衛星通信

衛星通信

衛星通信簡單地說就是地球上(包括地面和低層大氣中)的無線電通信站間利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信系統由衛星和地球站兩部分組成。衛星通信的特點是:通信範圍大;只要在衛星發射的電波所覆蓋的範圍內,從任何兩點之間都可進行通信;不易受陸地災害的影響(可靠性高);只要設定地球站電路即可開通(開通電路迅速);同時可在多處接收,能經濟地實現廣播、多址通信(多址特點);電路設定非常靈活,可隨時分散過於集中的話務量;同一信道可用於不同方向或不同區間(多址聯接)。

定義簡介

衛星通信:利用人造地球衛星作為中繼站來轉發無線電波,從而實現兩個或多個地球站之間的通信。
人造地球衛星根據對無線電信號放大的有無、轉發功能,有有源人造地球衛星和無源人造地球衛星之分。由於無源人造地球衛星反射下來的信號太弱無實用價值,於是人們致力於研究具有放大、變頻轉發功能的有源人造地球衛星——通信衛星來實現衛星通信。其中繞地球赤道運行的周期與地球自轉周期相等的同步衛星具有優越性能,利用同步衛星的通信已成為主要的衛星通信方式。不在地球同步軌道上運行的低軌衛星多在衛星移動通信中套用。
同步衛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行的通信衛星,其繞地球運行周期為1恆星日,與地球自轉同步,因而與地球之間處於相對精緻狀態,故稱為禁止衛星、固定衛星或同步衛星,其運行軌道稱為地球同步軌道(GEO)
在地面上用微波接力通通信系統進行的通信,因系視距傳播,平均每2500km假設參考電路要經過每跨距約為46km的54次接力轉接。如利用通信衛星進行中繼,地面距離長達1萬多公里的通信,經通信衛星1跳即可連通(由地至星,再由星至地為1跳,含兩次中繼),而電波傳輸的中繼距離約為4萬公里,見圖1。

簡史

利用地球同步軌道上的人造地球衛星作為中繼站進行地球上通信的構想是1945年英國物理學家A.C.克拉克(ArtherC.Clarke)在《無線電世界》雜誌上發表“地球外的中繼”一文中提出的,並在60年代成為現實。
同步衛星問世以前,曾用各種低軌道衛星進行了科學試驗及通信。世界上第一顆人造衛星“衛星1號”由蘇聯於1957年10月4曰發射成功,並繞地球運行,地球上首次收到從人造衛星發來的電波。
美國於1960年8月把覆有鋁膜的直徑30m的氣球衛星“回聲1號”發射到約1600km高度的圓軌道上進行通信試驗。這是世界上最早的不使用放大器的所謂無源中繼試驗。
美國於1962年I2月13日發射了低軌道衛星“中繼1號"。1963年11月23日該星首次實現了橫跨太平洋的日美間的電視轉播。此時恰逢美國總統J.F.甘迺迪被刺,此訊息經衛星傳至日本在電視新聞上播出,衛星的遠距離實時傳輸給人們留下深刻印象,使人造衛星在通信中的地位大為提高。
世界上第一顆同步通信衛星是1963年7月美國宇航局發射的“同步2號”衛星,它與赤道平面有30°的傾角,相對於地面作8字形移動,因而尚不能叫靜止衛星,在大西洋上首次用於通信業務。1964年8月發射的“同步3號”衛星,定點於太平洋赤道上空國際日期變更線附近,為世界上第一顆靜止衛星。1964年10月經該星轉播了(東京)奧林匹克運動會的實況。至此,衛星通信尚處於試驗階段。1965年4月6日發射了最初的半試驗、半實用的靜止衛星“晨鳥”,用於歐美間的商用衛星通信,從此衛星通信進入了實用階段。

覆蓋範圍

靜止地球軌道(GEO)衛星
全球覆蓋的固定衛星通信業務靜止地球軌道(GEO)衛星,軌道高度大約為36000km,成圓形軌道,只要三顆相隔120°的均勻分布衛星,就可以覆蓋全球。國際衛星通信組織的IntelsatI-IX代衛星。是全球覆蓋的最好例子,已發展到第九代。
衛星在空中起中繼站的作用,即把地球站發上來的電磁波放大後再反送回另一地球站。地球站則是衛星系統形成的鏈路。由於靜止衛星在赤道上空36000千米,它繞地球一周時間恰好與地球自轉一周(23小時56分4秒)一致,從地面看上去如同靜止不動一樣。三顆相距120度的衛星就能覆蓋整個赤道圓周。故衛星通信易於實現越洋和洲際通信。最適合衛星通信的頻率是1一10GHz頻段,即微波頻段、為了滿足越來越多的需求,已開始研究套用新的頻段,如12GHz,14GHz,20GHz及30GHz。
移動衛星通信
全球覆蓋的移動衛星通信海事衛星通信系統Inmarsat是全球覆蓋的移動衛星通信,工作的為第三代海事通信衛星,它們分布在大西洋東區和西區、印度洋區和太平洋區,第四代Inmarsat一4衛星,已於2005年3月發射了第一顆衛星,另一顆衛星亦準備發射,它們分別定點在64。E和53。W,具有一個全球波束,l9個寬點波束,228個窄點波束,採用數位訊號處理器。有信道選擇和波束成形功能。
全球覆蓋的低軌道移動通信衛星有“銥星”(Iridium)和全球星(Globalstar),“銥星”系統有66顆星,分成6個軌道,每個軌道有11顆衛星,軌道高度為765km,衛星之間、衛星與網關和系統控制中心之間的鏈路採用ka波段,衛星與用戶間鏈路採用L波段。2005年6月底銥星用戶達12.7萬戶,在卡特里娜颶風災害時”銥星”業務流量增加30倍,衛星電話通信量增加5倍。
全球星(Globalstar)有48顆衛星組成,分布在8個圓形傾斜軌道平面內,軌道高度為1389km,傾角為52度。用戶數逐年穩定增長,成本下降,2005年比2004年話音用戶增長。

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