衛(wèi)星通信應(yīng)用技術(shù)發(fā)展研究

劉 妍

（東北石油管道有限公司，遼寧 沈陽 110005）

衛(wèi)星通信應(yīng)用技術(shù)發(fā)展研究

劉 妍

（東北石油管道有限公司，遼寧 沈陽 110005）

文章簡單說明了衛(wèi)星通信的基本特點(diǎn)，包括其通信覆蓋范圍廣、能夠和多址連接技術(shù)相結(jié)合共同形成龐大的通信網(wǎng)、傳輸性能穩(wěn)定等，并且從衛(wèi)星通信的應(yīng)用方面、技術(shù)方面以及典型系統(tǒng)方面的發(fā)展進(jìn)行了全方位的分析，最后就衛(wèi)星通信的發(fā)展前景進(jìn)行了展望，以備相關(guān)人士參考。

衛(wèi)星通信；近期發(fā)展；前景展望

現(xiàn)階段的衛(wèi)星通信技術(shù)不斷地吸收地面通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并對自身進(jìn)行持續(xù)性的完善，同時(shí)還與其進(jìn)行了適當(dāng)?shù)娜诤吓c互補(bǔ)，雖然中國的衛(wèi)星通信技術(shù)與從前相比已經(jīng)取得了較為迅速的發(fā)展，可是就其實(shí)際形勢與西方發(fā)達(dá)國家相比較還存在很大的發(fā)展空間，因此，相關(guān)科研工作者還要加大工作力度，在實(shí)踐的過程中不斷提升自身的專業(yè)技術(shù)水平建設(shè)，從而促進(jìn)我國衛(wèi)星通信事業(yè)更加深遠(yuǎn)的發(fā)展。

1 衛(wèi)星通信的基本特點(diǎn)

1.1 通信覆蓋范圍廣

地球同步軌道（Geosynchronous Orbit，GEO)衛(wèi)星與地球表面的距離高度為35 860 km，只需一個(gè)衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)，就能實(shí)現(xiàn)超過10 000 km的遠(yuǎn)距離通信。每一顆衛(wèi)星所能夠進(jìn)行覆蓋的范圍是全球表面的42.4%，以這樣的數(shù)值來計(jì)算，只要利用3顆同步軌道衛(wèi)星就能夠覆蓋除兩極緯度76°以上地區(qū)以外的世界表面及臨地空間[1]。由此看來，衛(wèi)星通信所能夠覆蓋的通信范圍是極為廣泛的。

1.2 能夠和多址連接技術(shù)相結(jié)合共同形成龐大的通信網(wǎng)

衛(wèi)星通信技術(shù)可以在一顆衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，打破傳統(tǒng)依賴顯式的交換形式，只要通過衛(wèi)星中繼傳輸以及多址復(fù)用技術(shù)就可以組建形成具有大量通信用戶的大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)。

1.3 傳輸性能穩(wěn)定

衛(wèi)星通信鏈路在一般情況下都是通過自由空間傳播的視距進(jìn)行通信的，因此由于信息傳輸而產(chǎn)生的損耗情況相對穩(wěn)定，并且這種損耗率可以進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)算，在這種情況下多徑效應(yīng)就可以忽略不計(jì)，除非是利用很低的增益天線進(jìn)行信息接收的移動(dòng)通信以及個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)終端。

1.4 通信容量大

由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信息傳輸通道處于微波頻率范圍之內(nèi)，因此其包含的頻率資源極其豐富。

2 衛(wèi)星通信的近期發(fā)展

2.1 應(yīng)用方面

首先是以通信用戶與業(yè)務(wù)發(fā)展要求為依托而發(fā)生的變化，從面向節(jié)點(diǎn)以及團(tuán)體小用戶再到面向批量性的個(gè)人用戶。因?yàn)榭捎脦挿N類的發(fā)展，促使通信系統(tǒng)對其用戶數(shù)量的支持功能得到很大的提升，并且目前已經(jīng)形成了一定規(guī)模的效益。通信業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)模式下，以發(fā)展話音業(yè)務(wù)為主而逐漸變化成為以視頻、數(shù)據(jù)信息、Internet以及話音等結(jié)合，從而形成通信業(yè)務(wù)、廣播業(yè)務(wù)以及點(diǎn)播業(yè)務(wù)互相融合互相協(xié)調(diào)的綜合性業(yè)務(wù)。其次是隨著移動(dòng)衛(wèi)星通信科技的發(fā)展，其功能目前已經(jīng)可以通過手持機(jī)來完成。現(xiàn)階段不管是低軌星座系統(tǒng)還是同步軌道的系統(tǒng)，都能靈活地實(shí)現(xiàn)手持機(jī)與手持機(jī)之間的通信活動(dòng)，而手持機(jī)的大小總體上來講基本可以與地面蜂窩系統(tǒng)的移動(dòng)手機(jī)相差無多，甚至已經(jīng)有部分系統(tǒng)可以支持雙模手機(jī)和多模手機(jī)功能。

2.2 技術(shù)方面

2.2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)觀念的變化

衛(wèi)星通信系統(tǒng)從最初階段的點(diǎn)到點(diǎn)應(yīng)用，到隨后的單一性組網(wǎng)應(yīng)用，再到現(xiàn)階段的復(fù)雜性通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，在這一發(fā)展過程當(dāng)中系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念完成了從技術(shù)的角度到通信工作運(yùn)營層面角度的轉(zhuǎn)變。通信技術(shù)的復(fù)雜促使整個(gè)通信系統(tǒng)管理變得復(fù)雜化，可是卻能夠使其具體應(yīng)用過程得以簡單化發(fā)展。

2.2.2 衛(wèi)星平臺以及載荷技術(shù)的全方位發(fā)展

現(xiàn)階段的通信衛(wèi)星平臺包括大衛(wèi)星和小衛(wèi)星平臺，隨著大衛(wèi)星平臺規(guī)模的持續(xù)發(fā)展，其對應(yīng)的衛(wèi)星運(yùn)行軌道壽命也變得更持久，同時(shí)，衛(wèi)星進(jìn)行工作的功率持續(xù)增加，衛(wèi)星載荷重量也隨之提高。相比而言小衛(wèi)星平臺的發(fā)展方向則趨于更加小型化、低成本以及一箭多星發(fā)射的方面發(fā)展。通信平臺功能的不斷完善在很大意義上提升了衛(wèi)星的有效載荷能力，自從星載大規(guī)模通信平臺的可展開天線以及相控陣天線得以投入使用之后，衛(wèi)星系統(tǒng)的G/T值以及EIRP數(shù)值也得以有效提升。數(shù)字多波束的研發(fā)和應(yīng)用、數(shù)字信道化器技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用以及星上處理和交換功能的不斷完善等相關(guān)因素共同發(fā)揮作用提升了衛(wèi)星通信的能力。每一顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量從初期階段的幾個(gè)直到后期的幾十個(gè)，再發(fā)展到目前的數(shù)百個(gè)甚至于上千個(gè)。

2.2.3 點(diǎn)波束和頻率復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用

衛(wèi)星通信性能會(huì)受到地面網(wǎng)絡(luò)的擠壓作用而受到影響，同時(shí)也會(huì)從這一影響過程當(dāng)中吸取一定經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)階段的衛(wèi)星通信體系大多進(jìn)行了點(diǎn)波束技術(shù)的覆蓋，目前單顆衛(wèi)星波束的數(shù)量已經(jīng)從幾十個(gè)發(fā)展為幾百個(gè)，通過利用點(diǎn)波束間的頻率復(fù)用手段促使通信系統(tǒng)的可用帶寬質(zhì)量得以有效提升，甚至一個(gè)新型衛(wèi)星提供的可用帶寬相當(dāng)于5～20顆。上一代衛(wèi)星提供的帶寬性能，在很大程度上擴(kuò)充了系統(tǒng)的容量，從而達(dá)到全面控制運(yùn)營成本和用戶使用成本的目的。

2.3 典型系統(tǒng)分析

2.3.1 移動(dòng)通信系統(tǒng)

在靜止?fàn)顟B(tài)下的軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中能夠呈現(xiàn)世界性通信范圍的系統(tǒng)基本包括國際移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、區(qū)域覆蓋性較強(qiáng)的亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)以及瑟拉亞衛(wèi)星等系統(tǒng)。國際移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)是由國際移動(dòng)衛(wèi)星公司負(fù)責(zé)研發(fā)以及運(yùn)營的全球范圍性的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。這一通信系統(tǒng)在20世紀(jì)末期被投入使用并且一直沿用至今，目前已經(jīng)發(fā)展為第4代。如今的Inmarsat系統(tǒng)是全球范圍內(nèi)唯一個(gè)可以同時(shí)為海、陸、空各層次的通信用戶提供全球化、全天候以及全方位的全球通信以及遇險(xiǎn)安全通信業(yè)務(wù)的系統(tǒng)。ACeS系統(tǒng)具有向地球表面的固定式、移動(dòng)式、便攜式以及手持式等各種通信用戶的終端平臺提供話音、傳真、低速數(shù)據(jù)以及因特網(wǎng)服務(wù)等功能。Thuraya系統(tǒng)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍包括地球上一百多個(gè)國家和地區(qū)，面積大約占整個(gè)地球面積的1/3，可以為全球23億人口提供衛(wèi)星移動(dòng)通信服務(wù)[2]。Thuraya系統(tǒng)終端整合了衛(wèi)星、GSM，GPS 3種功能，能夠?yàn)閺V大通信用戶提供語音、短信、數(shù)據(jù)、傳真和GPS定位業(yè)務(wù)。SkyTerra公司的SkyTerra系統(tǒng)利用衛(wèi)星和地面技術(shù)的有效結(jié)合，在全美國范圍內(nèi)提供3G-LTE無線寬帶網(wǎng)絡(luò)。如今支持WiFi功能 的設(shè)備，如PC，筆記本等，可以通過數(shù)據(jù)卡、嵌入式Modem和路由器等連接到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是采用了輔助地面組件技術(shù)，通過其應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的無縫集成，用戶在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)之間可以實(shí)現(xiàn)透明的轉(zhuǎn)換。

2.3.2 低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

低軌系統(tǒng)信號路徑衰耗小，信號時(shí)延短，可做到真正的全球覆蓋。也正是因?yàn)檫@些特點(diǎn)而倍受廣大通信用戶的青睞，典型的低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括Iridium和Globalstar。寬帶多媒體系統(tǒng)具有代表性的寬帶多媒體衛(wèi)星有阿尼克-F2（Anik-F2），iPSTAR 及太空之路-3（Spaceway-3）等衛(wèi)星。

3 衛(wèi)星通信的前景展望

現(xiàn)階段有線電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)以及有線電視網(wǎng)絡(luò)正朝著融合的趨勢發(fā)展，目前已經(jīng)落成了骨干通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，地面移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)絡(luò)正是利用無線核心網(wǎng)絡(luò)這一骨干網(wǎng)進(jìn)行連接而完成信息資源的整合。這一發(fā)展趨勢也正是對衛(wèi)星通信行業(yè)未來發(fā)展前景的一種預(yù)示。伴隨著各種不同類型的衛(wèi)星通信終端的不斷介入，各種IP化的終端都會(huì)有屬于自身的地面終端接入網(wǎng)點(diǎn)，可是IP化發(fā)展與衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的傳輸與交換完全實(shí)現(xiàn)IP化還存在一定的差異性，IP化能夠有效保留其固有的信息傳輸與交換形式，這不但可以保障衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的可靠性，同時(shí)更加有益于衛(wèi)星通信基本優(yōu)勢的全面發(fā)揮[3]。

在衛(wèi)星通信技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用中，在Ka頻率段的LEO衛(wèi)星群蜂窩網(wǎng)的基礎(chǔ)上，不但豐富了可用頻率資源，還在很大程度上提高了通信容量，這就更加利于通信用戶端的成本控制，同時(shí)還能夠很好地體現(xiàn)出衛(wèi)星通信無縫覆蓋這一優(yōu)勢。中國有一大半用戶都在使用的4G地面蜂窩，和國外大多數(shù)國家相比較其很多細(xì)節(jié)上有著不同之處。而衛(wèi)星通信接入因特網(wǎng)，其競爭力與4G網(wǎng)絡(luò)相比還存在一定差距，這種差距主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面積上。因此，雖然國際上正在針對小衛(wèi)星群支持因特網(wǎng)接入形式進(jìn)行深入性的研究，可是目前相關(guān)技術(shù)還基本屬于嘗試階段，研究成果還不太成熟，值得一提的是，中國在衛(wèi)星通信完成和因特網(wǎng)直接對接技術(shù)的成功運(yùn)用完成了我國衛(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)勢在科技飛速發(fā)展的今天仍舊有著很高的實(shí)用價(jià)值與社會(huì)意義，這與市場份額的所占比例并沒有直接的關(guān)聯(lián)性，想要權(quán)衡衛(wèi)星通信的社會(huì)價(jià)值以及使用價(jià)值，首先就應(yīng)當(dāng)從通信行業(yè)的發(fā)展前景以及趨勢進(jìn)行全面考慮。所以，我們還要本著更強(qiáng)的創(chuàng)新思維和勇氣去迎接即將面臨的各種挑戰(zhàn)。中國衛(wèi)星通信研究是以國家為主導(dǎo)的，在不久的將來也應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變成以市場為主導(dǎo)的發(fā)展模式，只有這樣才能夠在全球化的競爭中屹立于不敗之地。

4 結(jié)語

隨著世界性科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的持續(xù)提升，用戶針對通信活動(dòng)的要求也變得個(gè)性化，這就對通信衛(wèi)星的通信技術(shù)發(fā)展提出了更高的要求。雖然中國的衛(wèi)星通信技術(shù)已經(jīng)取得了較為迅速的發(fā)展，可就其實(shí)際形勢與西方發(fā)達(dá)國家相比較還存在很大的發(fā)展空間，因此，相關(guān)科研工作者還要加大工作力度，在實(shí)踐的過程中不斷提升自身的專業(yè)技術(shù)水平建設(shè)，從而促進(jìn)我國衛(wèi)星通信事業(yè)取得更加深遠(yuǎn)的發(fā)展。

[1]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（6）：161-176.

[2]宋洋.當(dāng)前衛(wèi)星通信的發(fā)展與前景展望[J].新媒體研究，2016（11）：37，42.

[3]張俊祥.衛(wèi)星通信發(fā)展展望[J].無線電通信技術(shù)，2012（4）：1-4.

Research on the development of satellite communication application technology

Liu Yan
（Northeast Petroleum Pipeline Company Limited, Shenyang 110005, China）

This paper brie fl y describes the basic characteristics of satellite communication, including its wide range of communication coverage, and it can be combined with multiple access technology to form a huge communication network, and stable transmission performance, and this paper comprehensively analyzes it from the development of satellite communications application, technical aspects and typical system aspects, and fi nally the prospects for the development of satellite communications is analyzed, which is expected to provide some reference for the relevant parties.

satellite communication; recent development; prospect

劉妍（1973— ），女，四川射洪人，本科，工程師；研究方向：企業(yè)語音交換，通信傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的搭建、運(yùn)營及維護(hù)。