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        低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景

        2022-11-27 10:44:59黃小華
        通信電源技術(shù) 2022年4期
        關(guān)鍵詞:質(zhì)量系統(tǒng)建設(shè)

        黃小華

        (中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所,河北 石家莊 050081)

        0 引 言

        衛(wèi)星通信系統(tǒng)也稱為微波通信,作為信息中繼站來實(shí)現(xiàn)多個(gè)地面站之間的通信,能夠全面覆蓋以實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的遠(yuǎn)距離溝通[1]。根據(jù)工作軌道的不同,通信系統(tǒng)分為低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng),不同軌道的衛(wèi)星在通信服務(wù)中所覆蓋的范圍和提供的相應(yīng)通信服務(wù)品質(zhì)存在很大的差異性。相較而言,低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的成本投入低,應(yīng)用品質(zhì)可以保障,因此得到廣泛的應(yīng)用。各個(gè)國(guó)家也在不斷通過構(gòu)建相應(yīng)的低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)來更好地服務(wù)于國(guó)家的相關(guān)通信服務(wù)工作。但是要真正地使低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用達(dá)到更優(yōu)的效果,需要探索未來低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景,以便為當(dāng)前低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展指明方向。

        1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本概述

        1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

        衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由衛(wèi)星端、地面端和用戶端3個(gè)部分組成,衛(wèi)星在空中起到信息中繼站的作用,可以將地面站發(fā)來的電磁波經(jīng)過放大后返送到另一地面站,從而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域之間的通信。衛(wèi)星星體包含星體設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口,地面用戶可以通過地面站接入衛(wèi)星系統(tǒng),從而形成通信鏈,有效地結(jié)合衛(wèi)星端來真正地實(shí)現(xiàn)信息的交流和溝通[2]。

        1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的調(diào)制

        衛(wèi)星通信系統(tǒng)也是一種微波通信,相應(yīng)的波段頻率等也會(huì)在很大程度上影響通信質(zhì)量。但是隨著通信業(yè)務(wù)的增加,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信負(fù)荷增加,非常容易使各個(gè)頻段之間出現(xiàn)信息干擾,導(dǎo)致通信出現(xiàn)延時(shí)或者失真,甚至受到相位噪聲等的影響。因此在當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用過程中要不斷地優(yōu)化相應(yīng)的調(diào)制技術(shù)來更好地保證通信質(zhì)量。如正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術(shù)和小波包多載波調(diào)制技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)制可以提升衛(wèi)星通信系統(tǒng)的整體性能,更好地保證相應(yīng)的通信質(zhì)量[3]。

        1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

        衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為當(dāng)前通信服務(wù)的重要支撐技術(shù),其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。

        (1)覆蓋范圍大。地球的環(huán)境非常復(fù)雜,運(yùn)用傳統(tǒng)的通信非常容易受到地面環(huán)境等的影響,這使最終的通信質(zhì)量不佳而影響到相關(guān)工作的正常開展。而衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)于高山、海洋等是不敏感的,可以實(shí)現(xiàn)大范圍的覆蓋,即使距離相較再遠(yuǎn),也可以有效地借助相應(yīng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)來完成相應(yīng)的通信工作,而且衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)建成本與距離無關(guān)[4]。

        (2)傳播穩(wěn)定。衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要依靠電磁波在大氣層以外進(jìn)行傳播,電波傳播非常穩(wěn)定,即使可能會(huì)受到天氣情況的影響,其通信質(zhì)量仍然相對(duì)較高,是非??煽康囊环N通信系統(tǒng)。

        (3)成本投入低。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快,而且成本投入低,除了地面站的建設(shè)之外,基本不需要再進(jìn)行地面施工,后續(xù)所需要的維護(hù)費(fèi)用也相對(duì)較低。

        1.4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀

        信息化發(fā)展背景下,通信工作對(duì)于各行各業(yè)的發(fā)展都至關(guān)重要,可以有效地提升相應(yīng)的工作效率和工作質(zhì)量。而相較于其他的通信系統(tǒng)而言,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本低、運(yùn)行質(zhì)量高,因此得到了廣泛的應(yīng)用,而且隨著當(dāng)前科技人才的培養(yǎng)和科技研發(fā)投入的增加,我國(guó)當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段,可以有效地服務(wù)于當(dāng)前的通信工作。頻譜資源與軌道資源豐富,相關(guān)資源的高效利用使得我國(guó)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的服務(wù)品質(zhì)處于世界先進(jìn)水平。研制出的大容量通信衛(wèi)星的平臺(tái)和小衛(wèi)星平臺(tái)使得高、中、低各種軌道發(fā)展迅速。監(jiān)測(cè)臺(tái)、站的建立可以及時(shí)獲取通信衛(wèi)星運(yùn)行情況等來幫助衛(wèi)星通信系統(tǒng)及時(shí)了解、分析并加強(qiáng)管理,有效克服和減少電磁波的干擾。

        低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸時(shí)延和功率損耗相對(duì)較小,對(duì)于衛(wèi)星和用戶終端的要求也相對(duì)較低,因此在低軌道衛(wèi)星構(gòu)建過程中,可以采用微型或小型衛(wèi)星和手持用戶端。但是每顆衛(wèi)星的覆蓋范圍也相對(duì)小,因此要使通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球覆蓋,需要增加相應(yīng)的衛(wèi)星數(shù)目。此外,低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)成和控制相對(duì)復(fù)雜,因此技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大且建設(shè)成本高[5]。

        中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)是低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的折中,因此兼有這兩類衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),損耗小、傳播時(shí)延小,對(duì)于相應(yīng)的衛(wèi)星數(shù)量相對(duì)較低,可以實(shí)現(xiàn)全球大部分地區(qū)的覆蓋,而且系統(tǒng)的穩(wěn)定性相對(duì)較高。但是利用中軌道通信系統(tǒng)為地面終端提供寬帶業(yè)務(wù)相對(duì)較難[6]。

        高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用同步軌道的衛(wèi)星能完成通信全覆蓋。相較而言,同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳播時(shí)延和鏈路損耗大。但是高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)在理論上利用3顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。

        總而言之,不同軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)劣勢(shì)不同,所適用的范圍也不同,所以在不同領(lǐng)域應(yīng)用相應(yīng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí)也要有效地分析其優(yōu)劣勢(shì)來更好地選擇合適的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

        2 中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

        中國(guó)衛(wèi)星研究發(fā)展起步相對(duì)較晚,但是發(fā)展速度快,中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)處于世界先進(jìn)水平。我國(guó)的科學(xué)技術(shù)水平突飛猛進(jìn),已經(jīng)建成了較多的衛(wèi)星資源,形成了空間段,為通信業(yè)務(wù)使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。除了衛(wèi)星資源比較豐富,我國(guó)的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也逐步完善,能夠有效地滿足各類型的通信業(yè)務(wù),當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)除了應(yīng)用于通信工作之外,也可以有效地為民航、水利、氣象、鐵路、媒體等行業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)形成了規(guī)模,更好地服務(wù)于各行各業(yè)的發(fā)展[7]。

        我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展為通信業(yè)務(wù)開展提供了有效的技術(shù)支撐,但是相較于國(guó)外的衛(wèi)星通信系統(tǒng)而言,其應(yīng)用質(zhì)量和技術(shù)水平仍然相對(duì)落后,這主要是因?yàn)槲覈?guó)當(dāng)前的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展過程中仍然面臨著一些問題,導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展質(zhì)量與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家仍有較大差距。

        (1)以衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器為例,中國(guó)的民用通信衛(wèi)星資源相對(duì)有限,因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的資金支持,與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器而言,其規(guī)模和性能容量都相對(duì)較差。

        (2)國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家擁有自建的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng),而當(dāng)前國(guó)內(nèi)使用的大多為國(guó)外的商用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng),因此一旦受到國(guó)外的制裁,民用移動(dòng)通信會(huì)受到很大程度的影響。

        (3)國(guó)外的衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展比較成熟,市場(chǎng)開發(fā)也相對(duì)比較深入。但是我國(guó)當(dāng)前衛(wèi)星通信系統(tǒng)的市場(chǎng)應(yīng)用開發(fā)仍然具有一定的局限性。直播電視、因特網(wǎng)接入等由于用戶對(duì)于衛(wèi)星通信系統(tǒng)缺乏正確的認(rèn)識(shí)以及成本投入過高,影響了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,很難實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的進(jìn)一步開發(fā)[8]。

        3 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景

        3.1 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展情況

        中國(guó)的低軌衛(wèi)星通信領(lǐng)域起步較晚,但是隨著科研產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展速度相對(duì)較快。隨著航天和通信技術(shù)的發(fā)展,小衛(wèi)星的發(fā)射成本逐步降低,我國(guó)的低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建逐步完善。最初發(fā)射了60余顆骨干衛(wèi)星,為全球的移動(dòng)通信和重點(diǎn)區(qū)域的寬帶互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供了有效的支持,后期又發(fā)射了近300顆補(bǔ)網(wǎng)衛(wèi)星,使寬帶業(yè)務(wù)能夠遍布全球,有效地通過互聯(lián)網(wǎng)接入為全球用戶提供通信導(dǎo)航等服務(wù)。隨著我國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)逐步發(fā)展成熟,部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了民營(yíng)衛(wèi)星和運(yùn)載火箭的突破,低軌衛(wèi)星的星座計(jì)劃實(shí)施得到了有效的落實(shí),推動(dòng)了低軌衛(wèi)星通信行業(yè)的飛速發(fā)展。

        3.2 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景和挑戰(zhàn)

        近些年來,航天技術(shù)和通信技術(shù)不斷建設(shè)發(fā)展,衛(wèi)星通信系統(tǒng)中低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)成本不斷縮減。但是傳統(tǒng)的衛(wèi)星發(fā)射通常都是服務(wù)于國(guó)家建設(shè),低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建投入大多是依賴國(guó)家財(cái)政完成。隨著技術(shù)的成熟和企業(yè)的發(fā)展,越來越多的民用企業(yè)開始通過衛(wèi)星發(fā)射來提供相應(yīng)的技術(shù)支撐。

        低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)非常重要的一個(gè)發(fā)展前景就是低軌通信系統(tǒng)的市場(chǎng)得到了不斷的開發(fā),可以有效地服務(wù)于企業(yè),如農(nóng)業(yè)種植、民用航空以及地質(zhì)勘查等領(lǐng)域。但是隨著低軌道衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量的增加,不同衛(wèi)星站之間的信號(hào)頻率等非常容易發(fā)生互相干擾,因此未來的低軌衛(wèi)星交通系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展過程中也要不斷優(yōu)化相應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),避免信號(hào)的互相干擾而影響到最終的通信質(zhì)量。而且低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身因?yàn)榫嚯x地面相對(duì)較近,非常容易受到風(fēng)雨雷電等氣候環(huán)境的影響,雖然前期的成本投入逐步降低,但是后期需要固定的資金分配來用于衛(wèi)星的維護(hù),以更好地保證衛(wèi)星通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

        此外,低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展過程中,市場(chǎng)的開拓需要構(gòu)建相對(duì)比較完善的產(chǎn)業(yè)鏈。但是相較于國(guó)外而言,我國(guó)的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建有待完善,產(chǎn)業(yè)鏈不完善容易導(dǎo)致相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失[9]。

        衛(wèi)星通信系統(tǒng)的構(gòu)建與國(guó)家的政策、資本以及相應(yīng)的市場(chǎng)有很大的關(guān)聯(lián)性。為保證低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量,我國(guó)政府在航天領(lǐng)域出臺(tái)了相應(yīng)的優(yōu)惠政策和資金支持。中國(guó)的航天技術(shù)成熟使得衛(wèi)星的發(fā)射不再困難,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的應(yīng)用可以逐步推廣到各個(gè)領(lǐng)域,推動(dòng)了國(guó)家的建設(shè)與發(fā)展[10]。

        信息化時(shí)代的到來,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為各行各業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)?;ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)中的相關(guān)通信領(lǐng)域仍然需要有效地借助衛(wèi)星通信系統(tǒng)來完成。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的市場(chǎng)開拓過程中越來越多的企業(yè)擁有相應(yīng)的實(shí)力進(jìn)行衛(wèi)星發(fā)射,從而構(gòu)建獨(dú)屬于相關(guān)企業(yè)的衛(wèi)星通信系統(tǒng),為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)以及其他相關(guān)企業(yè)的技術(shù)研發(fā)等工作開展提供技術(shù)支撐[11]。

        4 結(jié) 論

        中國(guó)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研發(fā)起步相對(duì)較晚,但是發(fā)展速度快。在不同軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)運(yùn)用過程中,低軌道通信系統(tǒng)因?yàn)榻ㄔO(shè)成本低以及通信質(zhì)量有保障,開始廣泛應(yīng)用在國(guó)家軍事、農(nóng)業(yè)種植以及互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)展等多個(gè)領(lǐng)域。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的衛(wèi)星通信系統(tǒng)相較而言,我國(guó)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)比較落后,因此在低軌道通信系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展過程中要逐步構(gòu)建完整的產(chǎn)業(yè)鏈,并有效地加強(qiáng)航天技術(shù)、通信技術(shù)等研發(fā)來保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)質(zhì)量,更好地推動(dòng)國(guó)家建設(shè)與發(fā)展。

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