衛星移動通信系統的關鍵技術分析與研究

劉錦超

【摘要】 衛星移動通信技術具有覆蓋面廣、通信頻帶寬、靈活機動以及不受地域限制等優勢，是未來通信技術發展的主流趨勢。在軍用以及民用通信領域有著非常重要的作用，鑒于此，本文對衛星移動通信系統的關鍵技術進行詳細分析。

【關鍵詞】 衛星移動通信系統 GEO LEO

引言

在現代化科學技術的推動下，移動通信有了突破性的發展，尤其是在全球信息化的大背景下，人們的移動通信業務不斷增長，對移動通信系統的依賴程度也越來越高，傳統的移動通信系統顯然已經無法滿足人們日益增長的業務需求，尤其是在高原、荒漠以及偏遠海島等惡劣的地理環境中，傳統移動通信技術根本不能進行正常通信。衛星移動通信以通信衛星為主要中繼站，輕松實現了移動用戶之間或者移動用戶與固定用戶之間信息互聯的現代化通信方式。因此以衛星為依托的移動通信系統，憑借其廣闊的覆蓋面積、靈活機動等特點，成為了未來移動通信技術發展的主要方向。

一、衛星移動通訊的發展

在衛星移動通信系統發展領域中，根據軌道的不同主要分兩種技術形式，一種是大型低軌道衛星系統（Low Earth Orbit，LEO），例如銥星系統；另一種則是利用地球同步軌道衛星（Geosynchronous Orbit，GEO）和大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統，例如Thuraya舒拉亞、Inmarsat國際海事衛星以及美國最新裝備的MUGS移動用戶目標系統等。

衛星移動通信系統根據軌道的不同，衛星大小以及數量的差異導致LEO和GEO兩種系統有著非常明顯的技術特點。GEO衛星系統數據傳輸時延百毫秒量級，實時性差，傳輸損耗大，需要大的天線和功放；其系統建設周期短，壽命長，建設維護費用相對較低，性價比高。衛星相對地面固定，對星容易，不需要復雜跟蹤控制系統，單顆衛星即可開展業務，通過增加衛星數量，可提高系統性能和容量。但其體積和重量偏大，發射升空難度大，風險高。軌道位置固定衛星數量少且沒有備份衛星，抗干擾能力差，電磁兼容和軌道協調都是重要難題。LEO衛星系統數據傳輸時延十毫秒量級，實時性能佳、傳輸損耗小，不需要大天線。衛星體積小，重量輕，研制周期短，發射難度低，并且靈活機動，可搭載發射或一箭多星發射，衛星分不同軌道平面，多個衛星同時運行相互備份，抗毀性強。但系統設計復雜、建設周期長、難度大。LEO衛星要在軌道面形成星座圖，并且相對地面高速運動需配有完美的跟蹤管理控制系統，還需建立全球信關站或實現星上交換處理功能。同時必須當所有衛星在軌運行時，才能提供有效的全球移動通信服務。

LEO和GEO兩種衛星移動通信系統存在較為明顯的優劣性，GEO系統更適用于人口密集地區建立區域性個人移動通信系統，而LEO系統則更加適合在全球建立無縫覆蓋的移動通信系統。

二、衛星通信系統的關鍵技術

為能夠有效提升衛星移動通信系統數據傳輸的實時性、高效性以及優質性，所使用的衛星平臺必須具備調制解調、波束成型、星上交換、星載校準以及饋電鏈路數字處理等核心技術。下面就對衛星系統的關鍵技術進行詳細分析：

2.1星上處理技術

現階段，衛星移動通信系統數據交換技術主要包括全透明轉發、部分處理交換以及星上處理交換三種模式。其中透明轉發（Bent Pipe）衛星通信系統中，衛星轉發器只完成信號放大和頻率轉換，基本上與信號形式無關，對協議是透明的。該項技術較為成熟、風險相對較低，但是需要配合地面進行數據交換，因此信息傳輸的延時性較大；星上處理是衛星通信重要的技術之一，異步傳輸模式（ATM）是一種重要的星上交換處理模式，該技術實時性高、資源處理能力大、抗干擾能力強，但是由于技術發展時間較短，適用性和可靠性都不高。結合我國衛星技術的實際發展水平，以及社會發展對衛星移動通信系統需求，GEO衛星不宜采用難度較大的星上處理技術，但是在實際使用過程中，必須解決衛星通信傳輸的延時問題。

2.2衛星天線技術

衛星移動通信系統的天線技術經歷了從簡單天線，標準圓或橢圓波束、賦形天線，多饋源波束賦形到反射器賦形以及為支持個人移動通信而研制的多波束成型大天線的發展道路。衛星天線技術適用于地球同步軌道衛星和大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統，Aces亞洲蜂窩衛星裝配有兩副12米口徑L波段天線，Thuraya瑟拉亞裝配有12.25米口徑天線，Inmarsat國際海事衛星裝配有多波束天線。現階段，衛星天線技術是提升高頻譜利用率的最佳方式，通過天線波束成形、多點波束蜂窩結構和智能天線技術可以有效實現高密度、多重的頻率再利用。

2.3星間鏈路技術

星間鏈路是指用于衛星之間通信的鏈路，又被稱為星際鏈路或交叉鏈路（Crosslink）。通過星間鏈路可以實現衛星之間的信息傳輸和交換。通過星間鏈路將多顆衛星互聯在一起，形成一個以衛星作為交換節點的空間通信網絡。該項技術對于大型低軌道衛星系統而言，由于其信息覆蓋面較小，需要借助星間鏈路技術實現地面對衛星的有效控制，以及移動用戶之間的信息互聯。現階段，星間鏈路技術主要可以分為微波通信以及激光通信兩種實現方式。目前主要常用微波通信技術，該技術的缺點在于受頻帶寬度、重量、體積、價格以及功耗等方面的影響，無法實現衛星移動通信系統的高效實用，而激光通信方式則具有明顯的優勢，其超寬的頻譜帶寬可以有效提升衛星通信的潛在容量并且降低衛星載荷體積和重量，在提升信息保密性的同時還能減小信息傳輸的延時性。

三、海上衛星移動通信系統的發展

衛星移動通信系統由于不依賴于陸地基站、同其他無線通信手段相比可靠性高等特點在海上通信中占據了重要地位。大力發展衛星移動通信系統既是國家實施海洋戰略的時代需要，也是我國高科技產業核心競爭力的重要體現。研究表明，衛星移動通信系統由于技術上的限制，主要面臨衛星覆蓋范圍受限、衛星傳送信息易被竊取、信號臨道干擾及雨雪衰減等問題。

目前在航海應用中，GEO衛星系統主要用于語音通信及窄帶數據傳輸，雖然覆蓋范圍大但資費昂貴，且衛星資源受制于國外保密性能差。LEO衛星系統主要用于船載VSAT寬帶數據通信，但由于中低軌道衛星軌位資源寶貴，我國在近海海域上空缺少足夠衛星覆蓋，且現有衛星資源等級較低，在多顆衛星信號重疊區域通信效率不佳。綜合考慮技術成本和海上需求等因素，我國未來衛星移動通信的發展方向，應該以區域覆蓋為主，兼顧全球為輔，以窄帶業務為主逐步發展支持寬帶業務，綜合利用大型低軌道衛星系統、地球同步軌道衛星以及大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統特點，并且支持移動手持設備，保證信息傳輸的及時性和有效性。

四、結束語

綜上所述，隨著我國衛星移動通信技術的不斷發展，以及海上移動通信業務需求量的不斷擴大，無論是在民用還是在軍用領域，分析研究衛星移動通信系統關鍵技術，并結合海上實際對現有衛星通信系統提出有效改進措施，都將對做好海上通信保障起到重要的作用。

參 考 文 獻

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