源起基金關注領域——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)星作為中繼站進行無線電波發(fā)射或轉發(fā)的一種通信方式，能夠實現(xiàn)兩個或多個地面站/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)星作為中繼站來轉發(fā)無線電波，從而實現(xiàn)多個地球站、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（導航、定位等）、音視頻通話、數(shù)據(jù)傳輸（遙感、遙測等）、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，用于接收和轉發(fā)衛(wèi)星通信地球站發(fā)來的信號，實現(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)絡用戶與信關站之間的連接。
（2）地面段：包括支持移動電話、電視觀眾、網(wǎng)絡運營商地面用戶訪問衛(wèi)星轉發(fā)器，并實現(xiàn)用戶間通信的所有設施。地面段通常包括網(wǎng)關站、信關站、網(wǎng)絡控制中心和衛(wèi)星控制中心，用于將移動用戶接入核心網(wǎng)，以及控制整個通信網(wǎng)絡的正常營運。網(wǎng)關站是地面段的核心設備。衛(wèi)星控制中心(SCC)和跟蹤、測控及指令站(TT&C，Tracking，TelemetryandCommandstation)，SCC和 TT&C主要負責衛(wèi)星發(fā)射階段的跟蹤和定位，下達變軌、太陽能電池板展開等動作指令，以及衛(wèi)星在軌運行期間軌道監(jiān)測和校正、干擾和異常問題監(jiān)測與檢測等。
（3）用戶段：主要由各類終端用戶設備組成，用戶段由各種用戶終端組成，包括VSAT小站、手持、車載、艦載、機載等移動終端，以及基于衛(wèi)星通信的各種應用軟件和服務。
衛(wèi)星通信作為無線電通信形式的一種，信號的中轉和傳輸也要依賴不同頻段的無線電波。在地面雷達系統(tǒng)的應用中，雖然IEEE標準中將無線電波劃分為VHF、UHF、L、S、C、X、Ku、Ka以及EHF等頻段，但在實際應用當中，上述頻帶中僅有一小部分被分配給雷達應用，大部分頻帶由國際電聯(lián)(ITU，InternationalTelecommunicationUnion)的世界無線電通信大會分配給空間無線電應用，雷達頻段和空間無線電頻段對應關系如下：
其中L、S頻段主要用于衛(wèi)星移動通信，C、Ku頻段主要用于衛(wèi)星固定業(yè)務通信，Ka頻段應用開始大量出現(xiàn)。為了滿足日益增加的頻率軌道資源需求，衛(wèi)星通信領域正在布局Q/V等更高的頻段資源。為保證無線電頻率這一稀缺資源能夠得到合理有效的利用，ITU將全球劃分為三個頻率區(qū)域，中國位于其中的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銷實現(xiàn)較廣的無縫覆蓋，同時地理環(huán)境不對其產(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)務地區(qū)，船舶、飛機等地面網(wǎng)絡難以覆蓋區(qū)域得到了普遍的應用。其提供的移動通信服務具有跨度大、距離遠、機動性強、通信方式靈活等優(yōu)點，是蜂窩移動通信的必要補充和延伸。
2、分類
衛(wèi)星通信（系統(tǒng)）按不同的分類標準可以分為不同的類型。
（1）按軌道運行高度，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為10000-21000km，最遠點為39500-50600km。
中軌道（MEO）衛(wèi)星通信：MEO衛(wèi)星運行于距地面2000-20000km的軌道上，其傳輸時延、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，運行于距地面500-2000km的軌道上，具有傳輸時延、覆蓋范圍、鏈路損耗、功耗較小等特征。
按照衛(wèi)星的軌道相對地面位置是否變動可分為靜止軌道衛(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，見下圖。GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術最為成熟，但由于存在較長的傳播時延和較大的鏈路損耗。
（2）按照通信范圍劃分，可以分為國際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國內通信衛(wèi)星。
（3）按照用途劃分，可以分為綜合業(yè)務通信衛(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）按照轉發(fā)能力劃分，可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。
3、特點
覆蓋范圍廣（下行廣播）：對地面的情況如高山海洋等不敏感，適用于在業(yè)務量比較稀少的地區(qū)提供大范圍的覆蓋，在覆蓋區(qū)內的任意點均可以進行通信，而且成本與距離無關；
工作頻帶寬：可用頻段從150MHz～30GHz。目前已經(jīng)開始開發(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；
通信質量好：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。雖然在大氣層內的傳播會受到天氣的影響，但仍然是一種可靠性很高的通信系統(tǒng)；
網(wǎng)絡建設速度快、成本低：除建地面站外，無需地面施工。運行維護費用低；
信號傳輸時延大：高軌道衛(wèi)星的雙向傳輸時延達到秒級，用于話音業(yè)務時會有非常明顯的中斷。
控制復雜：由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所有鏈路均是無線鏈路，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，國際衛(wèi)星通信組織宣告成立，整個行業(yè)進入實際運營階段。隨后，以美國、前蘇聯(lián)為代表的兩極力量，不斷加碼衛(wèi)星通信業(yè)務，為用戶提供電視、電話、廣播方面的服務。1965 年美國“晨鳥”通信衛(wèi)星成功發(fā)射，衛(wèi)星通信技術正式進入實用階段。
早期的衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信、廣播業(yè)務、電話業(yè)務等基本通信需求，在航海通信、應急通信、軍事通信、偏遠地區(qū)網(wǎng)絡覆蓋等應用領域發(fā)揮不可替代的作用。衛(wèi)星移動業(yè)務則肇始于1976年，移動通信衛(wèi)星成功發(fā)射，隨后則由國際海事衛(wèi)星通信公司運營。
國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)開創(chuàng)了全球衛(wèi)星移動業(yè)務的先河。1998年，銥星系統(tǒng)引入手機通信業(yè)務，這打開了移動通信的新篇章。衛(wèi)星通信早已不滿足于語音或文本傳輸，美國、法國、日本等國家攜手將寬帶接入衛(wèi)星。可用速率高達50Mb/s，這意味著衛(wèi)星通信可以承載視頻多媒體服務。
隨著以高頻段(Ku、Ka等)、大容量、高通量為特點的寬帶通信技術的成熟，通過通信衛(wèi)星實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入已經(jīng)成為可能。
2.國內發(fā)展歷程
我國衛(wèi)星通信事業(yè)起步于上個世紀50年代，東方紅系列衛(wèi)星已經(jīng)取得輝煌的成就。東方紅一號衛(wèi)星成功發(fā)射，實現(xiàn)了衛(wèi)星音頻廣播。1984年，靜止軌道衛(wèi)星東方紅二號成功發(fā)射，加速了整個產(chǎn)業(yè)步入應用階段。
1997年，東方紅三號衛(wèi)星發(fā)射，大大增加了轉發(fā)器數(shù)量，開啟衛(wèi)星通信的應用階段。東方紅四號衛(wèi)星則實現(xiàn)了對拉美區(qū)域的覆蓋，標志著我國衛(wèi)星通信實力進入國際先進水平。當前我國在軌的通信衛(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，為用戶提供高質量的衛(wèi)星通信服務。
此外，我國北斗導航衛(wèi)星自帶短信通信功能，也有助于手機衛(wèi)星通信。7月，中國兵器工業(yè)集團、中國移動、中國電科及手機廠商，聯(lián)合推出國內首顆手機北斗短報文通信射頻基帶一體化芯片，智能手機衛(wèi)星通信功能得以實現(xiàn)。
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