1.卫星通信简介

卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作中继站而进行的通信。地球卫星的轨道形状有椭圆形和圆形两种，地球的中心（地心）就处在椭圆的一个焦点或圆心上。按照轨道平面与赤道的夹角（轨道倾角）大小不同，地球卫星的轨道有赤道轨道（夹角为0°）、极轨道（夹角为90°）、倾斜轨道（0°<夹角<90°）之分。按卫星轨道的高度人造卫星可分为运动卫星和静止卫星两种；按卫星结构人造卫星可分为有源卫星和无源卫星两种。

另外按照开普勒原理，一颗卫星的运行周期，随轨道半径的变化而变化，半径越大，周期越长。此外，卫星轨道还受另一个因素的影响，即范艾仑辐射带。所谓范艾仑辐射带是指受地球磁场影响的一些高度带电的粒子层，任何飞进范艾仑辐射带的卫星都会被撞毁。基于以上考虑，可以得出三个对卫星相对安全的区域。这样人造卫星按照轨道的高度可以分为地球同步卫星（Geostationary Satellites，GEO）、中地球轨道卫星（Medium-Earth Orbit Satellites，MEO）和低地球轨道卫星（Low-Earth Orbit Satellites，LEO）三种，具体如图2.16所示。

图2.16 通信卫星分类

2.卫星通信特点

卫星通信系统的应用范围很广，不仅能够传输电话、电报，而且能够传输高质量的电视以及高速数据等；不仅适用于民用通信，而且也适用于军用通信；不仅适用于国内或某些区域的通信，而且也适用于越洋或国际通信。卫星通信与微中继通信及其他通信方式相比，具有以下主要特点。

（1）卫星通信覆盖区域大，通信距离远

卫星通信中的中继站是设在距地面约36000km高的通信卫星上，只需一个卫星中继站就能完成1万多km的远距离通信，至少相当于200多个微波中继站的通信线路。而卫星视区（从卫星看到的地球区域）大，每一颗卫星可视达全球表面的42.4%。

（2）卫星通信具有多址连接特性

在地面微波中继通信中，中继站的服务区是一条线，只有在这条线上的两个终端站和某些中间分站能够使用它来进行通信。而在卫星通信中，卫星所覆盖的区域内，所有地球站都能利用这一卫星进行相互间的通信。这种同时实现多方向多个地球站之间的相互联系特性即为多址联接特性。由于在卫星俯视区内，都能收到信号，故可按广播方式工作，系统又相当于一个多发射台的广播系统。

（3）卫星通信机动灵活

卫星通信的建立不受地理条件的限制，无论是现代化的大城市，还是边远落后的山区、岛屿；无论是飞入云天的飞机，还是地上急驶的汽车，或是海里航行的舰船，只要需要，都可以随时利用卫星通信，且建站迅速，组网快。

（4）卫星通信频带宽，通信容量大

卫星通信采用微波频段，且一颗卫星上可设置多个转发器，故通信容量大，如IS-Ⅵ通信卫星设有46个转发器，可同时传输30000路电话和4路电视节目。(www.daowen.com)

（5）卫星通信线路稳定、质量好；可靠性强，系统运转率高

卫星通信的电波主要是在大气层以外的自由空间传播，电波在自由空间传播十分稳定，因此卫星通信几乎不受气候和气象变化的影响，而且通常只经过卫星一次转送，噪声影响小，故通信质量好。目前卫星通信中，各国地球站的运转率大都在99.8%以上，因此，卫星通信系统有很高的通信可靠性。

（6）可以自发自收、有利于监测

由于地球站以卫星为中继站，卫星将系统内所有地球站发来的信号转发回地面，因此进入地球站接收机的信号中，包含有本站发的信号，从而可以监视信息是否正确传输以及传输质量的优劣，并有利于卫星通信系统网的监测控制。

（7）卫星通信的成本与距离无关

在地面微波中继等通信中，一般通信距离越大，成本越高。而在卫星通信中，通信线路的造价不随通信距离而增加，特别适合于远距离的通信，这也是其他通信方式所不能比拟的。另外，卫星一旦进入轨道，在寿命期（7～10年）内几乎不需要维护费用。

上面介绍了卫星通信的主要优点。但它也存在如下的一些缺点和有待解决的问题。

（1）卫星通信需要有高可靠、长寿命的通信卫星

实现卫星通信必须有高可靠、长寿命的通信卫星，然而，做到这一点并不容易。因为一个通信卫星内要装几万个电子元器件和机械零件，如果在这些元器件中，哪怕有一个出了故障，都可能引起整个卫星失效，维修和替换装在卫星内部的元器件几乎是不可能的，因此，人们在制造和装配通信卫星时，不得不做大量的寿命和可靠性试验。目前通信卫星的寿命由于受到元器件寿命等的限制，一般都考虑为7～10年。

（2）卫星通信要求地球站有大功率发射机、高灵敏度接收机和高增益天线

人们总希望能尽量提高卫星的传输容量，以满足急剧增长的通信业务的需要，因为要增加卫星的传输容量，就必须增加卫星设备和转发器的发射功率，因而卫星电源的容量和重量也就需相应增大，这就势必引起整个卫星体积和重量的增加，这样一来，就要求卫星的运载工具的能力不断增加。而实际上发射卫星的运载工具能力有限，因此卫星重量和体积受到严格限制，卫星的发射功率也不可能太大，目前，只能达到几十至几百瓦。又因为一般的卫星电波是向大面积覆盖区内辐射，这比地面微波通信只向一个方向集中辐射时，能量要分散的多，再加上约40000km传输路程的损耗，信号到达地面时就非常弱了。为了补救这个缺点，地球站必须采用有效面积很大的高增益天线、大功率发射机、高灵敏度接收机，结果使地球站变得很庞大。虽然近几年有了很大改进，但还是不尽如人意。

（3）卫星通信有较大的信号延迟和回声干扰

无线电波在自由空间的传播速度等于光速，即30万km/s，当利用静止卫星通信时，信号从地球站发射经过卫星转发到另一地球站时，单程就远达80000km，双向通信时，往返共约160000km，这时电波传播需要约0.5s的时间，因此，信号有较大的时间延迟。