衛(wèi)星通信的發(fā)展與應(yīng)用

鄭莉 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司有線所

衛(wèi)星通信的發(fā)展與應(yīng)用

鄭莉 中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司有線所

當(dāng)今時(shí)代衛(wèi)星通信的發(fā)展日新月異，本文從衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史入手，概述了衛(wèi)星通信現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀和衛(wèi)星通信平臺(tái)的相關(guān)技術(shù)發(fā)展，針對(duì)衛(wèi)星通信的特點(diǎn)，對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

衛(wèi)星通信 多波束天線 蜂窩網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)

1 引言

人類歷史上第一顆商用通信衛(wèi)星來自于1965年，由美國發(fā)射該衛(wèi)星，讓衛(wèi)星通信在人們的生活、工作中的應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。衛(wèi)星通信之所以能夠?qū)θ祟惖纳a(chǎn)生活方式產(chǎn)生這么大的影響，主要是與其它通信方式相比有著顯著的特點(diǎn)：

（1）衛(wèi)星通信覆蓋面積大。目前的地球同步軌道衛(wèi)星可以達(dá)到全球面積的42%范圍覆蓋，保守估計(jì)使用三顆衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)對(duì)地球的全覆蓋，如圖1所示。

圖1 地球同步軌道衛(wèi)星覆蓋示意圖

（2）通信距離遠(yuǎn)。目前的衛(wèi)星通信的發(fā)展，就地球同步軌道衛(wèi)星而言，其海拔高度為35860千米，在這個(gè)高度下，一個(gè)中繼就能夠?qū)崿F(xiàn)一萬多千米的通信距離。

（3）通信位置靈活。衛(wèi)星通信的工作范圍和覆蓋方式?jīng)Q定了其靈活的通信優(yōu)勢，只要能夠覆蓋到其位置就能實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的傳輸，所以通信終端可以靈活組網(wǎng)、隨身被人攜帶，由衛(wèi)星通信所建立的通信網(wǎng)絡(luò)不受地理位置的限制。

（4）通信質(zhì)量好。在通信學(xué)科中，能夠體現(xiàn)通信質(zhì)量好的主要原因是通信網(wǎng)絡(luò)的信道傳輸穩(wěn)定、在通信鏈路上的損耗較小。衛(wèi)星通信的鏈路是視距通信鏈路，主要靠自由空間的傳播來維持通信過程。

（5）通信容量大。衛(wèi)星通信的頻率資源豐富，可容納多用戶的同時(shí)通信需求。

2 衛(wèi)星通信平臺(tái)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 衛(wèi)星通信平臺(tái)的發(fā)展

衛(wèi)星平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的基礎(chǔ)建設(shè)，是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星科技不斷進(jìn)步的堅(jiān)實(shí)后盾。當(dāng)前，衛(wèi)星平臺(tái)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電池功率30kW，總重達(dá)到7噸這樣的數(shù)字，衛(wèi)星平臺(tái)的設(shè)施建設(shè)越大，其所能包容的衛(wèi)星通信應(yīng)用范圍越大。我國的自主研發(fā)的最大的衛(wèi)星通信平臺(tái)是東方紅4號(hào)，現(xiàn)已經(jīng)達(dá)到了電池功率10.5kW的國際先進(jìn)水平，東方紅5號(hào)還在實(shí)驗(yàn)中，其規(guī)模比東方紅4號(hào)要大很多。

2.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展

自1965年的首發(fā)衛(wèi)星之后，這幾十年的時(shí)間內(nèi)全球的移動(dòng)業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)迅速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家相繼開發(fā)了提供陸地移動(dòng)業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，有加拿大的MSAT、美國的LMSS、歐洲的EUTELSAT等等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)通信終端的隨時(shí)通信鏈接的建立，要求軌道衛(wèi)星不能靜止，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研發(fā)和建立，為手持型通信終端提供了更多的業(yè)務(wù)種類，推動(dòng)了衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展。

3 衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

衛(wèi)星通信中需要用到調(diào)制解調(diào)技術(shù)對(duì)信號(hào)的收發(fā)進(jìn)行相應(yīng)的處理，其中最常用的技術(shù)有QPSK、BPSK、APSK等，但隨著發(fā)展的需要，通信對(duì)于數(shù)據(jù)的高速傳輸?shù)囊笤絹碓礁撸槍?duì)高階調(diào)制方式如8PSK、16APSK、16QAM等的研究和應(yīng)用越來越多。APSK調(diào)制是根據(jù)星座圖中包含的相位、幅度信息可分離的特性，對(duì)幅度進(jìn)行調(diào)制，但不影響相位特征，一般應(yīng)用在衛(wèi)星電視廣播中。

OFDM正交頻分復(fù)用技術(shù)采用多載波進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，在4G、5G移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛，主要能夠?qū)苟嘟?jīng)衰落引起的信號(hào)干擾。但OFDM在衛(wèi)星移動(dòng)通信中的應(yīng)用有所受限，因?yàn)樾l(wèi)星的下行鏈路有所要求，其功率限制范圍較低，很難是OFDM發(fā)揮出其主要的作用，導(dǎo)致多載波互調(diào)干擾產(chǎn)生。但現(xiàn)在的衛(wèi)星通信中也對(duì)OFDM有所應(yīng)用，但一般不是犧牲頻帶效率，就是犧牲計(jì)算復(fù)雜度。

3.2 糾錯(cuò)編碼技術(shù)

在信息進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，誤比特率需要降低才能保證信息傳輸?shù)恼_性。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`比特率為，這需要高信噪比，導(dǎo)致對(duì)發(fā)射功率的消耗變大。一般采用糾錯(cuò)編碼與調(diào)制技術(shù)結(jié)合，有效的損失較小的頻帶效率，從而實(shí)現(xiàn)誤比特率的大幅度降低。

3.3 擴(kuò)頻通信技術(shù)

由于衛(wèi)星通信的開放性，軍事通信上往往采用擴(kuò)頻通信進(jìn)行隱蔽和抗干擾。擴(kuò)頻包括直接序列擴(kuò)頻、跳變頻率、跳變時(shí)間和線性調(diào)頻這四種方式。直接序列擴(kuò)頻是使信號(hào)的頻帶擴(kuò)展N倍，對(duì)應(yīng)接收端進(jìn)行同樣序列的解擴(kuò)設(shè)置，能夠提高N倍的信噪比，并使系統(tǒng)的干擾容限提高。

3.4 多址和復(fù)用技術(shù)

多址接收是從通信節(jié)點(diǎn)所接收到的多路信號(hào)中分別進(jìn)行信號(hào)來源的準(zhǔn)確區(qū)分，選擇需要路徑的信號(hào)進(jìn)行處理，復(fù)用是將多路數(shù)據(jù)流安排到一條共享信道上進(jìn)行同時(shí)傳輸和通信。FDMA（多址復(fù)用技術(shù)）在衛(wèi)星通信中能夠擴(kuò)大系統(tǒng)的用戶容量。

4 總結(jié)

衛(wèi)星通信網(wǎng)在已經(jīng)將有線電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、有線電視網(wǎng)融入到了骨干網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)其與無線核心網(wǎng)的互聯(lián)，民用衛(wèi)星通信的規(guī)模將不斷擴(kuò)大。

[1]董恩奇,劉珍寶,胡俊煒.衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展應(yīng)用[J].藝術(shù)科技,2016,29(9)

[2]易克初,李怡,孫晨華,等.衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望[J].通信學(xué)報(bào),2015,36(6):157-172