關於衛星通信的科普，看完這篇就夠了

2020-09-05 科技引領的時代

說起衛星通信，想必大家都非常的熟悉，但真正了解它的人估計也很少，下面直接進入正題，那就先帶大家了解一下衛星通信的發展史吧。

1. 衛星通信發展史

從國際方面來看：1945年5月英國人阿瑟克拉克首先提出關於靜止衛星的設想；1957年10月4日蘇聯發射了第一顆人造衛星；1963年7月美國發射了第一顆地球同步衛星；1965年4月，國際衛星通信組織發射了第一代 「國際通信衛星」（INTELSAT-1），正式承擔國際通信業務，這同時也標誌著衛星通信時代的到來。

從國內方面來看，中國於1970年4月24日發射了第一顆衛星東方紅一號；1984年4月發射了第一顆同步通信衛星東方紅二號；1997年5月12日月發射了我國第一顆三軸穩定的同 步通信衛星東方紅三號；我國自1972年開始運行衛星通信業務。中國的衛星通信經過三十多年的發展，從無到有， 已經初具規模，但是發展速度仍比較緩慢。註冊的 衛星運營公司已有中國通信廣播衛星公司、中國東方通信衛星有限責任公司、鑫諾衛星通信有限公司（合為中國直播衛星有限公司）、亞洲衛星通信有 限公司、亞太衛星控股有限公司三家，共擁有11顆民用通信衛星，其業務已覆蓋到亞洲大部分地區和歐洲部分地區。

2.衛星通信基本知識點

什麼是衛星通信？——利用人造衛星作為中繼站轉發無線電信號，在兩個或多個地 球站之間的通信。

2.1 什麼是「同步衛星」？

人造衛星繞地球的周期和地球的自轉同步稱為同步衛 星(Geostationary Satellite)，它的優點是使用者只要 對準人造衛星就可進行溝通而不必再追蹤衛星的軌跡。

對地靜止軌道三個特點

• 衛星必須與地球同步向東旋轉

• 軌道為圓

• 軌道傾角為零度

2.2地球站」與「地面站」

地球站:指在地球表面附近的無線電通信站

地面站：地方站、中心 站、通信樞紐、陸上移 動站、便攜站等。機載站：空中移動站

船（艦）載站：海軍艦 艇站、遠洋輪船站

衛星通信系統的組成：由空間分系統、跟蹤遙測以及指令分系統、監控管理分系統、通信地球站分系統等組成。

2.3衛星通信的組網形式

衛星的組網形式分為點對點結構、星狀結構、網狀結構等三大形式。

2.4衛星通信的多址方式

衛星通信的多址方式主要分為頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址、空分多址等四種多址方式。

2.5下面詳細說一下多址方式：

頻分多址 (FDMA）

將衛星轉發器的可用射頻頻帶分割成若干互不重疊的部分，再分配給各地球站所要發送的各載波使用。

時分多址 (TDMA）

將衛星轉發器的工作時間分割成周期性的互不重疊的 時隙（每個時隙也稱為分幀，一個周期稱為一幀）， 再分配給各站使用。任何時候都只有一個站發出的信號通過轉發器，轉發器始終處於單載波工作狀態。

碼分多址 (CDMA）

所要發送的各載波採用擴頻調製技術，將要發送的信號與PN（偽隨機碼）相乘，即擴頻，在接收端用完全相同的PN解擴，不受發送時間和頻率的限制。

空分多址 (SDMA）

衛星天線有多個窄波束（又稱點波束），分別指向不同區域的地球站，利用波束在空間指向上的差異來區 分不同的地球站。

2.6衛星通信系統的常用工作頻段

衛星通信常用的頻段為L、S、C、X、Ku、Ka波段；其中C和Ku波段最為常用。

2.7衛星通信的優點

1．覆蓋範圍大，無縫覆蓋

2．通信距離遠，通信成本與距離無關；

3．通信線路穩定可靠，中間環節 少；

4．組網靈活，受地理環境和地面 資源的限制小；

5．帶寬靈活分配，可根據用戶需要設定對稱/非對稱電路；

6．工程施工周期短；

2.8衛星通信的缺點

1. 兩極地區為通信盲區，高緯度地區通信效果不好（同步衛星）；

2. 衛星發射和控制技術比較復 雜；

3.存在日凌和星蝕現象；

4.有較大的信號傳播延遲和回波幹擾，500毫秒~800毫秒的時延；

5．在某些頻段下，雨衰影響較大。

6. 為了避免各衛星通信系統之間的相互幹擾，同步軌道的星位是有一點限度的，不能無限制地增加衛星數量；

下面簡單了解一下什麼是「日凌」與「星蝕」，雨衰，傳輸時延

日凌」與「星蝕」：同步衛星在春分和秋分前後，存在著星蝕（衛星進入 地球的陰影區）和日凌中斷（衛星處於太陽和地球之 間，受強大的太陽噪聲影響而使通信中斷）現象。

雨衰：電磁波在雨區中傳播時，會有一部分能量 被吸收或者散射，產生衰減，從而產生通信過程中的雨衰現象。

相關因素：降雨率、降雨層高度、電磁波的頻率 、極化方式 、接收天線的仰角。

傳輸時延

單跳衛星通信線路，由發送端到接收端的單程傳輸時延為：T=(L1+L2)/C

• L1為上行鏈路電磁波傳輸距離，當衛星為同步衛 星時，最小為35786.6公裡，最大為41679.4公裡， 一般取40000公裡的約值；

• L2為下行鏈路電磁波傳輸距離，取值方法同L1；

• C為電波在自由空間的傳播速度，一般取3×10^8；

– 通常取值：單跳時延一般取0.27s，雙跳取0.54s

3.總結：以上就是衛星通信的基本知識點，其實衛星通信比我們想像的複雜的多，比如說軌道空間，太空看上去很大，但是近地軌道的位置是很有限的，12000顆衛星，打上去容易，如何保證不會和其它衛星相互幹擾？如何保證失敗或壽命到期後不會成為太空垃圾？還有就是頻率問題，如果提供全球覆蓋，意味著要和全球所有國家進行頻率申請，你申請就能給？估計不太可能。衛星通信主要的存在價值，還是對現有移動通信網絡的補充，而非取代。在6G時代，有可能實現衛星通信等天地融合全覆蓋，可打造一個集地面通信、衛星通信、海洋通信於一體的全連接通信世界，實現全球無縫覆蓋，沙漠、無人區、海洋等均有望實現信號覆蓋，讓我們拭目以待吧！

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