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第6章 权衡利弊关系——卫星通信的异议

1.卫星通信的推进作用

通信卫星反射或转发无线电信号,能够顺利的实现卫星通信地球站之间、地球站与航天器之间的通信。可以说,一颗静止轨道通信卫星大概能够覆盖地球表面的40%,作用是让覆盖区内的无论是地面、海上、甚至是空中的通信站确保同时能够进行通信,在赤道上空等间隔分布的3颗静止通信卫星完全可以除两极部分地区外的全球通信中得到实现。

无线电通信中继站的人造地球卫星

1958年12月,世界上第一颗试验通信卫星在美国成功进行发射,1963年美国和日本通过中继1号卫星后,能够顺利的在第一次,成功的进行了横跨太平洋的电视传输。

1984年4月8日,地球静止轨道试验通信卫星顺利在中国进行发射。通信卫星按轨道分为静止通信卫星和非静止通信卫星两种类型;按服务区域不同可分为国际通信卫星和区域通信卫星或国内通信卫星三种类型;按用途可分为专用通信卫星和多用途通信卫星两种类型,前者的覆盖面大概是电视广播卫星、军用通信卫星、海事通信卫星、跟踪和数据中继卫星等领域方面,后者比如说,军民合用的通信卫星,兼有通信、气象和广播功能的多用途卫星等。

中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星

作为无线电通信中继站。通信卫星就好像瞬间转化为一个国际信使,采集四面八方,来自地面的各种信件”,再不断的继续“投递”到另一个地方的用户手里。 因为它所处的位置大概是“站”在36000 公里的高空,所以可以判断出它的“投递”覆盖面特别广,可以不夸张的说,一颗卫星就可以全部负责 1/3地球表面的通信。

假如,人类在地球静止轨道上均匀地放置三颗通信卫星,结论是可以完整的实现除南北极之外的全球通信。原因是,当卫星接收到从一个地面站发来的微弱无线电信号后,会由此转化为大功率信号,接着发送至另一个地面站,又或者是传送到另一颗通信卫星上天之后,再发到地球另一侧的地面站上,如此一来,人们不管是从多远传来的信号都可以轻易接收到。

地球静止轨道

那么,卫星通信在现代科技中,扮演着重要的角色,可以称作是现代通信技术的一项重要成果,它是通过在地面微波通信和空间技术的基础上迅速得到飞速发展的,在电缆通信、微波中继通信、光纤通信、移动通信等通信方式的对比当中,我们可以总结出,其实卫星通信已经具备下列优点:

卫星通信覆盖范围广泛,无论距离多远,都能进行有效通信。由于卫星的位置远离地球相当遥远。但是,相对而言,一颗地球同步卫星相当于已经有效的覆盖地球表面的1/3。所以说,利用3颗适当分布的地球同步卫星即可成功过的实现除两极以外的全球通信。卫星通信可以称得上是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。

卫星通信具有多址联接功能。卫星所覆盖区域内的所有地球站具备能够利用同一卫星进行互相通信的功能,即所谓的多址联接技术。

卫星通信频段宽,容量大。卫星通信通过采用微波频段的方式,在每个卫星上可设置多个转发器,因此相对的,卫星通信的容量大。

卫星通信的方式灵活多变。比如说,地理条件如何无法限制住地球站的建立,选址位置可以是边远地区、岛屿、汽车、飞机和舰艇上等。

卫星通信质量好,可靠性高。卫星通信的电波传递主要在自由空间传播,相对噪声小,通信质量较好,针对可靠性方面,卫星通信的正常运转率达99.8%以上。

卫星通信的成本与距离无关。地面微波中继系统或电缆载波系统的建设投资和维护费用都随距离的增加而增加,而卫星通信的地球站至卫星转发器之间并不需要线路投资,因此,其成本与距离未产生关联。

总而言之,卫星通信在现代生活中应用领域很广泛,而且具备很多优点,对生活的推动力无疑是巨大的,人们开始渐渐的倾向于卫星通信所带来的便捷性和可靠性。

知识卡片:

地球静止轨道

地球静止轨道属于地球同步轨道的一种。在这轨道上进行地球环绕运动的卫星或人造卫星始终位于地球表面的同一位置。它的轨道离心率和轨道倾角均为零。运动周期为23小时56分04秒,与地球自转周期吻合。由于在静止轨道运动的卫星的星下点轨迹是一个点,所以地表上的观察者在任意时辰始终可以在天空的同一个位置观察到卫星,会发现卫星在天空中静止不动,因此许多人造卫星,尤其是通讯卫星,多采用地球静止轨道。

2.卫星通信的负面影响

这个世界上,事物的存在都是两方面,卫星通信对人类科学和人类生活起到的作用不容忽视,但是避免不了卫星通信给人类带来的负面影响,这些负面影响主要是表现在:

传输时延大。在地球同步卫星通信系统中,通信站到同步卫星的距离最大可达40000km,电磁波以光速(3×108m/s)传输,这样,路经地球站→卫星→地球站(称为一个单跳)的传播时间约需0.27s。假如打电话时候,采用卫星通信的话,由于两个站的用户都要经过卫星,所以,打电话者要听到对方的回答必须额外等待0.54s。

卫星中继信道的构成

回声效应。在卫星通信中,由于电波来回转播需0.54s,因而在通话过程中产生了所谓的“回声效应”。在为了消除这一干扰的前提下,卫星电话通信系统中增加了一些设备,主要目的在于消除或抑制回声干扰。

存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时,由于地球两极附近区域“看不见”卫星,所以,根本无法通过地球同步卫星实现对地球两极的通信。

存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

对这些系统受挫情况的进一步了解,我们很容易发现,这其中的问题不仅仅只是单一的,这些问题在影响上,很容易让我们人类意识到卫星通信的负面影响,以及如何去面对并消除。

实际上,系统的受挫,其存在的最为根本问题依然还是关于如何处理好市场驱动与技术驱动的基本关系,正确定位卫星系统的业务市场,处理好其与地面业务的有机综合与无缝覆盖等问题。至于这些存在问题的解决办法,尚且急需人类的不断探索和研究。

卫星通信系统组成示意图

关于卫星通信的基本定位,一定是地面系统的有效支持、补充与延伸,尤其是在应充分对广播、多播能力,广域连接优势及对距离因素不敏感的特点进行有效利用,针对于那些对地面通信系统并未完全覆盖延伸的区域,尤其是边远区域及山区、海岛等特种地形、地域,发挥在互补支撑方的作用,所以卫星通信系统一定要与地面通信系统进行紧密有机的集成综合。

从其他方面进行研究的话,比如说行政、公共关系及财务等各个角度来看,卫星通信系统运营者与地面运营商及直接、间接用户间应建立实质性的互利、有效的合作伙伴关系,用来构成一种真正综合性能/价格比优良的三维立体网络,并将卫星网络构成对地面网络受意外事故中断时的有效大容量备份与援救。从标准化角度看,应该统一并开放系统接口和协议的全球标准,包括多模终端的有效集成。从技术层面看,这种综合可作层次化安排,一般可分五个等级加以考虑,即:地域综合、业务综合、网络综合、设备综合和系统综合。上述各种综合等级可考虑处于独立共存或全部综合之间,且随着此综合等级的递增,可认为每一等级包容着前一低等级的基本特征。

全球卫星定位系统

从理论的角度来看,每一全球卫星系统应该构成自身全球无缝隙覆盖能力,才能适时的针对每一个三维角落的用户提供相应覆盖连接与相应服务。对此,MEO GPS系统即为典型示例。但是,对LEO/MEO卫星通信系统而言。并未产生类似的情况,在尚且没有解决好与地面业务集成情况下的市场定位时,常规星座设计及全球无缝隙覆盖设计从相反方向来看,无疑会带来巨大投资风险及负面作用。因此,在新一批宽带LEO/MEO出台前夕,处理其设计思路必须要谨慎小心。这样观察来看,简化星座系统结构,加强大范围准实时调整市场覆盖域的更高技术含量的自适应处理手段,或许可以降低成本、缩短研发投入周期,剪裁市场需求进行动态市场匹配等方面获得肯定,如但是此类技术并不能一步成功,采用类似SS-IDMA之类扫描点波束技术,或许在现实面前,会是最适宜的一种技术。

在2001年的国际卫星大会上,通过LEO/MEO GMPCS失利的反思,相应的得出同一种看法,即与地面业务相比拟的性能/价格比是未来卫星通信、包括其未来多模终端应用发展的基本准则。而且地面移动通信网络容量及用户数增长速度极快,以每年30%—50%的高速率增长;更新换代速度亦很快,由2G→2.5G、2.75G→3G、3G+→4G,在今后10~15年内可能会按此顺序快速演进发展。因此,LE0/MEO/GEO卫星通信系统的发展必须适应这种演进竞争步伐。象原来那样一种新系统出台,从设计开始至投入业务需要十年以上时间,根本看不到未来的方向。

LEO/MEO GMPCS卫星系统全球标准化及开放标准能力极差,从而很难形成相应规模化能力,这样下去,就无法形成优良的性能/价格比与进入良性循环的市场竞争状态。在这方面,INTELSAT及INMARSAT有较好的传统工作程序,从而在目前这种风险很大的竞争环境中,依然能够得具有效的逐年盈利的运作状态。在下一步全球宽带MSS行程中,纳入IMT—2000之类3G MSS轨道、进行全球开放标准与规模化运作,并与相应地面业务部分取得有效的综合,看来是其唯一有效的出路。

美间谍卫星.

如众所知,频谱和轨道资源是维持卫星产业生存与发展的根本。在2001年国际卫星大会上,由美国卫星工业协会(SAI)安排了专题,讨论相关卫星频谱问题,对卫星频谱问题可能妨碍下一步卫星商业运行发展表示关注,就地面3G移动通信频谱及其它地面无线宽带业务的频谱扩展深表忧虑,并指出这使卫星产业将顶着巨大的压力,因此也在另一方面促进了卫星领域的全球化运作步伐:寻求合作伙伴、联盟与融合,以形成更强大的规模实力,加速提高竞争响应能力及完善其用户服务,以求卫星通信取得良性循环和获得更多的经营资源。此外,还敦促美国FCC继续进行其结构改革,以便更好地解决其稀缺频谱资源的分配与许可证处理问题。

从古老的结绳记事,到当前的手机、网络、电话等等非常便捷的通信方式,给人类的沟通带来了无与伦比的便捷,缩短了时空的距离,提高了沟通的效率,为经济发展全球化铺上了高速通道。

上网

但是,现代便捷的沟通工具也使人们失去了耐心,丢掉了温情,传统的信件几乎已经销声匿迹,再也让人难以体味到:“家书抵万金”的墨香!在现代社会,信息化的发展大大推动了社会对通信的需求,用户要求能够按照他们的需要,更快、更直接、更便宜、更可靠地与世界任何地方进行信息交流。对通信的需求促进了作为通信平台重要组成部分的卫星通信技术及

知识卡片:

地球站

设于地球表面或地球大气层主要部分以内,并与一个或多个空间电台通信的电台。卫星通信系统中的地面通信设备,通称卫星地球站,也叫地球站(earth station)。它由天线分系统、发射放大分系统、接收放大分系统、地面通信设备分系统、终端分系统和通信控制分系统以及电源分系统组成。

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