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1、全球商用静止通信卫星发展综述,闵士权 2010.10.19,目录,1.全球商用卫星通信发展概况 2.传统通信卫星与新一代通信卫星 3.多星同轨位与异轨位配置 4.未来通信卫星发展需求 4.1提高卫星收发能力 4.2增大卫星通信容量 4.3增强卫星处理能力 5.提高卫星工作能力途径 5.1发展超大型卫星 5.2发展各卫星独立的“卫星簇” 5.3发展各卫星相关的“卫星簇” 5.4发展高性能“虚拟卫星”,全球商用通信卫星及其用户终端统计(至2009年底不完全统计),全球商用通信卫星数 地球静止轨道：约有300颗通信、广播卫星，为全球用户提供固定通信、移动通信、广播电视服务； 低轨道：约有150多颗小
2、卫星，组成三个全球覆盖的通信系统为全球用户提供移动通信服务； 大椭圆轨道：有3颗卫星组成区域覆盖广播系统为移动用户提供多媒体广播服务。,全球商用通信卫星用户终端数 宽带通信终端： 110万台； 移动通信终端： 200万台； 直播电视终端： 14130万台； 移动音频广播接收终端： 2050万台； 移动电视接收终端： 150万台。,全球商用静止通信卫星及其转发器统计(至2009年底不完全统计),全球商用静止通信卫星数 固定通信业务、广播电视业务卫星：277颗 移动通信业务卫星：15颗 移动多媒体广播业务卫星: 8颗 共计卫星: 300颗,固定通信业务、广播电视业 277颗卫星各频段转发器数,共计
3、转发器:10333台,目录,1.全球商用卫星通信发展概况 2.传统通信卫星与新一代通信卫星 3.多星同轨位与异轨位配置 4.未来通信卫星发展需求 4.1提高卫星收发能力 4.2增大卫星通信容量 4.3增强卫星处理能力 5.提高卫星工作能力途径 5.1发展超大型卫星 5.2发展各卫星独立的“卫星簇” 5.3发展各卫星相关的“卫星簇” 5.4发展高性能“虚拟卫星”,卫星固定业务静止卫星比较,传统的通信卫星 C和Ku频段 单波束(通常为赋形波束)天线 透明转发器 通过地面交换实现用户终端间一跳通信 现用极大多数卫星,新一代通信卫星 Ka或Ku频段 多波束(通常为点波束 )天线 透明或处理转发器 通过
4、地面或星上交换实现用户终端间一跳通信 iPSTAR、WildBlue-1、Spaceway-3和WINDS等卫星,卫星固定业务新一代静止卫星示例,卫星移动业务静止卫星比较,传统的通信卫星 L或S频段 单波束天线 透明转发器 不能提供手持用户终端间通信 Inmarsat-l/2、MSAT等卫星,新一代通信卫星 L或S频段 多点波束天线 透明或处理转发器 能提供手持用户终端间通信 Garuda-l、Thuraya-1/2/3等卫星,卫星移动业务新一代静止卫星示例,卫星移动广播业务静止卫星比较,传统的广播卫星 L频段 赋形波束天线 大功率转发器 不能提供手持用户终端直接接收卫星电视信号 非洲之星、亚
5、洲之星等音频广播卫星,新一代广播卫星 S频段 赋形波束天线 特大功率转发器 可提供手持用户终端直接接收卫星电视信号 MBSAT等卫星,卫星移动广播业务新一代静止卫星示例,目录,1.全球商用卫星通信发展概况 2.传统通信卫星与新一代通信卫星 3.多星同轨位与异轨位配置 4.未来通信卫星发展需求 4.1提高卫星收发能力 4.2增大卫星通信容量 4.3增强卫星处理能力 5.提高卫星工作能力途径 5.1发展超大型卫星 5.2发展各卫星独立的“卫星簇” 5.3发展各卫星相关的“卫星簇” 5.4发展高性能“虚拟卫星”,19.2E 轨位五颗共轨卫星有效臷荷配置和特性,下线频率(GHz) 10.70 10.9
6、5 11.20 11.45 11.70 12.10 12.50 12.75 18.3 18.8,2010.10.06数据,19.2E 轨位五颗共轨卫星转发器配置特点,统一极化：BSS和FSS业务频率连成一片，各转发器统一采用正交线性极化波。 增大容量：用120个转发器全部覆盖10.7012.75GHz频率范围，用户从一个轨位可接收到120个转发器提供的约1200套电视节目（含交互式电视节目）。 提高安全性和可靠性：任一转发器都有两颗以上卫星提供，任一整星突然失效，此星上工作的转发器可瞬间由同轨位其它卫星同频道转发器接替。用户接收终端无需调频道，更无需改变天线指向。,110E轨位日本五颗共轨卫星
7、技术状态,2010.10.06数据,110E轨位日本五颗共轨卫星技术特点,统一极化：BSS和FSS业务频段相邻，各转发器统一采用圆极化波。 增大容量：增加FSS业务频段转发器来传送DTH电视节目，以弥补BSS业务频段转发器容量不足。 提高安全性和可靠性： BSS业务频段任一转发器都有两颗以上卫星提供，任一整星突然失效，此星上工作的转发器可瞬间由同轨位其它卫星同频道转发器接替。用户接收终端无需调频道，更无需改变天线指向。,美国一站接收三轨位卫星电视节目示意,2009年1月3个轨道位置上配置广播电视卫星有效臷荷技术状态,美国三轨位卫星电视直播业务特点,增加点波束：在后期卫星中，除保持原有大波束覆盖
8、全国外，还增设点波束覆盖国内各州地区，用于播放地方节目。 发展Ka频段：在后期卫星中，为扩大容量更好为高清晰电视服务，除使用Ku频段外，还增加了频率更高的Ka频段。 提高安全性和可靠性：一些轨位采用了整星同轨同频道的备份方式。任一整星突然失效，此星上工作的转发器可瞬间由同轨位其它卫星同频道转发器接替。用户接收终端无需调频道，更无需改变天线指向。 一站接收三轨位卫星电视节目：同一副用户接收天线，在不改变指向情况下可接收来自三个轨位（101W、110W、119W、）上卫星电视节目。,欧洲一站接收双轨位卫星电视节目示意,运营商：欧洲电信卫星公司(EUTELSAT) 9 E 卫星 EUROBIRD-9
9、A ：38台Ku频段转发器 13 E 卫星 HOT BIRD-6： 28台Ku和4台Ka频段转发器 HOT BIRD-8： 64台Ku频段转发器 HOT BIRD-9： 64台Ku频段转发器 各星Ku频段波束覆盖区：,HOT BIRD- 6,HOT BIRD-8,HOT BIRD-9,EUROBIRD-9A,2010.10.07数据,中国一站接收双轨位卫星电视节目示意,运营商：亚洲卫星公司 105.5E Asiasat-3S：28台C和16台Ku频段转发器 100.5E Asiasat-5：26台C和14台Ku频段转发器,运营商：中国卫通公司 115.5E ChinaSat-6B：38台C频段
10、转发器 125E ShnoSat-3： 10台C频段转发器,单面面天线双星接收基站,双面天线双星接收基站,目录,1.全球商用卫星通信发展概况 2.传统通信卫星与新一代通信卫星 3.多星同轨位与异轨位配置 4.未来通信卫星发展需求 4.1提高卫星收发能力 4.2增大卫星通信容量 4.3增强卫星处理能力 5.提高卫星工作能力途径 5.1发展超大型卫星 5.2发展各卫星独立的“卫星簇” 5.3发展各卫星相关的“卫星簇” 5.4发展高性能“虚拟卫星”,两种通信系统手机差距,卫星移动通信系统与地面GSM蜂窝移动通信系统手机比较,提高卫星收发能力,静止通信卫星用户手机与地面GSM蜂窝移动通信系统用户手机差
11、距：地面移动通信手机为内置式天线，而卫星移动通信手机为外置式天线，且其体积和重量都较大。 差距较大的重要原因之一是卫星手机的发射信道EIRP和接收信道G/T值均较大于地面移动通信用手机数分贝。 要降低卫星手机发射信道EIRP和接收信道G/T值，势必增大卫星的接收信道G/T和发射信道EIRP值，也就是要大幅度增大卫星天线口径和发射功率。这就需要更大卫星来实现。,增大卫星通信容量,随着现代通信业务的多样化和多媒体化，对通信业务类型、业务量和传输速率要求正在不断增长和提高。据国外预测业务传输速率增长值2005年为1.5Mb/s-51.8Mb/s，2010年为155Mb/s-2.4Gb/s，2010年
12、后为100Gb/s-1Tb/s。 卫星通信是电信业务的一个重要组成部分，随着人们对信息的需求愈来愈高，与此相应卫星的通信能力也在不断提高。 当前世界上通信容量最大的商用宽带卫星iPSTAR，其通信总容量已高达45Gbps，其发射重量高达6300kg。 为了满足长远发展需要，特别是满足发展中超高速率信息传输需要，还应不断提高卫星容量，相应提高卫星有效臷荷带宽和功率，最后导致增大卫星的重量。,增强卫星处理能力,通信卫星处理转发器功能和特点 通过对信号解调和再生，可去掉上行线路中叠加在信号上的噪声，提高整个通信链路的传输质量； 通过对信号的解调和再调制，进行上下链路分开设计，可使上下链路实行不同的调
13、制体制和多址方式，以降低传输要求和地面设备的复杂性； 通过星上信号处理，可实现用户线路的信道、频率、功率和波束的动态分配，以使卫星资源得到最佳利用； 通过前向链路与后向链路信号处理器连接，可实现移动用户之间一跳通信，以避免双跳引起的长时延； 通过星上信号处理，可建立星际通信链路，以实现卫星星际联网等。,目录,1.全球商用卫星通信发展概况 2.传统通信卫星与新一代通信卫星 3.多星同轨位与异轨位配置 4.未来通信卫星发展需求 4.1提高卫星收发能力 4.2增大卫星通信容量 4.3增强卫星处理能力 5.提高卫星工作能力途径 5.1发展超大型卫星 5.2发展各卫星独立的“卫星簇” 5.3发展各卫星相
14、关的“卫星簇” 5.4发展高性能“虚拟卫星”,超大型卫星平台LS 20.20,可装150个转发器 整星输出功率可达30千瓦 整星重量5000 - 7000 公斤 约三倍于FS 1300 平台转发器容量 约二倍于FS 1300 平台输出功率,LS 20.20卫星平台 （罗拉空间公司）,各卫星独立的“卫星簇”,定义：各卫星独立的“卫星簇”是簇中各卫星处于同一轨道位置,彼此无通信链路联结的卫星群。 约束条件：各卫星在同一轨道位置中运行需避免彼此碰撞、阳光遮挡、 通信和测控中干扰。 典型卫星簇：19.2 E上ASTRA系列5颗卫星（ASTRA 1F/1H/1KR/1L/1G）组成的卫星簇， 13 E上
15、Hot Bird系列3颗卫星（Hot Bird6/8/9）组成的卫星簇。各拥有2.05GHz宽度的Ku业务频段、500MHz宽度的Ka业务频段。,各卫星相关的“卫星簇”,定义：簇中各卫星处于同一轨道位置,彼此有通信链路直接联结的卫星群。 约束条件：各卫星在同一轨道位置中运行需避免彼此碰撞、阳光遮挡、 通信和测控中干扰。 SkyLAN（空间局域网）概念：欧空局有关专家对此种卫星簇进行了研究，并被称为SkyLAN（空间局域网）。SkyLAN的基本概念是将一颗大卫星分成数颗小卫星组成卫星簇，各小卫星间用星际链路来完成有关任务，各小卫星集成功能同于大卫星。,发展超大口径天线重要性,采用超大口径天线，以
16、形成超高增益点 波束蜂窝状覆盖服务区优点： 波束增益提高可有效提高卫星转发器的G/T和EIRP，从而促进用户终端小型化； 波束宽度变小可有效提高覆盖区内卫星频率复用次数以增大可用带宽，从而提高卫星容量。,发展高性能“虚拟卫星”承載超大口径天线,虚拟卫星概念：虚拟卫星即分离模块卫星，它由密集分布式模块组成，各模块之间通过无线线路或有线线路（系绳）建立联系，其在功能和控制上相当于一颗大卫星。 虚拟卫星与星座卫星系统区别：虚拟卫星由分布式模块组成，各模块不具备独立的卫星功能，各模块集成协同工作才具备单个卫星功能；星座卫星系统由分布式卫星组成，各卫星具备独立的卫星功能，各卫星集成协同工作可实现单星不能实现的如全球覆盖功能等（如66颗铱星星座）。 虚拟卫星与绳系卫星区别：绳系卫星通常的概念是由绳索系着的卫星，它由一根绳索栓在另一个航天器上，可以在这个航天器的下方或上方一起绕地球运行。而本文的虚拟卫星是由绳索系着不是卫星而是卫星的组成模块。,绳系超大口径天线的静止通信卫星,a.具有自适应薄膜反射器馈电阵天线的静止通信卫星,b.具有自适应薄膜透镜馈电阵天线的静止通信卫星,反射
