佘其炯
佘其炯，教授级高工。毕业于上海交通大学，曾在前苏联学习。长期从事电信科研、教学、技术管理等工作，并担任硕士研究生导师。曾在越南参加电信设计和建设工作，历任原邮电部所属科研、软件及网管、科技局、电信总局等单位主任、处长、副总工及总工等职务。
传统的卫星通信应用主要是广播和话音业务。近年来，由于通信技术的发展与业务的需求，卫星业务已从单纯的广播、话音业务向话音、数据、文本、图像、视频等多媒体业务发展。卫星宽带接入、卫星远程教育、卫星远程医疗等正逐步兴起。尤其是Internet业务的火爆，其下行业务与卫星多播（下行）业务的相似，使卫星通信又有了一片新的广阔的用武之地。
一、 卫星通信的特点
卫星通信是利用卫星中的转发器作为中继站，转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信是现代通信技术与航天技术结合，并用计算机实现其控制的先进通信方式。
卫星通信具有无缝覆盖，覆盖面广，通信距离长，通信线路稳定，通信频带宽、容量大等特点。卫星通信的缺点是时延较大，静止轨道卫星传输时延可达270ms，中、低轨道卫星的传输时延较小些，小于100ms。
卫星通信可作为陆地移动通信的扩展、延伸、补充和备用，尤其适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区。卫星通信的地面站安装简单、快捷，更便于卫星通信的应用。
卫星通信一般由三部分组成：
——空间段。通常由一颗或多颗卫星组成，并配有系统控制中心和系统运行中心，用于控制整个系统的运行和卫星资源的管理。
——地面段。由若干个关口站组成。关口站用于卫星网与地面移动网、地面公共交换电话网（PSTN）之间的接口，完成协议转换、流量控制、寻址、路由选择、分组打包和拆包、计费、网管等功能。
——终端。有手持机、车（船、飞机）载便携式终端和固定终端等。
二、 卫星通信的种类
卫星通信按卫星的种类及卫星的运动方式可分为同步卫星通信系统与非同步卫星通信系统。两类系统均可实现固定通信业务及移动通信业务。卫星移动通信有海事移动卫星通信（MMSS）、陆上移动卫星通信（LMSS）、航空移动卫星通信（AMSS）。例如目前全球广泛使用的Inmarsat（国际海事卫星组织）卫星系统就是海事移动卫星通信，其空间段由12颗静止卫星组成，目前全球约有30多个地面站，并有许多厂家为其生产各种类型的终端。此外，Inmarsat系统还正由海事用途发展到航空及陆地用途。
1、 同步卫星通信系统
同步卫星通信系统（GEO）是终端在移动，卫星是静止的（由于卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，而对地球应相对静止），所以又可称为静止轨道卫星系统。 GEO的卫星距地约36,000Km，通常约三颗卫星可以覆盖全球。移动站与卫星间的移动卫星链路用L频段，卫星地面站与卫星间的无线馈线链路采用C频段（图1）。目前较普遍采用的VSAT（小站卫星系统）也属于这类系统。VSAT由主站、小站和卫星组成，主站使用大型天线，用于Ku波段的天线直径为3.5m-8m，用于C波段的天线直径为7m-13m；小站天线的直径为0.3m-2.4m。
2、 非同步卫星通信系统 非同步卫星通信系统主要有中轨道卫星系统、椭圆轨道卫星系统及低轨道卫星系统等。该系统适用于以个人手持机为主的移动通信。中、低轨道卫星以每秒几公里的速度快速移动，相对于步行速度（每小时20Km-40Km）和车辆速度（每小时80Km -200Km）的移动终端，可以认为移动终端相对静止，而卫星在移动，也就是系统的卫星群在绕地球转动。移动终端与卫星间的移动链路用L 频段。固定关口站与卫星站间的无线馈线链路用ka频段或C频段。
（1） 中轨道卫星通信系统
中轨道卫星（ICO可MEO）离地球高度约10,000公里左右。中轨道卫星星座中卫星数量较少，约为十至十几颗，卫星重量为吨级。中轨道卫星采用网状星座，卫星为倾斜轨道。美国91年发射的中轨道Odyssey系统，有12颗卫星，分布在3个轨道平面、每一轨道平面有4颗卫星，卫星轨道高度为10371Km。
（2） 椭圆轨道卫星系统
高倾斜椭圆轨道（HEO），其离地最远点为39500Km-50600Km，最近点为1000Km-21000Km。例如56年前苏联发射成功的Molniya（闪电）卫星就属于椭圆轨道卫星系统。
（3） 低轨道卫星通信系统
低轨道卫星通信系统（LEO），同样也适用于个人手持机，可提供话音及数据业务。LEO工作在L频段，卫星与地面距离约700Km-1500Km。低轨道卫星星座中的卫星数量较多，约为几十颗，卫星重量小，小LEO重量仅几十公斤，大LEO约几百公斤。
低轨道卫星多采用极轨星状星座，也有网状星座的。星状星座100%覆盖全球，网状星座覆盖全球的绝大部分。移动链路用L频段，网关站链中用K， Ka频段。
LEO已推出的有“铱”系统，有66颗卫星，高度785Km。Globalstar系统有48颗卫星，高度1400Km。
卫星通信系频段的划分如下表示。
三、 卫星通信的新应用及新业务
传统的卫星通信应用主要是广播和话音业务。近年来，由于通信技术的发展与业务的需求，卫星业务已从单纯的广播、话音业务向话音、数据、文本、图像、视频等多媒体业务发展。卫星宽带接入、卫星远程教育、卫星远程医疗等正逐步兴起。尤其是Internet（因特网或称互联网）业务的火爆，其下行业务与卫星多播（下行）业务的相似，使卫星通信又有了一片新的广阔的用武之地。
目前全球新近又展现了一些引入注目的卫星新应用及业务，如机内通信服务、卫星导航、数字电影、卫星无线电和遥感业务等，本文将在下面做一些介绍。
1、 机内通信服务
近年来，机内通信发展较快。目前多数的航线可提供电话和传真业务，不久乘客将能直接接入E-mail和Internet。
目前，Inmarsat的Swift64可以提供E-mail、图像传送和64Kb/s的ISDN（综合业务数字网），用户在空中可以进入移动通信。Swift64利用飞机上已有的天线，这种天线在75%的现代长途飞行的飞机上都装有。Swift64第一阶段的业务将用于专用商务和政府飞机；第二阶段将推出相应的飞机旅程费用支付方案，预计2003年Swift64将可开始用于民用航线。采用Swift64的专用商务和政府飞机可以在飞行中浏览因特网和进行电视会议。下一步还将把Inmarsat的移动分组数据业务引入到空中。该项业务已经在陆地、海上成功地应用。基于IP的移动分组数据业务的速率为64kb/s，乘客按数据量付费。Swift64由Telenor卫星公司和Xantic公司提供。
LLC公司于2000年12月收购了破产的“铱”系统，并开始提供覆盖全球的机内业务。LLC公司把Blue sky的网络作为其合作伙伴，增强了其机内业务，使得不论大型或小型飞机的驾驶员和乘客都可与全球任何地方通信。采用Blue Sky的设备和“铱”系统卫星服务，使飞机完成了长距离的洲际航行、处理和解决机翼结冰问题；在遇到恶劣天气条件时，能及时地与地面控制中心联系，获得动态的最新的航向指示，使飞机摆脱困境。
波音公司把高速因特网数据和娱乐等宽带业务引入到机内。该项业务目前先用于美国的一些私人飞机和政府飞机。波音公司最终打算为乘客提供发送速率为1Mb/s-1.5Mb/s，接收速率约为20Mb/s的服务。20Mb/s将划分为5Mb/s每信道，各个信道可分别用作机组人员信息的提供，实况电视转播，供乘客接入intranet（公司的内联网）和因特网的足够的带宽。2003年初波音公司将与德国汉莎航空公司、英国航空公司合作进行机内试验，并与日本航空公司签订了意向书，将在日本到欧洲的10架长途航行的飞机中安装相关设备，提供机内业务。
2002年Farnborough航空展览会上，波音公司与Eutelsat签订了合同，使用IIF4卫星的转发器覆盖北美到欧洲航线的地域。
机内通信的下一步是要解决在飞行中能与膝上机、移动电话、PDA（个人数字助理）等无线终端的通信问题。为此，由欧洲联盟（EC）支持的专项研究正在开展。它将使乘客及机组人员将同在办公室一样地进入通信网络获得通信服务；它使机组人员可以监视客舱情况，保证飞行安全；它将进一步增强机内的信息服务和娱乐节目。机内通信还将采用3G（第三代移动通信）的传输技术和蓝牙及无线LAN（局域网）的接入技术。届时，乘客在办登机手续时，将能获得一个无线LAN卡，该卡可在机场内设置的终端及机内座位上使用。
该项目有Airbus、爱立信、ESYS、Inmarsat、KID系统、西门子、TriaGnosys等公司及Bradford大学等参加，并由德国航天中心DLR负责协调。该项目的实施将能解决目前乘客禁止在飞机上使用移动电话的问题。为完成该项目，首先需要解决机内无线通信与干扰有关的安全及标准等问题。该项目于2002年7月开始，预计30个月左右完成。Airbus已初步演示了A360-600机上的W-LAN技术，并计划演示A340-600机上无线机舱业务。
机上业务将从乘客能打移动电话，可以从膝上机上收发e-mail，可以从座位上收发e-mail，可以实时地接入Internet业务等一步步地演进。但是机上业务的发展除了技术问题外，还要做到乘客使用方便、容易，价格可为乘客接受，运营商能增加收入。
这里特别需要注意的是机上业务的使用价格。据调查分析，一些商务人员可能愿意每次航行支付40美元，以便接入互联网查阅股票等市场行情。但是对于宽带业务，乘客是否愿意为在飞机上接入Internet，每分钟支付5-10美元呢？可否做到在乘客登机后，其移动电话自动登录进入机上的无线网络。但计费却仍是乘客原来移动电话里的SIM卡，由其原来所属的运营商收取？这就牵涉到各运营商、各网络间的网间结算计费。什么时候能实现呢？
2、卫星导航的定位应用
由美国和前苏联开发的全球导航卫星系统（GNSS）已经使用了一段时间，与之相应的全球定位系统（GPS）和Glonass已为全球的军事设施提供了安全可靠的服务。
卫星导航是确定地球上位置、速率和精确时间的有效工具，它是无线电导航的一种形式。从几个卫星发送的信号由接收器接收后，计算位置、速率和时间。用户的导航接收器采用“无源测距”技术，测量用户设备到卫星的距离。距离是通过导航信号从卫星到接收器的时间来推算的。三向定位至少需要三个不同卫星的信号。但为免除用户需要配置精确的原子钟，通常再采用一颗卫星。
多年来，全球的人们通常都用美国GPS系统发出的信号定位和导航。
2002年3月欧洲的运输部长们于比利时布鲁塞尔的会议上提出建立自己的导航卫星Galileo项目，以供航巡、车辆、电脑用户、移动电话用户获得精确的定位数据、确定位置。Galileo项目将由欧盟投资11亿美元，在全部30颗卫星的网络完成前，研究者可以进行轨道测试的研究。根据项目已进展的情况，预计还将增加约5亿美元的资金。Galileo系统与现有的GPS和Glonass系统兼容，并且更加精确和更广泛地为公众开放。GPS和俄国的Glonass一样，它主要是供军用的网络，一旦遇到敌方利用GPS的数据进行导弹发射时，GPS系统即降低服务等级（降低精确度）或者关闭。Galileo系为民用设计使用的，在任何恶劣的情况下都保证安全可靠的工作。例如飞机可以依靠其数据安全地着陆。Galileo民用应用的前景十分广阔。
Galileo将于2007年全部投入运营，欧洲预计到2015年将有4亿卫星导航用户。Galileo将与GPS和Glonass相互运行操作，其精度将比目前的卫星导航系统高。即使在最恶劣的环境下，其提供的实时定位精度可小于1米。
今年5月25日，我国在西昌又成功地发射了第三颗“北斗一号”导航定位卫星、标志着我国已开始建立自己的北斗卫星导航系统，步入了全球卫星导航的行业。
3、卫星导航在运输上的应用
最近几年，卫星导航业务已从传统的民航和海上业务延伸到公路交通等运输方面的应用。不久的未来，一种基于卫星导航和定位的技术，并与移动数据通信相结合的交通管理系统将涌现。该交通管理系统使用户可以收到最新的交通和天气状况信息，利用这些动态信息和数据库信息，用户可以及时地选择最佳的路线和速度。这种基于卫星的交通控制管理还可以根据用户类型、车辆种类和行驶时间，限制某些车辆进入某些地区，成为减少城市交通阻塞的一种有效手段，乐于为公共交通采用。车队调度者利用该系统可监测车辆运行的情况，动态地调度管理。卫星导航还可用于火车、船舶、飞机着落等方面。
4、卫星导航在非运输上的应用
这类应用也很多。如当发生人为的或自然的事故时，进行准确的定位救援服务。卫星导航技术可用于农业的精耕细作、近海勘探、渔业作业、测绘探测以及发现水坝的变形，其精确度随着技术的发展可达到毫米级。 卫星导航与移动电话结合，可以为用户在城市寻找路由及目标。
卫星导航不仅可提供定位信号，而且还是一个全球的定时参考钟。可用于通信系统的同步，电厂的频率标准。这些应用目前在全球正呈迅速增长的势头。
5、数字电影
2000年，当波音公司与休斯空间和通信公司结合，大大提高了其全球卫星生产商的领先地位。波音公司开始致力于机内娱乐和数字电影的开发，以增加收入。
数字电影可通过卫星和光纤网络安全可靠地传送数字信息内容。如电影、音乐会、体育比赛、公共活动、电影预告片、广告以及在影院里播映的教育节目等。
数字电影的优点是增强了视频的清晰度，提高了影片的发行效率，增加了收入。采用数字电影，每年就不需要复制和派送成千上万个胶卷，每周也不必将繁重的胶卷运来运去。数字电影不但图像清晰稳定，无抖动和脉动，而且声音优美。
波音的数字电影采用USAF（美国空军）的国家安全信息标准及波音商用卫星的最佳技术，为用户提供端到端的传输。接收的内容，从加密到解密，以及端到端的多层安全确保了每个过程的安全性。 从2000年11月开始，波音的数字电影进行了一系列的实验和演示。2002年初，波音的数字电影得到了全球著名的文学和人才机构CAA（艺术创作局）的赞助。CAA为波音的数字电影在节目内容、价格结构、建立合作联盟，以及其他重要事项等方面给予了帮助。
电影发行商，电影制作商，展览会等，都认为数字电影的推出将以其独特的质量获得巨大的经济效益。
6、卫星无线电
Alcatel空间公司于1995年美国WorldSpace公司合作开始开发卫星无线电。该合作项目包括三颗（AfriStar、AsiaStar、AmeriStar）静止轨道卫星（GEO）和地面设施，预计可供全球45亿听众采用新一代的、价格便宜的接收器直接收听卫星节目。该系统在接收端和发送侧所具有的频率设置功能，使系统非常灵活。其轨道上的天线结构，使天线可以最佳地覆盖，并在需要时，卫星可以互相替代。
XM卫星无线电采用二颗高功率波音702通信卫星，该卫星是由波音卫星公司与Alcatel 空间公司合作发射的。该GEO卫星的上行链路工作在X频段，下行链路工作在S频段。
WorldSpace 主要目标是个人用户。XM主要对象是汽车和家庭用户。2002年第三季度，XM卫星无线电的用户数为201,544户，比上一季度的用户数增加了47%。
另一家美国卫星无线系统是Sirius卫星无线电，由三颗卫星和100条广播信道组成，其数字质量的卫星无线电用户遍及全美国。Sirius公司于2002年7月开始提供服务，一个季度就发展了11821个用户，而10月份仅一个月就增加了16,136个用户。Sirius的三颗卫星是面向客户的卫星无线广播，并且是世界上第一个采用S频道提供音频卫星无线电业务的。
Sirius部署在倾斜的椭圆轨道星座上，和GEO相比，其仰角很大。高仰角使某些城市和地域的特点不会阻塞广播信号的传播，并可提供优质的接收效果。Sirius轨道在美国地区的仰角为60度到90度，保证了从卫星发出的最大的光波可达度，以及无缝的覆盖。Sirius广播信号由45个大城市的105个地面发射机播送，使卫星信号可在密集的城市地区传播。
卫星无线电为客户提供了更多的娱乐和节目选择，其市场将会很快地启动。
7、卫星遥感业务
卫星遥感沿轨道卫星收集地面的各种特性数据。卫星遥感有两种系统，即“有源”和“无源”的。“无源”系统通常包括一系列的小型传感器和检测器，记录地球表面反射和发射的电磁波幅射量，比如多频谱扫描仪就是一种“无源”系统。“有源”系统传播其自己的电磁幅射波信号，并测量其返回信号的强度。
卫星遥感的应用可遍及农业，经济规划和国防等。遥感技术与卫星遥测和GIS（地理信息系统）相结合，可用作野生动、植物，生态系统等的研究。传统的取择法检测在大范围空间使用时，以及受恶劣气候条件的影响时，其费用相当昂贵。而遥感技术则具有显著的优点。
卫星遥感可以适应人类社会需要防护自然和人为灾害的提前警报，如洪水、风暴、地震、污染、火灾、爆炸等。卫星遥感可以满足环境安全和长期监测的需求，如控制疾病、保护食物和饮用水的安全、预测天气变化、预防灾害及管理自然资源等。
卫星遥感可以抢救雨林、保护农业、寻找水源、与荒漠作斗争。卫星遥感监测大气、海洋、陆地时，可提供连续的、可靠的环境据。它是全球监测的理想手段。
四、 结束语
传统的卫星应用，如广播和话音通信将继续发展。一些新的卫星通信业务将形成新的业务增长点，增加新的收入。
展望未来，卫星通信应用将以其独有的特点广泛地进入各个方面。和全世界一样，我国的卫星通信业务也将逐步前进。我国的电信行业在拆分重组后，又专门成立了中国卫星通信公司。它将在传统的卫星通信业务基础上，向与因特网有关的业务、宽带业务以及其他新业务进军。预计卫星通信业务在我国的电信市场上将不断增强其实力，增大其收入所占的份额。
----《中国移动通信》
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