衛星通信的近期發展與前景展望

紀雪嵐 南京熊貓電子科技發展有限公司 黃玉玲 馬秀梅 南京熊貓通信科技有限公司

引言：自一九九五年美國第一顆商用通信衛星發射以來，衛星通信技術就取得了巨大成就。它讓覆蓋全球豐富的通信服務得以實現，不僅在軍事中發揮著重要作用，同時在很大程度上影響著人類的生產生活方式。

1 衛星通信的主要特征分析

通信覆蓋區域大且通信距離遠：地球同步軌道（GEO）衛星距地面高度三萬五千八百六十千米，只需一個衛星中繼進行轉發，就能讓一萬多公里的遠距離通信得以實現；每一顆衛星可對全球表面的百分之四十二點四進行覆蓋，用三顆GEO衛星就能夠讓除兩極緯度七十六度以上地區以外的全球表面以及臨地空間覆蓋；

可把其廣播性和各種多址連接技術進行結合，從而讓龐大的通信網得以構成：在一顆衛星所覆蓋的區域之內，不必對顯式的交換進行依賴，只需把衛星中繼傳輸和多址/復用技術利用起來，就可以把擁有許多地面用戶的大型通信網構建起來。

機動靈活特征：衛星通信的建立不會受限于地理條件，在大城市或者是邊遠山區以及島嶼，隨地都能建立；通信終端也能夠在飛機、汽車上面進行搭載，甚至是個人攜帶；建站非常迅速，且組網具有一定靈活特征。

通信頻帶寬且通信容量大的特征：衛星通信信道屬于微波頻率的范圍，頻率資源十分豐富，并能夠不斷地發展。

信道質量好且傳輸性能穩定的特征：衛星通信鏈路通常都屬于自由空間傳播的視距通信，傳輸損耗十分穩定，可進行準確預算，多徑效應通常能夠進行忽略，除非是把很低增益天線的移動通信、個人通信終端采用起來。

通信設備的成本不會根據通信距離的變化而產生變化，所以在遠距離以及人類活動稀少地區是非常適用的。衛星通信也有一些缺點和需要改進的地方存在，比如：有衛星發射、星上通信載荷的成本非常高；衛星鏈路傳輸衰減較大；衛星鏈路傳輸的時候延大。

2 通信衛星平臺和信道資源的發展分析

2.1 衛星通信的頻率資源

在早期，GEO衛星轉發器主要是C以及Ku頻段，各有500 MHz帶寬，其上行分別位于6 GHz以及14 GHz周圍，下行分別在4 GHz以及12 GHz周圍；每個轉發器的帶寬有33 MHz和36 MHz以及54 MHz等；Ku后來到了800 MHz。把天線正交極化、多波束衛星天線以及低軌道衛星群等技術充分運用起來，可以讓上述頻率進行重復使用，擴大可用頻率資源許多倍。此外，把空間激光通信技術采用起來擴展信道資源，尤其是星際激光通信鏈路，它的容量可以和光纖通信進行比較，而抗干擾抗截獲能力是更佳的。

2.2 通信衛星平臺的發展

衛星平臺技術作為讓衛星通信應用以及市場競爭力得以提升的主要因素。現階段而言，世界上最大的通信衛星平臺有七噸之重，太陽能電池的功率有三十千瓦。

3 衛星通信技術的發展現狀和前景分析

3.1 調制解調技術

QPSK、OQPSK以及π/4DQPSK等是衛星通信中經常使用的調制方式。目前，伴隨高速數據傳輸的需求，以及轉發器資源愈加緊缺，就讓8PSK、16APSK以及16QAM等高階調制方式得到了廣泛研究、應用。其中APSK調制因其星座中的幅度、相位信息是能夠進行變量可分離的，可以把簡單的預失真法采用起來去進行幅度非線性矯正，而不對相位特性產生影響，使其在透明轉發這種高階調制信號的時候，功率效率不會在很大程度上降低。所以，APSK調制在衛星電視廣播中有了很好的應用，在衛星寬帶移動通信中的應用前景也是很好的。

3.2 擴頻通信技術

衛星通信信道的開放性的特點，隨之而來的是隱蔽性差以及抗干擾能力弱等劣勢，可把擴頻技術采用起來克服，所以擴頻通信主要在隱蔽通信、抗干擾軍事通信中進行使用。擴頻主要包括直接序列擴頻和跳變頻率以及跳變時間、線性調頻等四種工作方式。

3.3 多址和復用技術

所謂多址（multiple access）指的是：某個站從它接收到多路信號中對各路信號來自哪個站點進行區分，并根據需要，對其中一路或幾路進行選擇，再去進行接收處理；也可以是某一站用某種信道復用方式廣播地對多路信號進行發送，讓其他各站能按需要對其中一路或幾路信號進行選擇，再進行接收處理。所謂復用就是多路復用，指的是多個數據流的數字調制信號對一條信道共享，從而進行傳輸時的信道共享的方法。

3.4 星上信號處理和交換技術

3.4.1 星上信號處理

在早期，基于GEO衛星的通信都是對透明轉發器進行采用，從而讓中繼傳輸得以實現，這樣提供的信道資源應用具有很強的靈活性，轉發器能夠分頻帶出租給各個用戶，供其進行隨意應用。

3.4.2 星上交換

支持星上交換是OBP最重要的作用。再生式OBP可在星上對各路信號所傳輸的數據流進行獲取，所以對任何方式的交換都是支持，比如ATM交換以及IP交換、程控電路交換等。如果在星上讓IP交換得以實現，則衛星網和地面因特網的互聯，就會由此變得異常便捷。

3.5 空間激光通信技術

空間激光通信技術是指：把激光束作為信息載體，在自由空間里面進行通信，不但可作為衛星間的高速傳輸鏈路，還可以作為作為衛星和地面站之間的一個通信鏈路。但是后者可傳輸的信息速率偏低，且當有較濃的云霧存在，降雨時無法進行通信。攜帶信息的電信號調制在光束上進行發送，通信的雙端通過初定位、調整，再經過捕獲光束，瞄準、跟蹤建立起光鏈路，去進行信息傳輸。

4 衛星通信的前景展望

有線電信網以及計算機局域網、有線電視網已讓三網融合得以實現，并入骨干網，地面移動通信蜂窩網通過其無線核心網、骨干網互聯，衛星通信網也應該是通過其無線核心網、骨干網互聯。伴隨衛星通信的IP化，不同性質以及同業務的衛星通信終端，都會變成類似因特網，再接入設備，可見IP化確實是一種必然趨勢。但是此處的IP化，不等同于衛星通信網內部的傳輸和交換全部IP化，對部分特別的傳輸、交換方式進行保留，有利于把衛星通信的特點發揮出來，而獲得更高的衛星資源利用率，讓更高的業務質量得以實現。因為基于Ka頻段的LEO衛星群蜂窩網的發展，不到能夠讓可用頻率資源、通信容量大幅度增長，且使用戶終端的成本能夠降低，衛星通信具有無縫覆蓋的優勢，在國際民用通信市場中能夠占據一個較大比例。但是我國的情況是有一些輕微區別的。因為基于4G的地面蜂窩網在我國民用通信市場當中的比例是比國外大多數國家明顯更高的，然而，衛星通信接入因特網的競爭力甚至還不如4G，現階段衛星通信能夠實現可用頻率資源的地域覆蓋密度，和4G的覆蓋密度相比較，還要低幾個數量級。

5 結束語

總而言之，在社會需求牽引、技術發展推動的共同影響之下，二十一世紀的衛星通信正在朝著新的水平發展。衛星通信應用領域不斷擴大。中國將沿著天地一體以及優勢互補、軍民結合的方向不斷發展。