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一文读懂卫星通信
铜锣湾的陈浩南
2022-09-04 15:16:49

什么是卫星通信?

卫星通信:利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波,从而实现两个或多个地球站之间的通信。

人造地球卫星根据对无线电信号放大的有无、转发功能,有有源人造地球卫星和无源人造地球卫星之分。由于无源人造地球卫星反射下来的信号太弱无实用价值,于是人们致力于研究具有放大、变频转发功能的有源人造地球卫星——通信卫星来实现卫星通信。其中绕地球赤道运行的周期与地球自转周期相等的同步卫星具有优越性能,利用同步卫星的通信已成为主要的卫星通信方式。不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在卫星移动通信中应用。

 

卫星通信特点:

① 通信距离远,且费用与通信距离无关。利用静止卫星,最大的通信距离达18100km左右。而且建站费用和运行费用不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上的自然条件恶劣程度而变化。

② 广播方式工作,可以进行多址通信。卫星是以广播方式进行工作的,在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点都可以设置地球站,这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双边或多边通信,即进行多址通信。另外,一颗在轨卫星,相当于在一定区域内铺设了可以到达任何一点的无数条无形电路,它为通信网络的组成,提供了高效率和灵活性。

③ 通信容量大,适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段,可以使用的频带很宽。一般CKu频段的卫星带宽可达500800MHz,而Ka频段可达几个GHz

④ 可以自发自收进行监测。一般,发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号,从而可以监视本站所发消息是否正确,以及传输质量的优劣。 

⑤ 无缝覆盖能力。利用卫星移动通信,可以不受地理环境、气候条件和时间的限制,建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统。

⑥ 广域复杂网络拓扑构成能力。卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术,可按优良的价格性能比提供宽广地域范围的点对点与多点对多点的复杂的网络拓扑构成能力。

⑦ 安全可靠性。事实证明,在面对抗震救灾或国际海底/光缆的故障时,卫星通信是一种无可比拟的重要通信手段。即使将来有较完善的自愈备份或路由迂回的陆地光缆及海底光缆网络,明智的网络规划者与设计师还是能够理解卫星通信作为传输介质应急备份与信息高速公路混合网基本环节的重要性与必要性。


全球卫星产业现状

根据UCS数据,2021年全球在轨卫星数量4852颗,其中,中国在轨卫星数量为499个,占所有在轨卫星比重的10.28%,为世界第二大在轨有效卫星的拥有国;而美国在轨卫星数量为2944个,是中国的5.9倍。未来中国航天产业仍存在较大的提升空间。


2012年,全球新发射卫星数量仅132颗,2021年全球新发射卫星达到1827颗,期间年复合增长率为33.9%,随着卫星互联网下游端的需求刺激,预计未来全球每年卫星发射数还将持续增长。


目前,全球卫星产业收入主要仍来自卫星服务以及地面设备制造业。其中地面设备,收入为1303亿美元,占比为48.13%;其次是卫星服务收入为1230亿美元,占比为45.44%;卫星制造的收入达到125亿美元,占比为4.62%,仍位列第三;而卫星发射服务仍居末位,年收入仅49亿美元,占比为1.81%。


中国卫星通信行业基本概况:

从1970年4月,自中国成功发射第一颗人造地球卫星“东方红一号”起,中国通信卫星事业发展已近50年。在通信卫星研制领域,经过“东方红二号”、“东方红三号”、“东方红四号”、“东方红五号”四代卫星的研发经验积累,中国通信卫星行业目前可研制固定卫星、中继卫星和直播卫星等通信卫星,通信卫星频谱范围涉及S、C、Ku、Ka等各个频段,卫星等级涵盖小型到超大型卫星。中国已成为全球范围内少数可独立设计、研制大容量通信卫星的国家之一。

 

卫星应用产业是国家战略性高技术产业。应用卫星研制生产已形成系列化,正在从试验应用型向业务服务型转变,卫星应用已成为经济建设、社会发展和政府决策的重要支撑。数据显示,2021年全国卫星通信行业市场规模约为792亿元,同比增长9.54%。

 

经过多年的发展,我国已形成了非常完善的卫星产业链。中国通信卫星行业产业链分为三个环节。产业链上游参与企业主要涉及卫星制造、卫星发射、卫星地面设备与网络建设企业;产业链中游参与主体是卫星服务业运营商;下游产业链涉及多领域业务,主要包括:大众消费通信服务、卫星固定通信服务和卫星移动通信服务。

 

未来规划:天地一体化信息网络启动建设

2019年,中国电科天地一体化信息网络重大项目试验试用系统第一阶段研发完成,由中国电科54所牵头研制的“天象”试验1星、2星发射成功,是我国首个实现传输组网、星间测量、导航增强、对地遥感等功能的综合性低轨卫星。

2021年,我国将发射天地一体主干网双星,启动“天网地网”阶段建设。预计2025年,我国天基网络初步形成能力,并与地面网络互联互通。

天地一体化信息网络由天基骨干网、天基接入网、地基节点网组成,并与地面互联网和移动通信网互联互通,建成“全球覆盖、随遇接入、按需服务、安全可信”的天地一体化信息网络体系。建成后,将使中国具备全球时空连续通信、高可靠安全通信、区域大容量通信、高机动全程信息传输等能力。

图表12:中国卫星通信天地一体化信息网络发展路线


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