楊猛

(國家新聞出版廣電總局722臺(tái),陜西寶雞 721000)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)及其未來發(fā)展分析

楊猛

(國家新聞出版廣電總局722臺(tái),陜西寶雞 721000)

衛(wèi)星通信成為當(dāng)前主要的通信途徑,已在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的使用。本文就結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)衛(wèi)星通信技術(shù)的使用情況,以及各個(gè)互用對通信業(yè)務(wù)的需求情況,對各種先進(jìn)的衛(wèi)星通信技術(shù)進(jìn)行深入的研究,并對未來衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的趨勢進(jìn)行分析,先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)是衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,與時(shí)代需求保持一致的重要條件。

衛(wèi)星通信系統(tǒng) 通信技術(shù) 發(fā)展趨勢

在科技與信息化時(shí)代，個(gè)人移動(dòng)通信和信息高速公路通信需求的快速增長，要達(dá)到通信網(wǎng)絡(luò)全球覆蓋，衛(wèi)星通信是當(dāng)前最好的工具。衛(wèi)星通信與傳統(tǒng)的通信方式相比，其在技術(shù)和成本上占據(jù)很大的優(yōu)勢，其成本低，信息信號(hào)比較強(qiáng)，覆蓋范圍比較廣，通信容量比較大，通信距離比較遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前最為主要的信息化手段之一。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成

衛(wèi)星在通信中起著中轉(zhuǎn)作用，把地球站傳送來的信號(hào)經(jīng)過變頻和放大轉(zhuǎn)送到另一端的地球站，地球站是衛(wèi)星與地面信息系統(tǒng)的鏈接點(diǎn)，用戶通過地球站途徑進(jìn)入衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，形成鏈接的電路信號(hào)鏈，為了確保系統(tǒng)的運(yùn)行正常，衛(wèi)星通信系統(tǒng)必須和地面的監(jiān)測管理系統(tǒng)和測控系統(tǒng)想鏈接，測控系統(tǒng)能夠?qū)νㄐ判l(wèi)星運(yùn)行的軌道進(jìn)行檢測和控制，以保證地面檢測系統(tǒng)能夠?qū)πl(wèi)星所傳送的通信信息進(jìn)行有效的監(jiān)控，保證系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的運(yùn)行。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成圖如圖1所示。

2 我國衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

衛(wèi)星固定通信發(fā)展的基本情況。隨著我國航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信網(wǎng)建設(shè)快速發(fā)展，交通、銀行、新聞、地質(zhì)探測、交通運(yùn)輸、電力傳送、水利興修、航天航空、天氣預(yù)報(bào)、農(nóng)業(yè)種植、金融交易、國家完全和社會(huì)維穩(wěn)等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)使用衛(wèi)星通信網(wǎng)，在地球上已經(jīng)建立上萬座衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地球站。

衛(wèi)星移動(dòng)通信。衛(wèi)星通信的建立使陸地、海上和空中各種目標(biāo)之間以及地面民用網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)得到了解決。我國的便攜式用戶終端在靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中運(yùn)行較好，只有中低軌道系統(tǒng)的運(yùn)行狀況不佳。在國際海事衛(wèi)星組織(INMARSAT)成員國群體中，我國進(jìn)入了INMARSAT的M站和C站，建立了進(jìn)上萬部船載、機(jī)載和陸地終端，能夠?yàn)槲覈浇暮Ｑ髤^(qū)域提供通信服務(wù)。在水利、搶險(xiǎn)救災(zāi)、地質(zhì)、海關(guān)、石油、安全、體育、新聞、銀行、軍事、外交和國防等行業(yè)領(lǐng)域配備了相應(yīng)業(yè)務(wù)終端。

衛(wèi)星電視廣播。事實(shí)證明，衛(wèi)星通信在電視廣播中的應(yīng)用具有傳播遠(yuǎn)、見效快、服務(wù)區(qū)域大、投資省、經(jīng)濟(jì)效益高和質(zhì)量高的優(yōu)勢，特別是提高山區(qū)電視廣播節(jié)目信號(hào)最有效、最先進(jìn)的途徑。國外衛(wèi)星電視廣播信號(hào)已經(jīng)進(jìn)入了我國，二國家將衛(wèi)星電視直播系統(tǒng)作為國家重點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施建設(shè)。當(dāng)前，我國的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋已經(jīng)全面鋪開，在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國防的鞏固和教育事業(yè)的發(fā)展等領(lǐng)域發(fā)展著重要的作用。

衛(wèi)星寬帶通信。傳統(tǒng)的C和Ku頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)與各種寬帶通信業(yè)務(wù)的需求不相符合，而且國外高速率的衛(wèi)星通信線路在國外已經(jīng)廣泛應(yīng)用。中國教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng)(CER Net)、中國金橋信息網(wǎng)(China GBN)和中國科技網(wǎng)(CST Net)等用國內(nèi)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器開通了數(shù)十條ISP(或區(qū)域網(wǎng)絡(luò))與核心網(wǎng)絡(luò)間中繼鏈路，以C、Ku頻段衛(wèi)星傳輸鏈路起步，以后增加Ka頻段衛(wèi)星鏈路和地面通信設(shè)施，組成覆蓋全國的無級(jí)網(wǎng)絡(luò)。這些互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)根據(jù)不同的要求可高速互聯(lián)網(wǎng)接入、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)、數(shù)據(jù)下載、視頻會(huì)議、遠(yuǎn)程教學(xué)和多點(diǎn)廣播等業(yè)務(wù)。

3 現(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展研究

3.1 空間激光通信技術(shù)

空間激光通信是以激光的光波作為載波、大氣作為傳輸介質(zhì)的的光通信技術(shù)?？臻g激光通信具有微波通信與光纖通信兩個(gè)的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在尺寸寬、功率小、波段窄、波束小的優(yōu)點(diǎn)，很難被障礙物或者其他信號(hào)被截獲和干擾，安全性能較高。

激光通信具有2.5～10Gb/s的傳輸速率，世界各國的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)普遍采用激光通信技術(shù)。

3.2 “動(dòng)中通”技術(shù)

“動(dòng)中通”是指移動(dòng)的載體在移動(dòng)過程中時(shí)刻跟蹤衛(wèi)星或升空平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)、語音和圖像的傳遞。在載體的運(yùn)行過程中，能夠測量出載體變化的狀況，對其變化監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，通過數(shù)學(xué)平臺(tái)的運(yùn)算，變換為天線的誤差角，通過調(diào)整天線俯仰角、極化角和方位角，確保載體在天線對星在規(guī)定范圍內(nèi)進(jìn)行變化，使載體運(yùn)動(dòng)中不偏離衛(wèi)星發(fā)射天線對地球衛(wèi)星的同步跟蹤。“動(dòng)中通”的跟蹤方式有慣導(dǎo)跟蹤和自跟蹤兩種。美國軍事的TSAT和“移動(dòng)用戶目標(biāo)系統(tǒng)”等衛(wèi)星系統(tǒng)都有很強(qiáng)的“動(dòng)中通”能力，其天線的最小口徑可至0.3m，軍隊(duì)在快速的移動(dòng)中不會(huì)影響衛(wèi)星通信，可以隨時(shí)獲取衛(wèi)星通信傳送的信號(hào)和發(fā)送信息。

3.3 空間因特網(wǎng)協(xié)議技術(shù)

空間因特網(wǎng)協(xié)議技術(shù)是指在衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間形成一個(gè)酷似因特網(wǎng)裝的信息系統(tǒng)，建立空間、地面和空中的聯(lián)系，在全球范圍之內(nèi)接入/部署移動(dòng)用戶。該技術(shù)通過IPv6協(xié)議以及衛(wèi)星IP協(xié)議提高信號(hào)的傳送速度和帶寬，通過衛(wèi)星信息系統(tǒng)將信號(hào)由空中傳送到地面，確保自動(dòng)的、動(dòng)態(tài)的、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了通過一條上行鏈路和一條下行鏈路方式連接地面終端與衛(wèi)星的連接，用戶可以利用地面的基本設(shè)施和地面系統(tǒng)，訪問需要方位的任何互用和數(shù)據(jù)。只要安全認(rèn)證的任何用戶可以利用這種系統(tǒng)建立用戶之間的通信鏈路。美國在軍事上就用IP的新型系統(tǒng)，將現(xiàn)有的衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)和端到端的連接，擴(kuò)大了信息的容量，減少了控制，增加了適應(yīng)性，擴(kuò)大了覆蓋面等。

3.4 寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)

就目前出現(xiàn)的L，S，C，Ku頻譜資源與GEO衛(wèi)星軌道資源緊缺與擁塞現(xiàn)象，使許多衛(wèi)星通信采用EHF頻段和Q/F(40/60 GHz)頻段。但是，從市場發(fā)展前后相兼容角度看，選擇Ku/Ka混合結(jié)構(gòu)也是解決上述問題的一個(gè)很好方式，這個(gè)手段有助于推動(dòng)全球信息高速公路的發(fā)展，使無縫個(gè)人通信和Internet空中高速通道在全球?qū)崿F(xiàn)。

3.5 星上處理技術(shù)

隨著信息高速公路的發(fā)展，IP業(yè)務(wù)、寬帶傳輸業(yè)務(wù)和個(gè)人PC通信漫游業(yè)務(wù)等業(yè)務(wù)量日益增加，在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計(jì)中使用衛(wèi)星星上處理技術(shù)處理繁雜的信號(hào)，如美國的THRUYU衛(wèi)星、ACTS衛(wèi)星和亞洲蜂窩移動(dòng)衛(wèi)星等。星上處理技術(shù)能夠?qū)πl(wèi)星波束的調(diào)整和成型，路由的分配和頻率的轉(zhuǎn)換進(jìn)行編程，完成了頻率和時(shí)隙的預(yù)分配，實(shí)現(xiàn)了信道的靈活交換、功率的按需分配、波束的靈活調(diào)整和端到端之間的話音通信。

3.6 數(shù)字信道選擇器技術(shù)

數(shù)字信道選擇器將上行鏈路帶寬分成2.6MHz的1900個(gè)獨(dú)立子信道，多個(gè)子信道可以達(dá)到任何區(qū)域覆蓋的聯(lián)通能力，實(shí)現(xiàn)了最大靈活度的操作。同時(shí)，數(shù)字信道選擇器也支持組播和廣播服務(wù)，并為網(wǎng)絡(luò)控制段提供極其有效、靈活的上行鏈路頻譜監(jiān)測能力。通過數(shù)字信道選擇器，X頻段和Ka頻段實(shí)現(xiàn)了互連。

3.7 自適應(yīng)信道分配技術(shù)

自適應(yīng)信道分配技術(shù)能夠自動(dòng)適應(yīng)資源的配置，處理變化的業(yè)務(wù)信息，組織性和靈活性很強(qiáng)，使高碼率與低碼率的用戶可實(shí)現(xiàn)共享，可以綜合固定移動(dòng)廣播網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)@些網(wǎng)絡(luò)功能體積分布的控制。為交互式的媒體業(yè)務(wù)提供更廣泛的服務(wù)和應(yīng)用，如視頻會(huì)議、無線因特網(wǎng)等，使移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)多元化發(fā)展。除了以上的衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)之外，還包括無縫鏈接技術(shù)、鏈路模擬器技術(shù)、頻率復(fù)用技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、多址技術(shù)、射頻通信技術(shù)、現(xiàn)代編碼調(diào)制技術(shù)、擴(kuò)頻跳頻技術(shù)、多點(diǎn)波束技術(shù)和同步光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

這些先進(jìn)的技術(shù)正在影響著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，有助于衛(wèi)星通信能夠?yàn)橛脩籼峁└玫姆?wù)。

4 衛(wèi)星通信發(fā)展的前景

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)能力的提高指日可待，將會(huì)為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。但是，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在開發(fā)中也存在著不可估計(jì)的難度和風(fēng)險(xiǎn)，必須采取防范的措施?？傮w來說，科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，在推動(dòng)者衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信的發(fā)展前景一片大好。

衛(wèi)星通信可以獨(dú)立成為一個(gè)系統(tǒng)。在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展中，將來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)不再依賴于地面電信網(wǎng)的接受與發(fā)送信息設(shè)備，可以成為獨(dú)立的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系，直接與用戶端進(jìn)行鏈接，直接向用戶提供服務(wù)。這對無地面通信設(shè)施的地區(qū)來說，可以解決用戶信息的需求，降低了通信成本。

多種業(yè)務(wù)并存發(fā)展成為趨勢。建立一個(gè)以衛(wèi)星通信VSAT系統(tǒng)的發(fā)展最主導(dǎo)，多種業(yè)務(wù)并存的衛(wèi)星業(yè)務(wù)綜合體系成為衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)發(fā)展的方向，它將與地面多個(gè)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)鏈接，是對地面?zhèn)鹘y(tǒng)業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充和延伸，建立一個(gè)多元化、多領(lǐng)域、多功能的全球化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系。

個(gè)人通信和數(shù)字通信的快速發(fā)展。中低軌衛(wèi)星通信在移動(dòng)衛(wèi)星通信中有很大的發(fā)展前景，有助于未來“全球個(gè)人通信”的實(shí)現(xiàn)，是人們真正的進(jìn)入了個(gè)人通信時(shí)代。在衛(wèi)星通信容量和速率增加以及先進(jìn)數(shù)字通信技術(shù)的影響下，衛(wèi)星電視廣播業(yè)務(wù)的發(fā)展空間比較大，數(shù)字衛(wèi)星廣播，使節(jié)目的數(shù)量和質(zhì)量得到很大改善，從而提高人民的文化生活水平。

5 結(jié)語

隨著衛(wèi)星高新技術(shù)的不斷出現(xiàn)、推廣和利用，通信衛(wèi)星的功能將不斷擴(kuò)大，使用的領(lǐng)域?qū)⒉粩嗤貙挕?1世紀(jì)的衛(wèi)星通信，將會(huì)有更大的發(fā)展空間，并占據(jù)重要的地位，與光纖通信一起，成為未來人類通信的重要手段。

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