其中又以卫星直接广播业销售额最大，2008年为673亿美元。从《2009年度卫星产业状况》报告中还可知：至2008年底，全球商用通信卫星拥有宽带通信终端为100万台；移动通信终端为190万台；直播电视终端为13360万台；移动音频广播接收终端为2040万台；移动电视接收终端为130万台。卫星通信技术的发展和应用是卫星通信产业发展的推动力。本文拟从卫星通信系统网络、卫星通信线路频段、卫星通信体制、卫星轨道和星座、卫星天线波束覆盖、卫星转发器、通信卫星平台、通信地球站诸方面来介绍全球商用卫星通信技术发展和应用概况。1 卫星通信系统网络发展卫星通信系统以网络结构形式提供服务。现代卫星通信网络基本上可分两类。一类是单星组成的卫星通信网络，另一类是多星组成的卫星通信网络。各种网络又以业务不同可分固定通信业务网络、移动通信业务网络和电视直播业务网络。现以单星固定通信业务VSAT卫星通信系统为例来阐述卫星通信网拓扑结构的发展。最早使用的通信网是星状网，现已发展到多种网络结构。典型的VSAT卫星通信网拓扑结构如图1所示。图中a为星状网，b为网状网，c为星状与网状混合网，d为卫星通信链路与地面通信链路混合网之一（VSAT站作网关），e为卫星通信链路与地面通信链路混合网之二（VSAT站作远端用户）。 图1 典型的VSAT卫星通信网拓扑结构 多星组成的静止轨道卫星通信网络有提供国际固定通信业务的全球覆盖的国际卫星（Intelsat）系统和提供国际移动通信业务的全球覆盖的国际海事卫星（Inmarsat）系统。这两个系统网络由各自分布于三大洋上空的静止卫星、全球各地的地球站和辅助地面线路组成。多星组成的低轨道卫星通信网络有提供移动通信业务的全球覆盖的铱（Iridium）系统、全球星（Globalstar）系统和轨道通信（ORBCOMM）系统。这些系统网络由各自分布于低轨道上数10颗卫星、全球各地的地球站和辅助地面线路组成。其中铱系统各星之间还建立了星间链路。2 卫星通信线路频段发展最早的商用通信卫星使用的通信频段是C频段，后又向下扩展到S、L、UHF、VHF频段，向上扩展到X、Ku、Ka频段。未来还要扩展到V频段等更高的频段，还可能使用激光。据不完全统计现有商用卫星通信系统使用的频率资源示例如表1所示。表中卫星通信馈电线路是指中心站、关口站、上行站与卫星间通信线路。显然，线路所取频率愈高，可用带宽愈大，传输容量也就愈大，它最适用于高速率数据传输和多媒体通信；频率愈高，对相同的波束宽度，天线尺寸愈小，重量愈轻，更利于星上使用。表中星间线路是指卫星与卫星之间通信线路，已应用于低轨道全球覆盖铱星卫星移动通信系统，