国内卫星通信技术发展及应用概述

最近国内的卫星通信系统火了一把。1月11日，据媒体报道，中国首个自主建设的卫星移动通信系统正式上线，这套系统名为天通系统，由中国电信运营，号段为1740，用户可以在线上或者部分线下营业厅办理此业务。

我国卫星通信现状

我国的卫星通信干线主要用于中央、 各大区局、 省局、 开放城市和边远城市之间的通信。 它是国家通信骨干网的重要补充和备份。 为保证地面网过负荷时以及非常时期（如地面发生自然灾害时） 国家通信网的畅通， 有着十分重要的作用。

在我国边远省、 自治区（如西藏、 新疆） 的一些地区， 难以用扩展和延伸国家通信网的方法来进行覆盖。 对于这些地区的一些人口聚居的重镇或县城（也可用于海岛） 的用户， 我国是利用 VSAT 的方法将其接入地面公用网。 这对我国通信网的全国覆盖具有重要意义。

卫星专用网在我国发展很快， 目前银行、 民航、 石化、 水电、 煤碳、 气象、 海关、 铁路、 交通、 航天、 新华社、 计委、 地震局、 证券等均建有专用卫星通信网，大多采用 VSAT 系统， 全国已有几千个地球站。

我国需要建立卫星移动通信系统， 以支持位于地面移动通信网服务区以外用户的移动通信业务， 其终端应当是轻便和低成本的。卫星移动通信系统还用来为地面通信网未能覆盖的农村和边远地区提供基本的通信（话音和低速数据， 这对发展中国家更具有重要意义） 。 这里所指的“农村和边远地区”用户， 是指十分分散的“自然村”， 要求其终端的复杂度、 体积和成本应远小于 VSAT 小站。

以我国为主的卫星移动通信系统 APMT（亚太移动通信系统） 正在筹建， 它是以同步卫星支持的区域性系统。 系统支持手持机用户， 为此星载天线十分庞大（天线直径约 1-3m） ， 此外系统还用于支持边远地区的基本通信。在不久的将来， 我国的卫星网还将用于支持低业务密度地区的高速率用户（集团用户） 终端的通信需求， 比如， 对因特网的高速浏览， 以及高速率的接入公用网。对于这一类的用户， 其终端设备的简化和低成本也是十分重要的。 建立我国的综合卫星通信系统的设想。 目前， 我国在同步卫星通信方面的发展已具规模， 在作为国家干线通信网的备份和组建专用网方面发挥了巨大的作用。 但是， 面对一些业务需求， 如移动通信业务、 边远地区基本通信业务、 高速率用户的接入和因特网浏览以及交互式多媒体业务等方面的需求， 我国是采用继续发展和扩大同步卫星通信系统来支持这些新业务？ 还是建立包括同步卫星和非同步卫星在内的综合卫星通信系统呢？ 从国外卫星通信发展趋势来看， 由于轨道高度较低的非同步卫星无论在支持移动通信， 边远地区基本通信和高速率用户的接入等方面都十分有利， 它能有效地降低对终端 EIRP（有效合向辐射功率） 和 G／ T 值（接收机品质因数） 的要求， 使用户终端大为简化和降低成本。 因此， 建立我国的综合卫星通信系统在技术上是合理的。

综合卫星通信系统

在综合系统中， 同步卫星和非同步卫星部分各自支持的业务重点应有所不同。

同步卫星系统主要支持的业务有：

1． 地面公用网各枢纽站之间的干线连接， 其地面站庞大， 成本高；
2． 远端用户（VSAT 终端） 的接入；
3． 构成专用网和专用网与公用网之间的连接。

非同步卫星系统主要支持的业务有：

1． 移动通信业务；
2． 提供过远地区和农村的基本通信（话音和低速数据） ， 其用户终端体积和成 本远低于 VSAT 终端；
3． 用于高速率（可达 2Mb/S） 用户终端的接入， 提供交互式多媒体业务和支持 用户高速浏览因特网。 其用户终端成本和天线尺寸应小于 VSAT 终端。

在综合系统中， 由于非同步卫星将飞越全球， 具有全球（非实时） 覆盖能力，因此综合系统可以实现全球的（非实时） 数据通信（数据信息延时最大约 5 小时） 。尽管通信是非实时的， 但系统是完全由我国自主控制的， 这在一定程度上能缓解一直困扰我国的全球通信问题， 对军事和外交机要通信具有重要意义。建立我国的综合卫星通信系统， 除市场需求和枝术上的合理和先进性之外， 系统所需的投资和经济效益如何， 是决定建立该系统是否切实可行的关键因素。我国的综合卫星通信系统是为我国（及其周边地区） 服务的区域性系统。 一般来说， 采用同步卫星也许是一种较好的选择， 因为系统所需的投资较省， 而采用覆盖全球的非同步轨道卫星星座为某一地区提供服务（在经济上） 是不可取的。 然而，随着星座设计技术的突破， 利用数目较少的非同步轨道卫星构成的星座也是区域性系统的一种选择。

作为我国的综合卫星通信系统中的非同步卫星部分， 以采用“区域性时限”星座为宜。 该星座可以在特定的时段（通常在每天的业务高峰时段） 对我国进行连续覆盖， 而空间段所需投资可大致与同步卫星相当。 同时， 由于覆盖我国的非同步卫星区域性星座对地理上与我国对称（经度差约 180°） 的美国， 具有甚至更好的覆盖特性（仰角更高） 。 因此， 如果同一星座以支持中国和美国的两个区域性系统， 空间段的投资共同承担， 那么我国的非同步卫星系统所需投资可能比一个同步卫星系统更省。

我国综合系统中的非同步卫星可以是一种由 4 颗椭圆轨道卫星（近、 远地， 点分别为 4497km 和 16209km） 构成的星座， 它能在北京时间每天的 7 点或至 23 点 30分连续覆盖我国。 可以看出， 星座对我国的最小覆盖仰角在 15°以上， 而对大陆的绝大部分地区在 20°以上。

在非同步卫星不能覆盖的低业务量时段（如深夜和凌晨） ， 可由同步卫星来支持这些较小的业务量。 此时， 对我国连续覆盖的同步卫星也处于低负荷时段， 它有足够的资源（如功率） 来改善由非同步卫星转换至同步卫星时因传播损耗增加所带来的不利影响。

我国的卫星通信实力分析

国家安全和供需矛盾促使未来 10 年成为卫星密集发射期。 现有全球卫星系统将于 2015 年达到承载极限， 在国家安全和供需矛盾的共同推动下， 2010 年美国计划升级 GPS 系统、 欧洲加快 GALILEO 系统发射速度、 俄罗斯全面恢复GLONASS 系统并计划升级， 中国北斗发射提速， 全球导航卫星将进入新的十年密集发射期。

北斗二代发射加速， 中国卫星产业步入“黄金十年” 。美国 GPS 系统不保证“非常时期” 提供服务， 中国国防需要自主卫星提高战略打击和协同能力； 以通信、 电力为代表的命脉行业需要卫星系统授时保证全网同步运转； 民用导航测绘需要自主卫星服务来降低成本， 促进发展。 按规划， 到 2012 年， 计划发射 10 多颗卫星（目前已有 3 颗） ， 建成覆盖亚太区域的北斗卫星导航系统； 到 2020年， 建成由 5 颗静止轨道和 30 颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统， 中国北斗将成为全球四大导航系统之一。

北斗系统的逐步成熟短期将全面利好卫星产业链。 中国自主导航系统北斗二代的建立全面利好于卫星制造、 卫星发射、 地面设备和卫星运营业务。 卫星/火箭制造及其配套企业将直接受益于短期发射量增加； 随着卫星平台的完善， 地面设备和卫星运营也将受益于导航、 通信、 授时、 遥感测绘等增值业务的发展。

中国卫星应用产业已经初具规模。中国卫星导航设备及服务（不含手机终端）2010年预计将形成 500 亿的市场规模， 03-10 年复合增速 43. 5%。 2015 年仅中国车载导航市场规模都将达到 306 亿元规模。 需要说明的是， 以上测算还未包括潜力巨大以手机为终端的基于位置的增值服务收入。

卫星产业链长期看好地面设备和运营增值服务， 细分市场最看好受众最广的导航、 定位和授时应用。 据美国 SIA 统计， 08 年 GPS 产业链收入 1444 亿美元，06-08 复合增速 17. 8%， 其中地面设备和运营增值服务占据 90%的份额， 细分市场最看好受众最广的导航、 定位和授时应用。

我国通信卫星的发展

中国自 60 年代初， 即开始研制了微波接力通信系统和人造地球卫星， 它标志着中国人民已有能力依靠自己的力量， 涉足于卫星通信领域， 为通信网增加新的通信手段。 及至 70 年代中期， 中国已有大型地球站为国内、 国际通信服务。 近 20 余年来， 中国卫星通信， 在研究、 开发、 制造和发射、 运营等多领域， 由于国家重视和国内科技人员、 管理人员等各方面的共同努力， 得到了长足的发展， 为下一步发展奠定了坚实基础。

我们清楚， 卫星通信系统本身是个复杂的大系统， 涉及很多学科， 综合工艺和技术， 需要多部门的相互协助， 资金和人力方面加大投人， 才能促进其更快发展，适应社会各部门多方面需求， 现仅就今后发展前景和努力方面， 作些初步探讨。

（一） 分利用好宝贵资源；
频谱资源与轨道资源， 是发展卫星通信的先决条件， 必须搞好发展规划， 以满足国家各方面的需求。 要有专门的科技队伍进行长期不间断的研究、 分析和多方面协调工作。 在国际上多做工作， 争取获得尽可能多的频谱与轨道资源， 并把这些宝贵资源充分利用好。

（二） 星通信系统研究、 开发方面；
（1） 由于卫星通信系统涉及到多部门、 多学科的协作， 因此要有跨部门的专家联合参加， 总体规划与设计， 以充分发挥整个国家的人才和技术优势， 作出有自己特色的系统， 达到国际上先进水平， 并能满足国家各方面需求。

（2） 当前的重点是通信卫星本身的开发工作， 在保证质量前提下， 首先注意两个问题：

①研制出大容量通信卫星的平台和小卫星平台。 有了这两种平台， 以利加速发展高、中、 低各种轨道， 各种用途的卫星通信系统。 这样， 在研制卫星过程中就可避免很多重复工作， 节省了人力和物力。

②在研制各类卫星本身时， 应采用模块式的生产线方法， 这样可缩短研制、 开发时间。 若在时间上取得优势， 就可在竞争中争取到主动权。

（3） 对于卫星通信系统的地球站设备， 要考虑到高可靠性， 并用创新精神， 力求使系统达到最佳化， 在关口站设备方面， 则要强调灵活性， 要能适应多方面需求，具有与地面多种通信系统互联互通的能力， 至于卫星通信系统的用户终端， 要达到人机界面友好， 小巧可靠操作方便等。

（三） 建立必要的监测台站
建立必要的监测台、 站（固定、 移动） ， 除对已投入运营的通信卫星运行情况等及时了解、 分析、 加强管理外， 更重要的还要监测国外的卫星在国内空间场强覆盖情况， 及时克服和减少电磁波的干扰， 以保护我国的电磁环境和合法权益。 这样为我国卫星通信创造良好的环境， 以利于更快地发展。

（四） 通信卫星运营方面
在通信卫星运营方面， 要充分利用卫星通信的覆盖广， 传输质量好， 能以各种组网方式适应不同用户、 不同领域、 不同地理空间应用的特点， 搞好卫星通信网的建设， 发挥其应有作用。

（1） 卫星通信系统， 它的转发器可作为通信网的干线传输手段。 在“静止轨道”上， 它覆盖广， 特别适合于我国边远地域稀路由（用户少而分散） 的通信之需， 而对地面通信系统无法达到的或用地面通信系统建设投资过大的农村地区， 则卫星通信系统， 可发挥其独特的作用。

（2） 卫星通信系统与地面通信系统综合， 可作为通信网的重要组成部分， 并和地面的传输系统相配合， 可以提高传输的可靠性（特别在干线传输方面， 地面的光纤传输系统、 微波接力通信系统和卫星通信系统的综合使用） ， 可发挥各自优势，并互为备份与补充， 这在我国幅员广大的国家， 特别显得重要。 因此在每个通信网建设、 规划中， 要综合考虑这些因素。

（3） 卫星通信系统可独立组网， 也可作为地面通信网的接入网， 特别适合于各种速率信息的传输接入， 也适合于不对称业务的传输和集话音、 数据与图象三者组合的终端配合， 实现多媒体通信。 因此， 在整个通信网规划中， 要充分考虑卫星通信手段的这种优势， 而且一旦通信卫星发射成功， 卫星通信建设速度快， 受地理条件限制较小， 能迅速满足通信需求， 这是它“得天独厚”的特点。

（4） 中、 低轨道的卫星移动通信系统与地面蜂窝移动通信的综合与互通， 是整个移动通信发展的必由之路。 从通信容量， 全网结构等角度分析， 前者是后者的延伸和补充， 因此要把这两者作为一个大系统来看， 特别是在用户终端、 使用频段、调制方式和协调核心网规范等方面， 总体方案应统一起来考虑， 这将符合发展方向。