衛星通信系統技術及其未來發展分析

楊猛

(國家新聞出版廣電總局722臺,陜西寶雞 721000)

衛星通信系統技術及其未來發展分析

楊猛

(國家新聞出版廣電總局722臺,陜西寶雞 721000)

衛星通信成為當前主要的通信途徑,已在各個領域得到了廣泛的使用。本文就結合當前先進衛星通信技術的使用情況,以及各個互用對通信業務的需求情況,對各種先進的衛星通信技術進行深入的研究,并對未來衛星通信技術發展的趨勢進行分析,先進的科學技術是衛星通信業務實現可持續發展,與時代需求保持一致的重要條件。

衛星通信系統 通信技術 發展趨勢

在科技與信息化時代，個人移動通信和信息高速公路通信需求的快速增長，要達到通信網絡全球覆蓋，衛星通信是當前最好的工具。衛星通信與傳統的通信方式相比，其在技術和成本上占據很大的優勢，其成本低，信息信號比較強，覆蓋范圍比較廣，通信容量比較大，通信距離比較遠等優點，已成為當前最為主要的信息化手段之一。

1 衛星通信系統的基本組成

衛星在通信中起著中轉作用，把地球站傳送來的信號經過變頻和放大轉送到另一端的地球站，地球站是衛星與地面信息系統的鏈接點，用戶通過地球站途徑進入衛星通信系統中，形成鏈接的電路信號鏈，為了確保系統的運行正常，衛星通信系統必須和地面的監測管理系統和測控系統想鏈接，測控系統能夠對通信衛星運行的軌道進行檢測和控制，以保證地面檢測系統能夠對衛星所傳送的通信信息進行有效的監控，保證系統安全與穩定的運行。衛星通信系統的組成圖如圖1所示。

2 我國衛星通信系統的發展現狀

衛星固定通信發展的基本情況。隨著我國航天技術的發展，衛星通信網建設快速發展，交通、銀行、新聞、地質探測、交通運輸、電力傳送、水利興修、航天航空、天氣預報、農業種植、金融交易、國家完全和社會維穩等多個行業領域內使用衛星通信網，在地球上已經建立上萬座衛星通信系統和地球站。

衛星移動通信。衛星通信的建立使陸地、海上和空中各種目標之間以及地面民用網絡通信業務得到了解決。我國的便攜式用戶終端在靜止軌道衛星移動通信系統中運行較好，只有中低軌道系統的運行狀況不佳。在國際海事衛星組織(INMARSAT)成員國群體中，我國進入了INMARSAT的M站和C站，建立了進上萬部船載、機載和陸地終端，能夠為我國附近的海洋區域提供通信服務。在水利、搶險救災、地質、海關、石油、安全、體育、新聞、銀行、軍事、外交和國防等行業領域配備了相應業務終端。

衛星電視廣播。事實證明，衛星通信在電視廣播中的應用具有傳播遠、見效快、服務區域大、投資省、經濟效益高和質量高的優勢，特別是提高山區電視廣播節目信號最有效、最先進的途徑。國外衛星電視廣播信號已經進入了我國，二國家將衛星電視直播系統作為國家重點項目實施建設。當前，我國的衛星通信網絡覆蓋已經全面鋪開，在經濟的發展，國防的鞏固和教育事業的發展等領域發展著重要的作用。

衛星寬帶通信。傳統的C和Ku頻段衛星通信系統已經與各種寬帶通信業務的需求不相符合，而且國外高速率的衛星通信線路在國外已經廣泛應用。中國教育和科研計算機網(CER Net)、中國金橋信息網(China GBN)和中國科技網(CST Net)等用國內通信衛星轉發器開通了數十條ISP(或區域網絡)與核心網絡間中繼鏈路，以C、Ku頻段衛星傳輸鏈路起步，以后增加Ka頻段衛星鏈路和地面通信設施，組成覆蓋全國的無級網絡。這些互聯網系統根據不同的要求可高速互聯網接入、遠程醫療服務、數據下載、視頻會議、遠程教學和多點廣播等業務。

3 現代衛星通信技術發展研究

3.1 空間激光通信技術

空間激光通信是以激光的光波作為載波、大氣作為傳輸介質的的光通信技術。空間激光通信具有微波通信與光纖通信兩個的優勢，主要體現在尺寸寬、功率小、波段窄、波束小的優點，很難被障礙物或者其他信號被截獲和干擾，安全性能較高。

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

3.2 “動中通”技術

“動中通”是指移動的載體在移動過程中時刻跟蹤衛星或升空平臺，進行數據、語音和圖像的傳遞。在載體的運行過程中，能夠測量出載體變化的狀況，對其變化監測到的數據進行計算，通過數學平臺的運算，變換為天線的誤差角，通過調整天線俯仰角、極化角和方位角，確保載體在天線對星在規定范圍內進行變化，使載體運動中不偏離衛星發射天線對地球衛星的同步跟蹤。“動中通”的跟蹤方式有慣導跟蹤和自跟蹤兩種。美國軍事的TSAT和“移動用戶目標系統”等衛星系統都有很強的“動中通”能力，其天線的最小口徑可至0.3m，軍隊在快速的移動中不會影響衛星通信，可以隨時獲取衛星通信傳送的信號和發送信息。

3.3 空間因特網協議技術

空間因特網協議技術是指在衛星通信系統之間形成一個酷似因特網裝的信息系統，建立空間、地面和空中的聯系，在全球范圍之內接入/部署移動用戶。該技術通過IPv6協議以及衛星IP協議提高信號的傳送速度和帶寬，通過衛星信息系統將信號由空中傳送到地面，確保自動的、動態的、網絡運行狀態，實現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星的連接，用戶可以利用地面的基本設施和地面系統，訪問需要方位的任何互用和數據。只要安全認證的任何用戶可以利用這種系統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，將現有的衛星通信系統實現了動態和端到端的連接，擴大了信息的容量，減少了控制，增加了適應性，擴大了覆蓋面等。

3.4 寬帶衛星通信技術

就目前出現的L，S，C，Ku頻譜資源與GEO衛星軌道資源緊缺與擁塞現象，使許多衛星通信采用EHF頻段和Q/F(40/60 GHz)頻段。但是，從市場發展前后相兼容角度看，選擇Ku/Ka混合結構也是解決上述問題的一個很好方式，這個手段有助于推動全球信息高速公路的發展，使無縫個人通信和Internet空中高速通道在全球實現。

3.5 星上處理技術

隨著信息高速公路的發展，IP業務、寬帶傳輸業務和個人PC通信漫游業務等業務量日益增加，在衛星轉發器的設計中使用衛星星上處理技術處理繁雜的信號，如美國的THRUYU衛星、ACTS衛星和亞洲蜂窩移動衛星等。星上處理技術能夠對衛星波束的調整和成型，路由的分配和頻率的轉換進行編程，完成了頻率和時隙的預分配，實現了信道的靈活交換、功率的按需分配、波束的靈活調整和端到端之間的話音通信。

3.6 數字信道選擇器技術

數字信道選擇器將上行鏈路帶寬分成2.6MHz的1900個獨立子信道，多個子信道可以達到任何區域覆蓋的聯通能力，實現了最大靈活度的操作。同時，數字信道選擇器也支持組播和廣播服務，并為網絡控制段提供極其有效、靈活的上行鏈路頻譜監測能力。通過數字信道選擇器，X頻段和Ka頻段實現了互連。

3.7 自適應信道分配技術

自適應信道分配技術能夠自動適應資源的配置，處理變化的業務信息，組織性和靈活性很強，使高碼率與低碼率的用戶可實現共享，可以綜合固定移動廣播網絡，能夠對這些網絡功能體積分布的控制。為交互式的媒體業務提供更廣泛的服務和應用，如視頻會議、無線因特網等，使移動網絡服務多元化發展。除了以上的衛星通信相關技術之外，還包括無縫鏈接技術、鏈路模擬器技術、頻率復用技術、數字處理技術、多址技術、射頻通信技術、現代編碼調制技術、擴頻跳頻技術、多點波束技術和同步光網絡技術。

這些先進的技術正在影響著衛星通信系統的發展趨勢，有助于衛星通信能夠為用戶提供更好的服務。

4 衛星通信發展的前景

隨著科學技術的快速發展，衛星通信系統能力的提高指日可待，將會為用戶提供更加優質的服務。但是，衛星通信系統在開發中也存在著不可估計的難度和風險，必須采取防范的措施。總體來說，科學技術的不斷創新，在推動者衛星通信技術的發展，衛星通信的發展前景一片大好。

衛星通信可以獨立成為一個系統。在科學技術的發展中，將來的衛星通信系統不再依賴于地面電信網的接受與發送信息設備，可以成為獨立的一個網絡體系，直接與用戶端進行鏈接，直接向用戶提供服務。這對無地面通信設施的地區來說，可以解決用戶信息的需求，降低了通信成本。

多種業務并存發展成為趨勢。建立一個以衛星通信VSAT系統的發展最主導，多種業務并存的衛星業務綜合體系成為衛星通信業務發展的方向，它將與地面多個業務信息系統鏈接，是對地面傳統業務傳輸網絡的補充和延伸，建立一個多元化、多領域、多功能的全球化網絡服務體系。

個人通信和數字通信的快速發展。中低軌衛星通信在移動衛星通信中有很大的發展前景，有助于未來“全球個人通信”的實現，是人們真正的進入了個人通信時代。在衛星通信容量和速率增加以及先進數字通信技術的影響下，衛星電視廣播業務的發展空間比較大，數字衛星廣播，使節目的數量和質量得到很大改善，從而提高人民的文化生活水平。

5 結語

隨著衛星高新技術的不斷出現、推廣和利用，通信衛星的功能將不斷擴大，使用的領域將不斷拓寬。21世紀的衛星通信，將會有更大的發展空間，并占據重要的地位，與光纖通信一起，成為未來人類通信的重要手段。

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