卫星通信的基本概念和分类.docx

卫星通信的基本概念和分类卫星通信的核心本质是借助人造地球卫星作为中继站，实现不同终端间的无线电信号传递这种通信方式突破了地面地理环境限制，在海洋、沙漠、偏远山区等地面网络难以覆盖的区域发挥作用完整的卫星通信系统包含三个核心部分，空间段由通信卫星及星座网络构成，卫星搭载的转发器负责接收和放大信号，天线系统确保信号定向传输，能源系统多依赖太阳能电池板供电地面段涵盖信关站、网络控制中心等设施，信关站承担信号在卫星与地面网络间的中转，控制中心则负责卫星轨道调整、状态监控和资源调度用户段包括各类终端设备，小到支持卫星通信的消费级，大到海事船舶上的专用通信站，不同终端根据使用场景适配不同功率和天线规格信号传输遵循固定流程，用户终端发出的信号经上行链路传至卫星，卫星通过星间链路完成信号交换或直接经下行链路发送至地面站，最终接入地面通信网络，整个过程需经过信号调制解调、放大和纠错处理轨道高度决定了卫星通信的覆盖范围与传输性能，这是最核心的分类依据高轨道卫星又称地球静止轨道卫星，运行在约 35786 公里的高空，其运行周期与地球自转周期一致，从地面视角看相对静止这类卫星单星可覆盖地球表面三分之一区域，适合开展广播和定点通信服务，国际通信卫星组织的系列卫星多采用这种轨道，主要用于跨洋电视信号传输和国际长途通信。

中轨道卫星运行高度在 2000 至 35786 公里之间，轨道覆盖范围介于高低轨之间，信号传输时延比高轨卫星缩短一半以上部分导航卫星系统采用中轨道设计，通过多颗卫星组网实现全球定位功能，同时具备短报文通信能力，可满足低速率数据传输需求低轨道卫星运行高度仅 500 至 2000 公里，绕地球一周时间约 90 至 120 分钟，信号传输时延可控制在几十毫秒内，与地面 4G 网络时延接近由于单星覆盖范围小，低轨道卫星通常以星座形式组网，通过数十颗甚至数千颗卫星协同工作实现全球覆盖，星链、一网等系统均采用这种模式，主要提供高速宽带接入服务信号传输依赖的频段直接影响卫星通信的速率和抗干扰能力，不同频段对应不同应用场景L/S 波段频率范围在 1 至 4GHz 之间，无线电波穿透力强，受天气影响小，适合在复杂环境下传输信号海事卫星多采用 L 波段，即使在暴雨或大雾天气也能保持基本通信，部分物联网终端也使用该频段传输低速率数据C 波段频率 4 至 8GHz，抗雨衰能力较强，是传统卫星电视传输的主要频段，早期卫星通信系统多采用这一频段开展广播电视信号覆盖Ku 波段频率 12 至 18GHz，带宽比 C 波段更宽，可支持更高速率的数据传输，广泛用于卫星宽带服务，家庭使用的小型卫星天线多接收 Ku 波段信号。

Ka 波段频率 20 至 40GHz，带宽进一步增加，峰值传输速率可达百兆级，能满足高清视频、大型文件传输等需求，但信号易受降雨影响，在多雨地区需配备更大尺寸的接收天线Q/V 波段属于更高频段，频率 40 至 75GHz，可提供 TB 级传输容量，目前处于试验阶段，未来有望支撑 6G 与卫星通信的融合应用多址接入技术决定了卫星通信系统如何分配频谱资源，不同技术适配不同用户规模和业务需求频分多址技术将卫星可用频段划分为多个子信道，每个用户独占一个子信道进行通信，早期卫星系统多采用这种方式其优势是技术实现简单，信号稳定性高，但频谱利用率低，随着用户数量增加容易出现资源紧张，目前仅在部分专用通信场景中使用时分多址技术通过时间切片方式分配信道资源，多个用户在不同时间段共享同一频段，系统根据用户需求动态调整时间片长度这种技术提高了频谱利用率，适合用户数量多、业务量波动大的场景，现代多数商用卫星通信系统采用该技术码分多址技术为每个用户分配独特的编码序列，多个用户可同时在同一频段传输信号，接收端通过解码区分不同用户信号该技术抗干扰能力强，信号隐蔽性好，适合军事通信和保密需求较高的场景，部分应急通信系统也采用这种技术保障信号安全。

服务对象的差异催生了功能各异的卫星通信类型，不同类型在设备配置和服务模式上存在明显区别民用卫星通信面向普通公众和民间机构，提供个人通信、广播电视、宽带上网等服务消费级搭载卫星通信功能后，用户在无地面网络区域可发送紧急求救信息，部分地区通过小型卫星终端实现偏远村落的宽带接入商用卫星通信主要服务于企业客户，涵盖海事通信、航空互联网、企业专网等领域远洋船舶通过卫星通信保持与陆地总部的联系，实时传输货物信息和船舶状态；民航客机搭载卫星通信设备后，可为乘客提供空中上网服务，带宽能支持视频播放和办公军用卫星通信强调保密、抗干扰和快速响应，采用加密传输和跳频技术，防止信号被截获和干扰这类系统可保障作战部队在野外或移动状态下的通信畅通，支持指挥指令传递、情报数据回传等任务，部分军用卫星还具备快速变轨能力，以规避干扰和攻击卫星的网络结构布局影响通信的连续性和覆盖完整性，据此可分为不同的系统架构单星通信系统由一颗卫星和地面站组成，结构简单，建设成本低，但覆盖范围有限，仅适用于特定区域的通信需求早期的实验性卫星通信多采用这种结构，主要用于验证技术可行性多星通信系统由两颗或多颗卫星协同工作，通过星间链路实现信号接力，扩大覆盖范围并提高通信可靠性。

当一颗卫星出现故障时，其他卫星可接替其工作，保障通信不中断，部分区域通信卫星系统采用这种架构星座通信系统由数十颗甚至数千颗卫星组成，卫星均匀分布在多个轨道面，形成全球覆盖的网络低轨道星座系统通过卫星之间的无缝切换，实现用户在全球范围内的连续通信，用户终端无需追踪卫星位置，可保持长期连接状态这种架构能提供低时延、高速率的通信服务，是当前卫星互联网发展的主要方向，已有多个星座系统进入商用部署阶段卫星的信号处理方式和任务功能不同，形成了转发型与主动型的分类差异转发型卫星是目前主流类型，自身不具备信号处理能力，仅对接收的信号进行放大、变频后再转发回地面这类卫星结构相对简单，制造成本较低，技术成熟度高，多数通信卫星属于这一类型信号在传输过程中需经过地面站处理，适合传输广播电视、语音等对实时性要求不高的业务主动型卫星搭载信号处理设备，可在星上完成信号解调、解码、交换和编码调制等流程，无需地面站中转即可实现终端间的直接通信这种卫星能减少信号传输延迟，提高通信效率，还可动态分配信道资源，适配不同业务需求主动型卫星技术复杂度和制造成本较高，主要用于军事通信、低轨卫星星座等对实时性要求高的场景，部分新一代通信卫星已开始采用主动型设计。

卫星的姿态控制方式和轨道特性，衍生出对地静止与非静止的分类标准对地静止轨道卫星采用三轴稳定姿态控制技术，保持卫星天线始终指向地球固定区域，用户终端无需调整方向即可持续接收信号这类卫星适合开展定点通信服务，如卫星电视广播和区域宽带覆盖，地面接收设备可采用固定天线，降低用户使用成本非静止轨道卫星包括低轨、中轨卫星和倾斜地球同步轨道卫星，其相对地面位置不断变化，需要采用自旋稳定或三轴稳定技术维持姿态低轨和中轨卫星通过星座组网实现全球覆盖，倾斜地球同步轨道卫星则可覆盖高纬度地区，弥补对地静止轨道卫星在高纬度区域的覆盖不足非静止轨道卫星需要地面终端具备跟踪能力，通过调整天线指向保持与卫星的连接，部分小型终端采用相控阵天线，可实现对卫星的自动跟踪卫星通信的应用场景和服务模式，还可从信号方向和传输内容进行细分按信号传输方向可分为单向通信和双向通信，单向通信主要用于广播电视、数据广播等场景，卫星向大量用户发送相同内容，用户终端仅具备接收功能，如卫星电视接收天线双向通信则支持用户终端与卫星之间的信号收发，可实现语音通话、数据交互等功能，卫星、卫星宽带均属于双向通信按传输内容可分为语音通信、数据通信和多媒体通信，语音通信以传递语音信号为主，早期卫星通信主要提供这类服务；数据通信涵盖文字、图片、文件等数据传输，是当前卫星通信的主要业务；多媒体通信支持视频、音频等多媒体内容传输，随着带宽提升，高清视频会议、空中互联网等多媒体服务逐渐普及。

这些细分类型相互交叉，共同构成了多元化的卫星通信服务体系。