第九章第四节揭开卫星通信的面纱
通信卫星的工作过程
利用通信卫星和广播卫星传输广播电视节目是卫星应用技术的重大发展。那么，通信卫星是
怎样工作的呢？
卫星通信系统是由空间部分——通信卫星，和地面部分——通信地面站两大部分构成的。
在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。它居高临下，视野开阔
，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、
广播和数据等无线信号。
通信卫星工作的基本原理是：从地面站1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通
信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线
把放大后的无线电波重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。
举一个简单的例子：如北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打电话，先要通过长
途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的北京地面站连通，地面站把电话信号发
射到卫星，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的
地面站，地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城市长途电话局转接用户。
电视节目的转播与电话传输相似。但是由于各国的电视制式标准不一样，在接收设备中
还要有相应的制式转换设备，将电视信号转换为本国标准。电报、传真、广播、数据传输等
业务也与电话传输过程相似，不同的是需要在地面站中采用相应的终端设备。
随着航天技术日新月异的发展，通信卫星的种类也越来越多。按服务区域划分，有全球
、区域和国内通信卫星。按用途分，有一般通信卫星、广播卫星、海事卫星、跟踪和数据中
继卫星以及各种军用卫星。
卫星通信话短长
卫星通信同现在常用的电缆通信、微波通信等相比，有较多的优点，基本可以概括为几个字
。
远：是指卫星通信的距离远。俗话说，“站得高，看得远”，同步通信卫星可以“看”
到地球最大跨度达一万八千余公里。在这个覆盖区内的任意两点都可以通过卫星进行通信，
而微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于三百多个
微波中继站。
多：指通信路数多，容量大。一颗现代通信卫星，可携带几个到几十个转发器，可提供几路
电视和成千上万路电话。
好：指通信质量好，可靠性高。卫星通信的传输环节少，不受地理条件和气象的影响，可获
得高质量的通信信号。
活：指运用灵活，适应性强。它不仅可以实现陆地上任意两点间的通信，而且能实现船与船
，船与岸上，空中与陆地之间的通信，它可以结成一个多方向、多点的立体通信网。
省：指成本低。在同样的容量、同样的距离情况下，卫星通信和其他的通信设备相比较，所
耗的资金少，卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高，随着设计和工艺的成熟，
成本还在降低。
损耗从哪里来
卫星通信是在空间技术和地面微波中继通信技术的基础上发展起来的，靠大气外卫星的
中继实现远程通信。其载荷信息的无线电波要穿越大气层，经过很长的距离在地面站和卫星
之间传播，因此它受到多种因素的影响。传播问题会影响到信号质量和系统性能，这也是造
成系统运转中断的一个原因，因此电波传播特性是卫星通信以及其他无线通信系统进行系统
设计和线路设计时必须考虑的基本特性。
卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、平流层、电离层和外层空间，跨越距离大
，因此影响电波的传播因素很多。下表列出了有关的传播问题。
卫星通信的电波在传播中要受到损耗，其中最主要的是自由空间传播损耗，它占总损耗
的大部分。其他损耗还有大气、雨、云、雪、雾等造成的吸收和散射损耗等。卫星移动通信
系统还会因为受到某种阴影遮蔽（例如树木、建筑物的遮挡等）而增加额外的损耗，固定业
务卫星通信系统则可通过适当选址避免这一额外的损耗。
1大气、降雨、云、雾损耗
电波在往返大气层的时候，要受到大气气体、云、雾、雪、降雨等的损耗。这些损耗附加在
自由空间传播损耗上，随天气的变化比较明显。
(1)大气气体吸收衰减。在大气各种气体中，氧气、水蒸气对电波的吸收衰减起主要作用，
水蒸气的第一吸收峰值（吸收最强处）是223GHz，氧气在60GHz左右。对非常低的水蒸气
密度，衰减可以假定与水蒸气密度成正比。在03～100GHz的频段，大气损耗小，适合于电
波传播，这一频段是当前应用最多的频段。30GHz附近也有一个低损耗区。
(2)降雨、云、雾等衰减。降雨衰减是电波在雨中传播的时候，由于雨点吸收和散射而产生
的衰减，在1～50GHz的频带内，降雨衰减与降雨强度成正比。当电波的波长远大于雨点的直
径的时候，衰减主要由雨点的吸收引起；当电波的波长变小或雨点的直径增大时，散射衰减
的作用就增大。仰角为θ的传播路径上的降雨衰减量为：LR=γR?lR(θ)dB。
其中γR是降雨衰减系数，定义为由雨点引起的单位长度上的衰减，单位为dB/km；lR(θ)是
降雨地区的等效路径长度，定义为当仰角为θ时传播路径上产生的总降雨衰减(dB)，与对应
于地球站所在地降雨强度的降雨衰减系数（dB/km）比，单位为km。
2树木遮挡损耗
与固定业务卫星通信不同，卫星移动通信的通信地点无法预先选择，因此电波传播途中可能
会遇到树木阻挡，被阴影遮蔽而受到衰减。
树木阻挡的衰减量决定于树叶和枝干的浓密度，以及电波穿过树冠的路径长度。有数据表
明，单棵树木在870MHz（右旋圆极化传播）的衰减量为：最大衰减量143dB，平均衰减量1
06dB；最大衰减系数为18dB/m，平均衰减系数为13dB/m。这些数据是用电波穿越树冠
的路径长度计算出来的，路径长度是用测试仰角、树的大小以及接收天线的相对几何关系估
算出来的。
