張昆鵬

[摘要]通過對衛(wèi)星通信應用現(xiàn)狀的介紹，分析衛(wèi)星通信技術在當今全球信息化浪潮中所處的地位、作用及遇到的挑戰(zhàn)，探討其在未來的應用競爭環(huán)境中所具有的優(yōu)勢和劣勢，總結演變趨勢及需要解決的關鍵技術問題，給出它在未來通信網(wǎng)中的主要應用模式。

[關鍵詞]衛(wèi)星通信 寬帶IP 數(shù)據(jù)壓縮

中圖分類號：TN92文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0420027－01

衛(wèi)星通信具有通信距離遠、組網(wǎng)靈活、通信容量大、通信線路質量穩(wěn)定可靠、機動性能優(yōu)越等優(yōu)點，是其他通信技術無法比擬的。然而，隨著全球信息化進程的加快，人們對信息的需求呈多樣化、復雜化趨勢，通信已進入高速、寬帶、大容量、多媒體、多業(yè)務、可移動及個性化時代。

一、衛(wèi)星通信現(xiàn)階段的問題和難點

（一）高速數(shù)據(jù)業(yè)務需求的瓶頸

由于數(shù)字化進程的加快和分組交換技術的成功應用，傳統(tǒng)的基于頻分多址和碼分多址的衛(wèi)星通信很難適應傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務。由于衛(wèi)星通信長時延的存在(0.27s)，在WAN和LAN中基于競爭的多址方式（如CSWA/CD）及差錯控制協(xié)議（如TCP）均不再適用。因此，位于遠地點的LAN利用衛(wèi)星通信網(wǎng)絡進行互聯(lián)必須要有快速有效的轉換協(xié)議，還需減小時延對實時通信的影響。

（二）衛(wèi)星通信應用寬帶IP的難點

目前，提出的寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)都采用基于ATM的傳輸技術。歐、美等對衛(wèi)星ATM層和物理層性能研究測試的結果表明：ATM的性能可以滿足ITU-TG.826和I.356的性能指標要求。如果系統(tǒng)采用RS塊狀編碼、交織及FEC技術，衛(wèi)星鏈路可達到準光纖鏈路質量，ATM可以作為衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術。但是，衛(wèi)星ATM實現(xiàn)起來較為復雜，與現(xiàn)存的衛(wèi)星傳輸技術有很大不同，如衛(wèi)星ATM的分層實現(xiàn)。

二、現(xiàn)代衛(wèi)星通信的關鍵技術和發(fā)展方向

（一）數(shù)據(jù)壓縮技術

數(shù)據(jù)壓縮技術在數(shù)據(jù)處理領域已相當成熟。靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮均可為通信系統(tǒng)在時間、頻帶、能量上帶來高效率。ISO對靜止圖像壓縮編碼標準以及CCITT的H.26標準已成為多媒體壓縮的公認標準。其中MPEG62設計中采用了面向對象的方法，特別注重交互性和多媒體同步、實時表現(xiàn)、實時交換、最終形式等方面。目前已被多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)所采用。

（二）智能衛(wèi)星天線系統(tǒng)

由于傳送多媒體信息的需要，通常要求通信系統(tǒng)的帶寬在2500MHz以上，多媒體通信系統(tǒng)因此選擇了Ku甚至Q和V波段。但K以上波段雨衰相當嚴重，而衛(wèi)星功率亦受限。因此，研究智能高性能天線非常必要。為了構成較大范圍的多波束覆蓋，可采用多波束快速跳變系統(tǒng)；在低軌道系統(tǒng)中地面接收天線可用蜂窩式天線覆蓋圖做同頻再用，并具有跟蹤功能；星上天線采用相控陣天線；同步軌道系統(tǒng)可用多饋源或相控陣天線形成蜂窩式覆蓋圖。

（三）寬帶IP衛(wèi)星通信技術的研究

為了使衛(wèi)星通信能夠適應互聯(lián)網(wǎng)的需要，寬帶IP衛(wèi)星通信技術的研究進一步加快。ITU-R第四研究組于1999年4月就在瑞士日內瓦舉行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4會議。在WP4B會議上，IP和多媒體技術在衛(wèi)星中的應用作為新技術課題提案獲得了通過，對寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要影響。參加這次大會的有關人士認為：IP很有可能成為未來的主要通信網(wǎng)絡技術，大有取代目前占主導的ATM技術的勢頭。IP數(shù)據(jù)包通過衛(wèi)星傳輸?shù)目捎枚群托阅苣繕伺cITU-TG.826和ITU-RS.ATM建議要求是不同的，有關研究在2001年已完成。關鍵技術研究包括：衛(wèi)星IP網(wǎng)絡結構；支持衛(wèi)星IP運行的網(wǎng)絡層和傳輸層協(xié)議的性能需求；IP層協(xié)議或能加強衛(wèi)星鏈路性能的更高層協(xié)議，需要做什么樣的潛在改善；IP保密安全協(xié)議及相關問題對衛(wèi)星鏈路的要求將產(chǎn)生什么影響；ITU-R為提供與ITU-T和其他標準化組織最合適的聯(lián)絡應做出什么樣的安排等方面。這種技術若能實現(xiàn)與地面IP網(wǎng)絡兼容，會直接推動衛(wèi)星通信業(yè)務的發(fā)展。

（四）新型高效的數(shù)字調制及信道編碼技術

目前，應用較成熟的有正交頻分復用多載波調制技術(OFBM)和16-QAM調制等。在信道編碼上，可結合天線分集技術采用定時格碼中的定時塊碼、Reed-Solomon碼，亦可采用Turbo乘積碼TPC技術。Turbo乘積碼是一個由小的分組碼（如漢明碼、校驗碼或兩者的混合碼)組成的二維或三維陣列，為提高糾錯效率，可增加1個“超軸”構成所謂增強型TPC。在數(shù)字解調過程中，可采用多載波群路整體解調技術，即用1套解調裝置同時解調多載波，然后經(jīng)過基帶交換矩陣和存儲裝置，再轉換成TDM形式的基帶信號。這樣可以節(jié)省帶寬，大大提高解調速度。

（五）多址連接技術的改進和發(fā)展

數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)已采用多覆蓋和星上交換技術（SS/TDMA)，然而，在TDMA方式，當傳輸速率增加時，就需要增大衛(wèi)星天線的口徑和高功放的輸出功率，顯然上述方法受到極大限制。一種有效的解決方法是將一個高速率的TDMA信道用不同的頻率分成幾個較低的速率的TDMA信道，即采用頻分多路方式的FDMA（FDM/TDMA）來替代高速率的TDMA信道，以降低每一信道的速率。

（六）衛(wèi)星激光通信技術

未來的衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)率卻要求工作在數(shù)百或數(shù)千Mbit/s，因此，只能由激光通信來實現(xiàn)。激光通信技術主要應用于衛(wèi)星網(wǎng)星際互聯(lián)。因為星際通信在外層空間進行，不受大氣層的影響，可充分發(fā)揮激光的優(yōu)點。為了減小全球衛(wèi)星通信中的“雙跳”法帶來的信號長時延，利用“星際激光鏈路”技術會取得意想不到的優(yōu)勢。據(jù)專家測算：在理想的情況中，衛(wèi)星激光通信在比微波通信數(shù)據(jù)速率高一個數(shù)量級的情況下，天線孔徑尺寸卻比微波通信衛(wèi)星減小一個數(shù)量級；用激光作為載體進行空間無線電通信，若話路帶寬為4kHz，則可容納100億條話路；若彩色電視帶寬為10MHz，則可同時傳送l000萬套節(jié)目而互不干擾?？梢钥隙?，未來的衛(wèi)星之間進行激光通信是很有前途的。

三、結束語

新型的VSAT數(shù)字衛(wèi)星終端將把通信延伸到桌面，一個建立在新興技術、衛(wèi)星光互聯(lián)、頻率復用和高能系統(tǒng)之上的嶄新的數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)必將誕生。

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