衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

劉 成

國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局

衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

劉 成

國家新聞出版廣電總局無線電臺管理局

隨著衛(wèi)星通信的進(jìn)一步運(yùn)用，衛(wèi)星通信可以無縫覆蓋三維空間，適合多個(gè)固定或移動用戶及固定與移動用戶之間信息的傳遞，因此廣泛應(yīng)用于國內(nèi)，國際通信，軍事通信，電視廣播等領(lǐng)域。衛(wèi)星通信在廣泛運(yùn)用中所存在的問題也需要進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)，比如整體成本較高、鏈路傳輸衰減大，鏈路傳輸時(shí)延長等。基于此，文章就衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望進(jìn)行簡要的分析，希望可以提供一個(gè)借鑒。

衛(wèi)星通信；近期發(fā)展；前景展望

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作原理及基本組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，分別為測控系統(tǒng)，通信衛(wèi)星，監(jiān)管系統(tǒng)及地球站，其中測控系統(tǒng)負(fù)責(zé)測量和控制通信衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡，起著中繼站作用的通信衛(wèi)星，接收所有地面站發(fā)來的射頻信號，然后經(jīng)過放大和變頻處理，將信息傳送到地球站，地球站的功能是將要傳送的基帶信號經(jīng)過處理變?yōu)樯漕l信號，發(fā)送給通信衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號并解調(diào)出對應(yīng)傳送的基帶信號，并將該信號通過地面網(wǎng)絡(luò)傳給用戶，監(jiān)管的職責(zé)是確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，對應(yīng)的組成框圖如圖1。

圖1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本組成框圖

2.衛(wèi)星通信的發(fā)展現(xiàn)狀

按照各方面所進(jìn)行業(yè)務(wù)的不同，把衛(wèi)星通信分為三種：(1)寬帶衛(wèi)星通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；(2)衛(wèi)星通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；(3)衛(wèi)星移動通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，這些方面的衛(wèi)星通信系統(tǒng)也都能夠得到相應(yīng)的應(yīng)用，以下就是這些系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行一些介紹。

2.1 寬帶衛(wèi)星通信及其系統(tǒng)

寬帶衛(wèi)星通信一般來說就是把通信衛(wèi)星用來作為一個(gè)中繼站，就可以在各個(gè)地面站進(jìn)行相關(guān)的通信，它就是把寬帶業(yè)務(wù)以及相關(guān)的衛(wèi)星通信拿來使他們能夠有效地結(jié)合在一起，當(dāng)然這也是現(xiàn)在的衛(wèi)星通信所需要進(jìn)行發(fā)展的一個(gè)重要業(yè)務(wù)。

2.2 衛(wèi)星固定通信及系統(tǒng)

固定通信作為作為衛(wèi)星通信中的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)之一，應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用方面有電信服務(wù)、廣播電視、內(nèi)部專網(wǎng)、數(shù)據(jù)收集等方面。根據(jù)速率的不同，可以把衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)分為兩類，一類是窄帶業(yè)務(wù)，一類是寬帶業(yè)務(wù)。窄帶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是：窄帶通過話音和低俗數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)推動自身發(fā)展，相對來說發(fā)展較為緩慢；與之形成鮮明對比的是寬帶業(yè)務(wù)取得了不錯(cuò)的發(fā)展，在寬帶業(yè)務(wù)中，IP業(yè)務(wù)發(fā)展尤為迅速。如：電視會議、遠(yuǎn)程醫(yī)療、通信傳播等。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可得，近些年進(jìn)來，話音業(yè)務(wù)占的比重越來越低，占到14%左右，視頻業(yè)務(wù)所占比重大幅增加，占到62%，其他24%為傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

衛(wèi)星固定通信，近些年來取得了不錯(cuò)的發(fā)展，其具有以下方面的特點(diǎn)：①從組網(wǎng)方式來看，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式向點(diǎn)到多的通信方式轉(zhuǎn)變的過程，具體方面如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分發(fā)等；②從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上來看，由原先的沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的VSAT體系逐步轉(zhuǎn)化為DVB體系和TCP/IP協(xié)議。

2.3 衛(wèi)星移動通信及系統(tǒng)

衛(wèi)星移動通信是一種幫助用戶之間實(shí)現(xiàn)相互通信的一種通信方式，其中可是實(shí)現(xiàn)移動用戶與移動用戶之間的通信、移動用戶與固定電話之間的通信等。它一般會利用通信衛(wèi)星作為其信號中繼站，它既具有傳統(tǒng)衛(wèi)星固定通信的特點(diǎn)，又具有地面移動通信的特點(diǎn)。具體到表現(xiàn)形式上，一方面它可以它可以作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供強(qiáng)大的移動業(yè)務(wù)，另一方面它也是一個(gè)移動通信系統(tǒng)，利用衛(wèi)星中繼站實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)功能。現(xiàn)對國際目前使用范圍廣，影響力大的衛(wèi)星系統(tǒng)作一介紹如下。

Inmarsat系統(tǒng)，名為國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)，它通過靜止軌道提供全球范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)，它的經(jīng)營者是國際海事組織者。BGAN系統(tǒng)是Inmarsat系統(tǒng)的第四代業(yè)務(wù)簡稱，它具有強(qiáng)大的功能，可以借助手持終端而向全球范圍內(nèi)的客戶提供話音和寬帶數(shù)據(jù)，并且提供速率穩(wěn)定高效。Thuraya系統(tǒng)是一個(gè)靜止且具有一定區(qū)域性的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，是一個(gè)阿聯(lián)酋衛(wèi)星通信公司建立。其衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋面積廣，基本上覆蓋了整個(gè)歐洲和其他一些洲和地區(qū)，在世界范圍內(nèi)有120個(gè)國際、28億人次使用此衛(wèi)星系統(tǒng)。并且，其提供的內(nèi)容功能多樣，有語音、數(shù)據(jù)、定位等功能。

3.衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)分析

3.1 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

衛(wèi)星通信中最常用的調(diào)制方式是QPSK、OQPSK和π/4DQPSK等，近年來，高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笈c轉(zhuǎn)發(fā)器資源緊缺推動了8PSK、16APSK、16QAM等高階調(diào)制方式的研究與應(yīng)用。其中APSK調(diào)制因其星座中所含幅度和相位信息是變量可分離的，可以采用簡單的預(yù)失真法進(jìn)行幅度非線性矯正而不影響相位特性，使之在透明轉(zhuǎn)發(fā)這種高階調(diào)制信號時(shí)的功率效率不明顯降低。因此，APSK調(diào)制在衛(wèi)星電視廣播中得到應(yīng)用，在衛(wèi)星寬帶移動通信中也有很好的應(yīng)用前景。

3.2 糾錯(cuò)編碼技術(shù)

在衛(wèi)星通信的前期發(fā)展中，使用最為廣泛的信道編碼是由卷積碼作為內(nèi)碼、RS碼作為外碼的串行級聯(lián)碼。這是因?yàn)榫矸e碼實(shí)現(xiàn)簡單、譯碼門限較低，而RS碼的譯碼復(fù)雜度低，在輸入信息誤碼率較高時(shí)能獲得較高的編碼增益，例如，3/4卷積碼與RS編碼級聯(lián)情況下在達(dá)到BER=10-7時(shí)可獲得5.2dB編碼增益。

3.3 擴(kuò)頻通信技術(shù)

衛(wèi)星通信信道開放性的特點(diǎn)帶來的隱蔽性差、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)，可采用擴(kuò)頻技術(shù)克服，因此擴(kuò)頻通信主要用于隱蔽通信和抗干擾軍事通信。擴(kuò)頻主要有直接序列擴(kuò)頻(DSSS，directsequencespectrumspreading)、跳變頻率(FH，frequencyhopping)、跳變時(shí)間和線性調(diào)頻等4種基本工作方式。跳頻(FH)通信中，發(fā)送端將調(diào)制信號的載波頻率在很寬的頻率范圍中按照某種秘密約定的跳頻圖案進(jìn)行跳變，接收端采用同樣跳變的本地振蕩進(jìn)行正交下變頻，變回為零中頻信號再進(jìn)行基帶解調(diào)、符號判決和譯碼。因此FH比DSSS更容易將信號頻譜擴(kuò)展到更寬的頻率范圍，可獲得更高的處理增益。

3.4 多址和復(fù)用技術(shù)

所謂多址(multipleaccess)是指某個(gè)站從它接收到的多路信號中區(qū)分各路信號來自哪個(gè)站點(diǎn)，并根據(jù)需要選擇其中一路或幾路進(jìn)行接收處理；也可以是某一站以某種信道復(fù)用方式廣播地發(fā)送多路信號，讓其他各站能按需選擇其中一路或幾路信號進(jìn)行接收處理。所謂復(fù)用即多路復(fù)用(multiplexing)，是指多個(gè)數(shù)據(jù)流的數(shù)字調(diào)制信號共享一條信道進(jìn)行傳輸時(shí)的信道共享方法。

4.衛(wèi)星通信的發(fā)展前景

在當(dāng)今的時(shí)代，有線電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)有效的合并，形成了骨干通信網(wǎng)絡(luò)。而地面移動通信蜂窩網(wǎng)，則是通過無線核心網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通信資源的整合運(yùn)用。

在衛(wèi)星通信的發(fā)展過程中，基于Ka頻率段的LEO衛(wèi)星群蜂窩網(wǎng)的發(fā)展，不僅增加了可用頻率資源，還帶來了通信容量的大幅增加。如此，對降低用戶端的成本有著顯著的效應(yīng)，且突顯了衛(wèi)星通信的無縫覆蓋優(yōu)勢。其在國際民用通信中占據(jù)了較大的比例，但這種模式在我國的運(yùn)用又存在著一些差異。我國基于4G的地面蜂窩網(wǎng)，占據(jù)了民用通信市場的半壁江山，與國外大多數(shù)國家相比有著很大的差異。而衛(wèi)星通信的接入因特網(wǎng)，其競爭力還遠(yuǎn)不如4G，因?yàn)槠涓采w的密度與4G相比還差了幾個(gè)數(shù)量級。所以，盡管國際上正在研發(fā)小衛(wèi)星群支持因特網(wǎng)接入，相關(guān)技術(shù)尚未處于嘗試階段，但可以預(yù)見其僅能在國外占據(jù)一定的市場份額，而我國民用通信市場依然是4G的天下。

值得一提的是，在我國，衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)直接對接成功的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)對地面網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，衛(wèi)星通信的無縫覆蓋優(yōu)勢依然具有較高的實(shí)用價(jià)值和社會意義，這與市場份額的占有量并無直接的相關(guān)性。要衡量衛(wèi)星通信的社會價(jià)值和使用價(jià)值，需要從通信的前景發(fā)展需求細(xì)細(xì)考量。因此，我們?nèi)孕枰愿訌?qiáng)大的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新勇氣去迎接所遇見的競爭與挑戰(zhàn)。且我國衛(wèi)星通信由政府主導(dǎo)的模式，也應(yīng)盡快轉(zhuǎn)變?yōu)橐允袌鰹橹鲗?dǎo)的模式，如此，才能在全球化的競爭中，取得一席之地并獲得長足的發(fā)展。

總之，衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)影響著人們生活的方方面面，同時(shí)在國家戰(zhàn)略層次上也是需要不斷推進(jìn)研發(fā)的產(chǎn)業(yè)。因此，衛(wèi)星通信的發(fā)展無疑是前途光明而且意義重大的。我們應(yīng)該以更強(qiáng)的創(chuàng)新意識和更大的創(chuàng)新勇氣去迎接競爭和挑戰(zhàn)。

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[2]劉劉.軍事衛(wèi)星通信的發(fā)展及運(yùn)用實(shí)踐微探[J].中國新通信，2016，16：35.

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