卫星通信

[拼音]：weixing tongxin

[外文]：satellite communication

利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，以实现两个或多个地球站之间通信的方式。

卫星通信传输容量大，采用频率复用技术，能传递上万路电话和几路电视节目。同时，通信卫星天线的球波束覆盖地球面大，不仅能转发一个地球站发射的信息供多个地球站接收，而且还可采用频分或时分技术，转发多个地球站发射的载波，从而实现多址通信。此外，卫星通信还具有通信距离远、可靠性高、灵活性强，以及通信成本低等特点。因而成为国内、国际乃至全球通信的重要方式之一。

沿革

1945年英国科学家A.C.克拉克提出用人造卫星作为地球外的中继站，进行通信和传送电视的设想。1960年美国发射了铝膜气球卫星“回声”1号，进行了无源中继的电话电视传输试验。由于电波在空间传播衰减很大，而无源反射又不能提供功率补偿，因此，不能作商业通信之用。1962年美国发射了装有通信转发器的有源卫星，以4或6千兆赫频段在美、英、法三国之间进行通信试验，由于功率损失得到补偿，效果良好，从而奠定了卫星通信的技术基础。但这种卫星绕地球运行与地球自转是不同步的，因此地球站的天线要对卫星作大弧度跟踪，而且只在地球站天线跟踪卫星的那一段时间内方可通信。1964年美国发射了同步卫星（又称对地静止卫星）“辛康”，并利用这颗卫星成功地转播了东京奥运会的实况。

1964年13个国家的代表在美国华盛顿签署协议，成立国际通信卫星财团(1971年改名为国际通信卫星组织)，此后，1965年发射了“IS-1”国际通信卫星，开始欧、美间的国际商业卫星通信。截至1984年2月，国际通信卫星组织共发射了五种型号的15颗卫星（包括IS-Ⅳ-A），配置在大西洋、印度洋和太平洋三个区域的上空。现已有154个国家或地区建设了615座地球站，据1982年统计，已建单向电话电路总共约 51000条。卫星通信已成为国际通信中的主要手段。中国于1972年在北京、上海建立卫星通信地球站，利用国际通信卫星组织的卫星进行国际通信。1984年中国发射了第一颗试验通信卫星，1986年2月1日又成功发射了实用通信广播卫星。

卫星通信除用于国际通信外，也逐渐地应用于国内和区域性通信。苏联于1965年发射了非同步的“闪电”卫星。加拿大于1972年发射了同步的“安尼克”卫星，建立了国内卫星通信系统“Telesat”。美国、 苏联于1974年，印度尼西亚于1976年也陆续发射了国内通信卫星。日本、印度、埃及、法国和一些欧洲国家计划在80年代中期建立国内或区域性卫星通信系统。有些国家则仅建设国内卫星地球站以租用国际通信卫星转发器的方式建立国内通信系统和进行电视转播。

卫星通信还用于船－岸和船－船之间的航海通信。1976年美国发射了海事卫星(Marisat)。1979年36个国家决定成立国际航海卫星组织，以组成全球性航海卫星通信系统。

系统构成

由通信卫星和地球站组成。

通信卫星

由星体、天线、转发器、遥测－指令系统、控制系统和电源部分构成。

（1）星体：有自旋稳定和三轴稳定两种。自旋稳定的星体呈长圆筒形，整个星体绕圆筒中轴自旋，使卫星姿态保持稳定而天线则反自旋对地球定向，称为消旋。太阳电池贴在圆筒外层，因而只有1/3受到太阳光照射，利用率较低，功率较小。现今星体多采用双层套筒，定位后套筒延伸，使受光照的太阳电池数量增多，从而增大功率。

三轴稳定的星体不转动。利用体内三个轴向互相垂直的高速旋转飞轮稳定卫星的姿态。太阳电池做成两个翅状板，整个板面朝向太阳，因而利用率高，增加了卫星电源功率。

（2）天线：面向地球，用于接收和发射电波。国际通信卫星球波束天线为喇叭形，波束张角为17.4°，覆盖地球 1/3的面积。区域性或国内通信的卫星天线为抛物面形，波束张角根据覆盖地区面积确定。

（3）转发器：又称中继器，接收端采用固态低噪声放大器，把上行信号放大，信号经变频器变换为下行频率信号，经功率放大后送到天线发回地球。

（4）遥测-指令系统：一是发送下行信号，把卫星上各种设备和星体的状态数据的监测信号，以及指令接收的证实信号发到地球上的跟踪-遥测-指令站(TT&C)；二是接收上行信号，把从跟踪-遥测-指令站发来的控制指令信号送给控制系统。

（5）控制系统：根据接收的指令信号启闭喷嘴和动作开关，以调整卫星的姿态、轨道位置、天线的指向、太阳能电池的定向以及行波管电源工作状态等。

（6）电源：采用太阳能电池，把光能转为电能，充入化学电池供电。

地球站

主要由天线、上行线设备、下行线设备等部分组成。

评价地球站最主要的指标是：发信等效全向辐射功率(EIRP)的等级及其稳定性和收信的性能指数(G／T)值。这一性能指数是天线的接收增益G与系统接收噪声温度T的比值，单位为分贝/开(dB/K)。

（1）天线：多采用高增益、低噪声的卡塞格林天线。由于天线的直径与波长的比值很大 ，故波束的张角只有0.1°～1.0°。因此，天线须用人工或自动控制方位、俯仰的跟踪系统对准卫星。

（2）上行线设备：地球站发送信息的系统。电话或电视的信号先经基带放大器放大，然后调制到中频，再经上行变频器变换到发射的微波频率，通过中、高功率放大后输送到天线，形成等效辐射功率。目前常用的功率管有速调管、行波管两种。速调管效率高，行波管频带宽。

（3）下行线设备：地球站接收信息的系统。通常采用超外差式。从卫星发下来的微弱信号，经天线接收和低噪声放大器放大，再经下行变频器变频，中频放大，滤波，最后解调为基带信号，送到相应的电话或电视终端。低噪声放大器常采用液氦致冷参量放大器（噪声温度目前可达17开）、热致冷参量放大器或砷化镓场效应晶体管放大器。接收调频多路电话电路中，采用门限扩展解调器，以降低载波噪声功率比的门限值，并防止解调后的信号噪声比恶化，从而把微弱信号解调出来并满足必要的信噪比。

使用频段

1979年世界无线电行政大会规定，固定卫星业务常用三个频段，如表：

多址收发方式

在卫星通信中常用的有：频分多址（专为商用），时分多址（正在发展中），码分多址（专为军用）。这些收发方式的出现，提高了卫星通信线路的利用率，并为建立卫星通信网创造了条件。

频分多址

有调频多路载波和单路单载波两种。调频多路载波可为24路、 60路、72路、132路直至1800路，每站发射一个载波，通信的对方站都接收这个载波，解调后经多路载波终端机取出所要接收的话路。因此这一载波可通达几个站址，各站所用载波频率和带宽均经预先固定分配。单路单载波是每个话路占用一个由话音控制发射的射频载波，其调制方式可采用频率调制、相位键控脉码调制或增量调制。一个36兆赫带宽的转发器可容纳 800～1600个单话路。各站互通的电路可以按预先指定的频率分配，也可由电子计算机控制的自动选频系统，如国际卫星组织采用的SPADE系统，实现多址按需分配。转发器工作在频分多址多载波情况下，为了避免互调干扰，必须将输出功率降低到输入输出特性的线性段，这将导致电路容量下降。

时分多址

适用于数字通信系统，调制方式可采用四相相位键控脉码调制或增量调制。时分多址是以不同的时隙来区分地址的，所占用的时间域，亦以此为周期重复出现，通常称为“帧”，每帧内又划分为若干子帧，每一子帧对应一个站。每站按时间顺序发射一组脉冲序列的子帧，而每一帧内只允许各站发射一个子帧组，然后不断地按周期重复发射。国际卫星的时分多址帧长为750微秒，36兆赫带宽转发器的传输码速为60兆比特/秒，72兆赫带宽转发器则为120兆比特/秒。采用时分多址方式可以在每一时隙瞬间内只有一个站向卫星发射脉冲，从而可以充分运用转发器的输出功率（可以用到接近饱和）。

展望

由于卫星通信的技术经济效益较高，中等容量的国内卫星通信系统正在迅速发展。为了降低系统成本，卫星将采用较大的功率管和赋形天线，使地球站小型化。为了更有效地利用轨道、频率资源，将发展综合各种业务的大容量卫星通信系统，并采用较高频段和数字传输技术。(见彩图)

参考文章

• 卫星通信是怎样发展的?无线电/电子

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