源起基金關(guān)注領(lǐng)域——衛(wèi)星通信（一）
01 衛(wèi)星通信行業(yè)概述
（一）衛(wèi)星通信界定與分類
1、定義
衛(wèi)星通信定義：以衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行無(wú)線電波發(fā)射或轉(zhuǎn)發(fā)的一種通信方式，能夠?qū)崿F(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地面站/手持終端以及航天器和地面站之間的通信。衛(wèi)星通信利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)地球站、航天器、空間站之間的單向或雙向通信。典型的通信形式為音視頻廣播（衛(wèi)星電視）、數(shù)據(jù)廣播（導(dǎo)航、定位等）、音視頻通話、數(shù)據(jù)傳輸（遙感、遙測(cè)等）、互聯(lián)網(wǎng)連接等。
衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分構(gòu)成，其組成如下圖1所示：
（1）空間段：以通信衛(wèi)星為主體，衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器是通信衛(wèi)星的主要有效載荷，也是衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間段最重要的功能組成，用于接收和轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星通信地球站發(fā)來(lái)的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)地球站之間或地球站與航天器之間通信。空間段可以是地球靜止軌道衛(wèi)星或中、低軌道衛(wèi)星，作為通信中繼站，提供網(wǎng)絡(luò)用戶與信關(guān)站之間的連接。
（2）地面段：包括支持移動(dòng)電話、電視觀眾、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商地面用戶訪問(wèn)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，并實(shí)現(xiàn)用戶間通信的所有設(shè)施。地面段通常包括網(wǎng)關(guān)站、信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)控制中心和衛(wèi)星控制中心，用于將移動(dòng)用戶接入核心網(wǎng)，以及控制整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的正常營(yíng)運(yùn)。網(wǎng)關(guān)站是地面段的核心設(shè)備。衛(wèi)星控制中心(SCC)和跟蹤、測(cè)控及指令站(TT&C，Tracking，TelemetryandCommandstation)，SCC和 TT&C主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星發(fā)射階段的跟蹤和定位，下達(dá)變軌、太陽(yáng)能電池板展開(kāi)等動(dòng)作指令，以及衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間軌道監(jiān)測(cè)和校正、干擾和異常問(wèn)題監(jiān)測(cè)與檢測(cè)等。
（3）用戶段：主要由各類終端用戶設(shè)備組成，用戶段由各種用戶終端組成，包括VSAT小站、手持、車載、艦載、機(jī)載等移動(dòng)終端，以及基于衛(wèi)星通信的各種應(yīng)用軟件和服務(wù)。
衛(wèi)星通信作為無(wú)線電通信形式的一種，信號(hào)的中轉(zhuǎn)和傳輸也要依賴不同頻段的無(wú)線電波。在地面雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用中，雖然IEEE標(biāo)準(zhǔn)中將無(wú)線電波劃分為VHF、UHF、L、S、C、X、Ku、Ka以及EHF等頻段，但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，上述頻帶中僅有一小部分被分配給雷達(dá)應(yīng)用，大部分頻帶由國(guó)際電聯(lián)(ITU，InternationalTelecommunicationUnion)的世界無(wú)線電通信大會(huì)分配給空間無(wú)線電應(yīng)用，雷達(dá)頻段和空間無(wú)線電頻段對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：
其中L、S頻段主要用于衛(wèi)星移動(dòng)通信，C、Ku頻段主要用于衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)通信，Ka頻段應(yīng)用開(kāi)始大量出現(xiàn)。為了滿足日益增加的頻率軌道資源需求，衛(wèi)星通信領(lǐng)域正在布局Q/V等更高的頻段資源。為保證無(wú)線電頻率這一稀缺資源能夠得到合理有效的利用，ITU將全球劃分為三個(gè)頻率區(qū)域，中國(guó)位于其中的III區(qū)。
相較于傳統(tǒng)地面通信，衛(wèi)星通信能夠以較低的開(kāi)銷實(shí)現(xiàn)較廣的無(wú)縫覆蓋，同時(shí)地理環(huán)境不對(duì)其產(chǎn)生約束。并且可使用的頻譜資源十分豐富，載波頻段可從甚高頻(VeryHighFrequency，VHF)到Ka頻段，正往更高的頻段發(fā)展。除此之外，衛(wèi)星通信在島嶼、沙漠等低業(yè)務(wù)地區(qū)，船舶、飛機(jī)等地面網(wǎng)絡(luò)難以覆蓋區(qū)域得到了普遍的應(yīng)用。其提供的移動(dòng)通信服務(wù)具有跨度大、距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、通信方式靈活等優(yōu)點(diǎn)，是蜂窩移動(dòng)通信的必要補(bǔ)充和延伸。
2、分類
衛(wèi)星通信（系統(tǒng)）按不同的分類標(biāo)準(zhǔn)可以分為不同的類型。
（1）按軌道運(yùn)行高度，可分為低軌、中軌和高軌衛(wèi)星通信。
高軌道（HEO）衛(wèi)星通信：屬于橢圓軌道，其距離地球表面最近點(diǎn)為10000-21000km，最遠(yuǎn)點(diǎn)為39500-50600km。
中軌道（MEO）衛(wèi)星通信：MEO衛(wèi)星運(yùn)行于距地面2000-20000km的軌道上，其傳輸時(shí)延、覆蓋范圍、鏈路損耗、功耗大于LEO但小 GEO。
低軌道（LEO）衛(wèi)星通信：LEO衛(wèi)星較小，運(yùn)行于距地面500-2000km的軌道上，具有傳輸時(shí)延、覆蓋范圍、鏈路損耗、功耗較小等特征。
按照衛(wèi)星的軌道相對(duì)地面位置是否變動(dòng)可分為靜止軌道衛(wèi)星和非靜止軌道衛(wèi)星。地球靜止軌道（GEO同步軌道）衛(wèi)星通信：傳統(tǒng)的GEO靜止軌道通信衛(wèi)星距地面高度為35786km，僅需要三顆即可覆蓋全球，見(jiàn)下圖。GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)最為成熟，但由于存在較長(zhǎng)的傳播時(shí)延和較大的鏈路損耗。
（2）按照通信范圍劃分，可以分為國(guó)際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星。
（3）按照用途劃分，可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星等。
（4）按照轉(zhuǎn)發(fā)能力劃分，可以分為無(wú)星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。
3、特點(diǎn)
覆蓋范圍廣（下行廣播）：對(duì)地面的情況如高山海洋等不敏感，適用于在業(yè)務(wù)量比較稀少的地區(qū)提供大范圍的覆蓋，在覆蓋區(qū)內(nèi)的任意點(diǎn)均可以進(jìn)行通信，而且成本與距離無(wú)關(guān)；
工作頻帶寬：可用頻段從150MHz～30GHz。目前已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)Q、V波段(40～50GHz)。Ka波段甚至可以支持l55Mb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；
通信質(zhì)量好：衛(wèi)星通信中電磁波主要在大氣層以外傳播，電波傳播非常穩(wěn)定。雖然在大氣層內(nèi)的傳播會(huì)受到天氣的影響，但仍然是一種可靠性很高的通信系統(tǒng)；
網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、成本低：除建地面站外，無(wú)需地面施工。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低；
信號(hào)傳輸時(shí)延大：高軌道衛(wèi)星的雙向傳輸時(shí)延達(dá)到秒級(jí)，用于話音業(yè)務(wù)時(shí)會(huì)有非常明顯的中斷。
控制復(fù)雜：由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所有鏈路均是無(wú)線鏈路，而且衛(wèi)星的位置還可能處于不斷變化中，因此控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜。控制方式有星間協(xié)商和地面集中控制兩種。
02衛(wèi)星通信行業(yè)發(fā)展歷程
1.國(guó)外發(fā)展歷程
衛(wèi)星通信的概念最早由阿瑟.克拉克在1945年提出。早在1964年，國(guó)際衛(wèi)星通信組織宣告成立，整個(gè)行業(yè)進(jìn)入實(shí)際運(yùn)營(yíng)階段。隨后，以美國(guó)、前蘇聯(lián)為代表的兩極力量，不斷加碼衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)，為用戶提供電視、電話、廣播方面的服務(wù)。1965 年美國(guó)“晨鳥(niǎo)”通信衛(wèi)星成功發(fā)射，衛(wèi)星通信技術(shù)正式進(jìn)入實(shí)用階段。
早期的衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、廣播業(yè)務(wù)、電話業(yè)務(wù)等基本通信需求，在航海通信、應(yīng)急通信、軍事通信、偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)覆蓋等應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮不可替代的作用。衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)則肇始于1976年，移動(dòng)通信衛(wèi)星成功發(fā)射，隨后則由國(guó)際海事衛(wèi)星通信公司運(yùn)營(yíng)。
國(guó)際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)開(kāi)創(chuàng)了全球衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)的先河。1998年，銥星系統(tǒng)引入手機(jī)通信業(yè)務(wù)，這打開(kāi)了移動(dòng)通信的新篇章。衛(wèi)星通信早已不滿足于語(yǔ)音或文本傳輸，美國(guó)、法國(guó)、日本等國(guó)家攜手將寬帶接入衛(wèi)星。可用速率高達(dá)50Mb/s，這意味著衛(wèi)星通信可以承載視頻多媒體服務(wù)。
隨著以高頻段(Ku、Ka等)、大容量、高通量為特點(diǎn)的寬帶通信技術(shù)的成熟，通過(guò)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入已經(jīng)成為可能。
2.國(guó)內(nèi)發(fā)展歷程
我國(guó)衛(wèi)星通信事業(yè)起步于上個(gè)世紀(jì)50年代，東方紅系列衛(wèi)星已經(jīng)取得輝煌的成就。東方紅一號(hào)衛(wèi)星成功發(fā)射，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星音頻廣播。1984年，靜止軌道衛(wèi)星東方紅二號(hào)成功發(fā)射，加速了整個(gè)產(chǎn)業(yè)步入應(yīng)用階段。
1997年，東方紅三號(hào)衛(wèi)星發(fā)射，大大增加了轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量，開(kāi)啟衛(wèi)星通信的應(yīng)用階段。東方紅四號(hào)衛(wèi)星則實(shí)現(xiàn)了對(duì)拉美區(qū)域的覆蓋，標(biāo)志著我國(guó)衛(wèi)星通信實(shí)力進(jìn)入國(guó)際先進(jìn)水平。當(dāng)前我國(guó)在軌的通信衛(wèi)星，主要是中星通信廣播衛(wèi)星、天鏈數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)、亞太系列衛(wèi)星，為用戶提供高質(zhì)量的衛(wèi)星通信服務(wù)。
此外，我國(guó)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星自帶短信通信功能，也有助于手機(jī)衛(wèi)星通信。7月，中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電科及手機(jī)廠商，聯(lián)合推出國(guó)內(nèi)首顆手機(jī)北斗短報(bào)文通信射頻基帶一體化芯片，智能手機(jī)衛(wèi)星通信功能得以實(shí)現(xiàn)。
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