卫星网络分类

卫星网络分类

卫星通信系统按其提供的业务可以分为宽带卫星通信系统、卫星固定通信系统和卫星移动通信系统。

宽带卫星通信系统

宽带卫星通信是指利用通信卫星作为中继站，在地面站之间转发高速率通信业务，是宽带业务需求与现代卫星通信技术结合的产物。

宽带卫星通信到今天已经发展了三代：第一代是20世纪80年代提出的VSAT系统，业务速率2048bps，特点是大波束覆盖，转发器为多用户共享，终端售价5000-10000美元；第二代兴起于2005-2007年，业务速率256kbps-3Mbps，此类宽带卫星有IPstar，Spaceway3。特点是点波速，采用频率复用技术，终端售价500美元左右；第三代出现于2010年，业务速率达50-500Mbps，此类系统有Ka-Sat和ViaSat，终端售价在500美元一下[ [i]]。下面对Teledesic，IPStar，Spaceway3，Ka-Sat，Via-Sat和O3b进行简要的介绍。

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[[i]]张键. 宽带卫星通信及其技术发展.见：中国通信学会.第九届卫星通信学术年会[C].北京：第九届卫星通信学术年会论文集，2013.

Teledesic主要由美国微软公司、麦考通信公司研制，是一个着眼于宽带业务发展的低轨道卫星通信系统。原计划该系统由840颗卫星组成。目前Teledesic系统经设计简化，已将系统的卫星数降至288颗。提供全球覆盖。用户终端类型包括手持机、车载式和固定式。

Teledesic系统的每颗卫星可提供100，000个16kb/s的话音信道 ，整个系统峰值负荷时，可提供超出100万个同步全双工E1速率的连接。因此，该系统不仅可以提供高质量的话音通信，同时还能支持电视会议、交互式多媒体通信，以及实时双向高速数据通信等宽带通信业务。

宽带卫星IPSTAR由美国劳拉空间系统公司研制，2005年发射首颗卫星，重约6.5吨，设计寿命12年，功率14千瓦，定点在东经120°的轨道上。其拥有者是泰国的一家卫星公司。采用蜂窝多点波束等独特技术，正常情况下可以有45Gbps的传输容量，相当于20多个传统卫星。第一颗卫星为亚太地区22个国家和地区提供宽带网接入、视频会议、远程教学、多媒体广播等宽带业务。可容纳1300万目标用户；在中国建有四个关口站，分别是上海、北京、广州和台北。IPstar是一个完全基于IP技术的宽带卫星通信系统[[i]]。

2007年，修斯研制的Spaceway3发射升空，作为新一代宽带多媒体通信卫星，该卫星采用了高频段（Ka）、多波束及独特的星上快速包交换技术，使终端之间能够实现网状通信，大大缩短了传输的时延。系统覆盖为美国全部。加拿大大部分地区。该系统研制历时8年，耗资近20亿美元，能够容纳165万个用户终端，总通信容量为10Gbps，是之前Ku波段通信卫星容量的5~8倍。技术方面，Spaceway3系统采用上行MF-TDMA和下行TDM的通信体制，通过灵活的DAMA分配和无线资源规划实现对多媒体业务的高效承载，通过多个下行波束小区共享一条高速TDM载波的方法克服了以往由于各波束业务不均匀导致传输效率低下的问题，大大提高了系统容量和频谱利用率[[ii]]。

2011年，欧洲的Ka-Sat投入使用，星上配置82个Ka波段点波束，每个点波束容量为900Mbps，这是迄今世界上最先进的Ka波段点波束设计，经由10个网管地面站及地面网络连接到互联网骨干网，可以为100多万户欧洲及地中海地区没有地面宽带网络设施的消费者和企业用户提供一种宽带、速度、价格相当于地面ADSL带宽服务的高速双向互联网连接，上行速度最高可达4Mbps，下行速度最高可达10Mbps，总容量超过70Gbps[[iii]]。

美国的Via-Sat-1定点在西经115°，它采用大容量的Ka频段点波束技术，有18个网关，能以更快的速率服务于更多的宽带用户，总业务量为130Gbps，超过了现今覆盖北美的双向Ka、C、Ku频段的全部容量之和，是迄今为止容量最大的宽带卫星，它使用数据服务接口标准（BOCSIS）网络技术，上行链路的功率控制和自适应的数据编码技术可以自动地对雨衰作出响应。很好的克服了Ka频段的缺点。

O3b意为“other 3 billion”，代表着“连接”那些不易上网的30亿用户，期望能绕过互联网供应商，利用卫星直接为都市及偏远地区提供网络接入服务。

它们都在赤道附近绕行，虽然不能覆盖地球的低纬度和高纬度地区，但能覆盖70%的人口居住地。O3b并未计划直接向消费者销售带宽，它想成为骨干网供应商，为手机信号发射塔提供回程，为远程ISP(互联网服务提供商)提供IP中继。

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[[i]]王恒.基于IPSTAR卫星宽带通信技术的应用分析[J].电视技术，2011(35).

[[ii]]冯少栋，冯琦，沈俊.美国Spaceway3系统概述[J].数字通信世界，2009(12).

[[iii]]刘玉.欧洲卫星的KA-SAT大容量卫星全面启动服务[J].数字通信世界，2011(7).

卫星固定通信系统

固定通信是卫星通信的传统业务，主要应用有电信服务、广播电视、转发器出租、内部专网、数据采集等。

根据组网方式和应用的不同，卫星固定通信又可分为四种类型：一是以话音为主的点对点通信系统，解决边远地区的通信问题和骨干节点间的备份和迂回。二是以数据为主的VAST系统，主要用于解决内部通信问题的专用网。三是基于DVB(digital video broadcasting)的单向数据广播和分发系统，用于多媒体数据的分发。四是基于DVB-RCS（return channel via satellite）或外交互式的双向卫星数据广播和分发系统，应用于因特网的高速接入、电视会议等。

根据速率的不同，可以把卫星固定业务分为窄带和宽带两大类：窄带仍以话音和低速数据业务为主，发展缓慢；而各类卫星宽带业务在近几年得到较快发展。尤其是基于IP的业务。

    大部分静止轨道卫星通信系统都能够提供固定通信业务，但一般不限于固定业务，比较著名的系统有国际通信卫星系统（Intelsat）、欧洲通信卫星公司（Eutelsat）、俄罗斯联邦国际卫星组织（intersputnik），美国泛美卫星（PanAmsat），新天空卫星（NewSkies）等[3]。

卫星移动通信系统

按轨道类型分类，卫星移动通信系统可分为静止轨道卫星移动通信系统和非静止轨道卫星移动通信系统。中国尚无自建的国内卫星移动通信系统，现使用的都是外商建设的卫星移动通信系统[[i]]，其中静止轨道通信系统有国际海事卫星系统（Inmarsat），北美移动卫星系统（ACeS），瑟拉亚卫星系统（Thuraya），亚洲蜂窝卫星（ACeS）系统；非静止轨道卫星移动通信系统有铱星系统，全球星系统，轨道通信系统，ICO系统。

下面对典型系统国际海事卫星系统和铱星系统作介绍。

国际海事卫星成立于1979年，旨在为航运界提供卫星通信网络。国际海事卫星系统现已发展了四代，不但是世界最早的静止轨道卫星移动系统，也是世界上最大的卫星移动通信系统。Inmarsat的第一代卫星不是自己发射的，而是分别向美国通信卫星公司，欧洲宇航局和国际通信卫星组织租用了一颗卫星，构成第一代Inmarsat。之后陆续发射了一些卫星，相关信息见表2.2。

卫星名称	发射时间	定位位置	覆盖区域
Inmarsat第二代卫星
Inmarsat-2 F1	1991年3月	15.5°W	大西洋东部
Inmarsat-2 F2	1991年10月	64.5°E	印度洋
Inmarsat-2 F3	1991年11月	178°E	太平洋
Inmarsat-2 F4	1992年4月	54°W	大西洋
Inmarsat第三代卫星
Inmarsat-3 F1	1996年4月	64.5°E	印度洋
Inmarsat-3 F2	1996年9月	15.5°W	大西洋东
Inmarsat-3 F3	1996年12月	178°E	太平洋
Inmarsat-3 F4	1997年6月	54°W	大西洋西
Inmarsat-3 F5	1998年2月	25°E	欧洲、中东、非洲
Inmarsat第四代卫星
Inmarsat-4 F1	2005年3月	143.5°E	亚洲-太平洋
Inmarsat-4 F2	2005年11月	25°E	欧洲、中东、非洲
Inmarsat-4 F3	2008年8月	98°W	南美洲

                            表2.2 Inmarsat发展情况

每颗卫星都有三种类型的覆盖范围。一是全球波束覆盖，每个卫星上配备了一个单一的，除了从两极以外，覆盖了三分之一的地球表面的全球波束。整体而言，全球波束覆盖范围从纬度-82到+82度。二是区域点波束覆盖，每个区域波束覆盖全球波束覆盖的区域的一小部分，但集合所有的区域波束也可提供与全球波束几乎相同的覆盖范围。区域波束允许用户终端使用更小的天线。区域波束于I-3卫星被引入。每个I-3卫星提供4至6个点波束，每个I-4卫星提供了19个地区的波束。三是窄点波束覆盖，窄波束由三颗Inmarsat-4卫星所提供。窄波束大小不等，往往是几百公里的。窄波束远小于全球性或区域性的波束，因此提供更多的波束以覆盖全球。窄点波束允许更小的天线和更高的数据速率。它们构成了国际海事卫星组织的掌上电脑（GSPS）和宽频服务（BGAN）的骨干。窄点波束于I-4卫星被引入。每个I-4卫星提供约200窄点波束。海事卫星公司的Inmarsat 5有望在2014年底实现全球覆盖，它采用89个Ka波段点波束，预计提供50Mbps的速率，将为海上舰船、飞行航班提供全球移动宽带通信服务，以及高质量的视频、语音和数据服务。

铱星系统是1990年由美国提出的非静止轨道卫星移动通信系统。计划由77颗近地卫星组成星群，无缝覆盖全球，让用户从世界上任何地方都可以打电话，由于金属元素铱有77个核外电子，故计划取名为铱星计划。后来经计算证实，只需要66颗卫星就可以实现无缝覆盖，并采用6条低纬轨道，每条轨道上均匀分布11颗卫星。1996年开始发射，1998年投入运营，耗资34亿美元。但运营不到半年就破产了。铱星失败的原因有很多，一主要原因是地面蜂窝系统已经占领了主导地位，另外铱星也缺少强有力的决策机构，导致市场运营不统一，加上铱星终端笨重，性能不稳定，价格昂贵等。铱星的失败给我们的启示是，商业运行成功与否不仅仅取决于技术的成功，更需要产品研发，生产，销售的有机统一。但铱星系统并没有从此消失，在破产被收购后，成立了新的铱星公司，由于收购是以2500美元买下50多亿的卫星资产，新公司的运营成本大幅度下降，采取了新的运营策略，慢慢开始良性运转，并且又提出建设铱星下一代的计划。

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[[i]]刘玉锟.卫星通信技术的发展与应用[J].城市建设理论研究，2013(34).

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[[i]]张键. 宽带卫星通信及其技术发展.见：中国通信学会.第九届卫星通信学术年会[C].北京：第九届卫星通信学术年会论文集，2013.

[[i]]张键. 宽带卫星通信及其技术发展.见：中国通信学会.第九届卫星通信学术年会[C].北京：第九届卫星通信学术年会论文集，2013.

固定通信是卫星通信的传统业务，主要应用有电信服务、广播电视、转发器出租、内部专网、数据采集等。

根据组网方式和应用的不同，卫星固定通信又可分为四种类型：一是以话音为主的点对点通信系统，解决边远地区的通信问题和骨干节点间的备份和迂回。二是以数据为主的VAST系统，主要用于解决内部通信问题的专用网。三是基于DVB(digital video broadcasting)的单向数据广播和分发系统，用于多媒体数据的分发。四是基于DVB-RCS（return channel via satellite）或外交互式的双向卫星数据广播和分发系统，应用于因特网的高速接入、电视会议等。

根据速率的不同，可以把卫星固定业务分为窄带和宽带两大类：窄带仍以话音和低速数据业务为主，发展缓慢；而各类卫星宽带业务在近几年得到较快发展。尤其是基于IP的业务。

    大部分静止轨道卫星通信系统都能够提供固定通信业务，但一般不限于固定业务，比较著名的系统有国际通信卫星系统（Intelsat）、欧洲通信卫星公司（Eutelsat）、俄罗斯联邦国际卫星组织（intersputnik），美国泛美卫星（PanAmsat），新天空卫星（NewSkies）等[3]。