衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展研究

宋傳志

摘? ?要：與其他技術(shù)體制相比，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的最大特點(diǎn)就是可以為全球或區(qū)域范圍的移動(dòng)用戶之間提供通信服務(wù)，如車輛、飛機(jī)、船舶甚至個(gè)人的通信，而且具有覆蓋區(qū)域更廣、不受地理障礙約束和用戶運(yùn)動(dòng)限制等優(yōu)勢，所以越來越受到重視和歡迎。本文簡單介紹衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以及就目前衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行描述，最后展望其未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信? 現(xiàn)狀發(fā)展? 未來發(fā)展

中圖分類號(hào)：TN927.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）03（c）-0121-02

與其他通信技術(shù)相比，移動(dòng)衛(wèi)星通信技術(shù)具有通信距離遠(yuǎn)、覆蓋地域廣、通信容量大、信道穩(wěn)定、不受地理?xiàng)l件限制等優(yōu)點(diǎn)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用范圍非常廣泛，可以提供話音、數(shù)據(jù)、傳真、視頻等業(yè)務(wù)，既適用于國內(nèi)通信，也可用于國際通信;既適用于民用通信，也適用于軍事通信。本文主要介紹衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，從空天地海一體化通信、多種功能融合及5G衛(wèi)星通信融合等探討未來發(fā)展趨勢。

1? 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星移動(dòng)通信是指利用通信衛(wèi)星作為中繼站，在移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間進(jìn)行的通信，系統(tǒng)一般可以分為三大組成部分，包括空間段、地面段和用戶段。

空間段主要是指通信衛(wèi)星，可以是地球靜止軌道衛(wèi)星，也可以是中、低軌道衛(wèi)星。作為中繼站，提供移動(dòng)終端與信關(guān)站之間的連接。

地面段一般由信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)控制中心以及衛(wèi)星控制中心組成，主要作用是將移動(dòng)終端接入核心網(wǎng)、控制整個(gè)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營以及衛(wèi)星的管理與控制。

用戶段是指手持、車載、艦載、機(jī)載等不同移動(dòng)平臺(tái)終端用戶。

1.2 衛(wèi)星通信特點(diǎn)

（1）可以實(shí)現(xiàn)廣泛地域范圍的覆蓋通信，以及遠(yuǎn)距離傳輸。地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星只需一顆，就能實(shí)現(xiàn)1萬多公里的超遠(yuǎn)距離通信;使用3顆GEO衛(wèi)星，就可以覆蓋地球表面除兩極緯度76°以上以外的地區(qū)。

（2）不受通信兩點(diǎn)間任何復(fù)雜地理?xiàng)l件的限制，無論是大城市還是邊遠(yuǎn)山區(qū)、海洋島嶼，隨地可以通信。

（3）通信頻帶寬、傳輸容量大。衛(wèi)星通信使用微波以上頻率范圍的信號(hào)實(shí)現(xiàn)星地通信，具有相當(dāng)豐富的頻率資源，可以提供大容量傳輸。

（4）信道傳輸質(zhì)量高、信息傳輸性能穩(wěn)定。由于衛(wèi)星通信傳輸鏈路，都是自由空間傳播的視距通信，傳輸損耗穩(wěn)定并且可準(zhǔn)確預(yù)算，多徑效應(yīng)一般可忽略不計(jì)。

（5）通信設(shè)備的成本是與通信距離無關(guān)的，因而特別適于人類活動(dòng)稀少地區(qū)以及遠(yuǎn)距離的通信。

2? 衛(wèi)星通信發(fā)展現(xiàn)狀

按照衛(wèi)星通信軌道、覆蓋范圍等分類，比較有代表性的系統(tǒng)有以下幾個(gè)。

2.1 靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)

一顆地球靜止軌道衛(wèi)星就可以實(shí)現(xiàn)1/3地球表面的通信，只要在地球靜止軌道上均勻放置三顆通信衛(wèi)星，就可以實(shí)現(xiàn)除南北兩極以外的全球覆蓋，現(xiàn)已成為全球洲際及遠(yuǎn)程通信的重要工具。對(duì)于區(qū)域移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，采用靜止軌道一般只需要一顆衛(wèi)星，形成一個(gè)區(qū)域性通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為其衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的任何地點(diǎn)提供服務(wù)，建設(shè)成本較低，因此應(yīng)用廣泛。

2.2 中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)

中軌道衛(wèi)星（MEO）通信系統(tǒng)由離地高度約10000km左右的衛(wèi)星群（星座）構(gòu)成移動(dòng)通信系統(tǒng)，衛(wèi)星一般采用網(wǎng)狀星座，運(yùn)行軌道為傾斜軌道，用較少數(shù)目的中軌道衛(wèi)星即可構(gòu)成全球覆蓋的移動(dòng)通信系統(tǒng)。由于降低了衛(wèi)星軌道高度，可以避免高軌道衛(wèi)星通信的缺點(diǎn)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)用戶移動(dòng)終端設(shè)備的小型化。

2.3 低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)

與中高軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，低軌衛(wèi)星由于軌道的降低，使其具有空間傳輸損耗小、傳輸時(shí)延短以及研制周期短、發(fā)射成本低等無法替代的優(yōu)點(diǎn)，衛(wèi)星終端可以做到手機(jī)化，是實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人移動(dòng)通信的有效手段之一，現(xiàn)已成為移動(dòng)通信衛(wèi)星發(fā)展的熱點(diǎn)。比較具代表性的星座組網(wǎng)方案，國外有Iridium系統(tǒng)、Globalstar系統(tǒng)、Orbcomm系統(tǒng)、OneWeb系統(tǒng)和Starlink系統(tǒng)等，國內(nèi)有“鴻雁”系統(tǒng)和“虹云”系統(tǒng)等。

3? 衛(wèi)星通信未來發(fā)展趨勢

3.1 多種功能融合

目前，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)內(nèi)容是面向全球或區(qū)域范圍內(nèi)用戶提供話音、數(shù)據(jù)、短消息等移動(dòng)通信服務(wù)。下一步，通過融合導(dǎo)航增強(qiáng)、多樣化遙感等多種技術(shù)手段，擴(kuò)展衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的服務(wù)功能，將能實(shí)現(xiàn)通、導(dǎo)、遙的信息一體化。這樣衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)終端在支持衛(wèi)星移動(dòng)通信的同時(shí)，還可以提供導(dǎo)航增強(qiáng)、航空監(jiān)視和熱點(diǎn)信息廣播等服務(wù)。因此，下一代的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)必將擴(kuò)展它的業(yè)務(wù)范圍，實(shí)現(xiàn)多種功能的融合發(fā)展。

3.2 衛(wèi)星激光通信

由于激光具備方向性強(qiáng)、單色性好、光功率集中、相干性強(qiáng)等特點(diǎn)，下一代的衛(wèi)星通信還可以開辟全新的通信頻道，向著利用激光束作為通信鏈路的方向發(fā)展。用激光進(jìn)行衛(wèi)星間通信，使得衛(wèi)星激光通信能夠具有傳輸速率高、可利用頻帶寬、安全性（可靠性）高、保密性強(qiáng)以及終端設(shè)備體積小、質(zhì)量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。通過發(fā)展小衛(wèi)星星座間激光星間鏈路，可以解決現(xiàn)有通信容量有限的問題，用來支持大型節(jié)點(diǎn)的高速數(shù)據(jù)或國際干線間的超大容量信息傳輸。

3.3 海地空天一體化通信

在傳統(tǒng)地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，發(fā)展與深海遠(yuǎn)洋通信（水下通信）和衛(wèi)星移動(dòng)通信（非陸地通信）的深度融合，擴(kuò)展現(xiàn)有各類通信手段的覆蓋廣度和深度，實(shí)現(xiàn)海地空天一體化通信的目標(biāo)。海地空天一體化網(wǎng)絡(luò)是以地面網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、以空間網(wǎng)絡(luò)為延伸，覆蓋海洋、陸地、太空、空中等自然空間，為海基（海洋水下、遠(yuǎn)洋船只、懸浮島嶼等通信網(wǎng)絡(luò)）、陸基（地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)）、天基（衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)）、空基（飛機(jī)、無人機(jī)等通信網(wǎng)絡(luò)）等各類用戶的活動(dòng)提供信息傳輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施，將具備泛在覆蓋、地面網(wǎng)絡(luò)依賴程度低、網(wǎng)絡(luò)彈性更高等特點(diǎn)，為用戶的信息傳遞提供不受時(shí)間、不受空間限制的海地空天四位一體的融合服務(wù)。

3.4 衛(wèi)星通信與5G融合

5G網(wǎng)絡(luò)的部署給了衛(wèi)星通信發(fā)展新的機(jī)會(huì)，作為實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)萬物互聯(lián)愿景中不可或缺的重要一環(huán)，衛(wèi)星通信利用高、中、低軌組網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)區(qū)域乃至全球覆蓋。地面5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)相融互通，取長補(bǔ)短，地面第五代移動(dòng)通信（5G）具備靈活高效的應(yīng)用服務(wù)模式、巨大的用戶群體、完善的產(chǎn)業(yè)鏈等巨大優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，滿足用戶無處不在的多種業(yè)務(wù)需求，共同構(gòu)建空天一體化的全球無縫覆蓋的綜合通信網(wǎng)。地面5G網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)融合后，可以通過衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將地面5G網(wǎng)絡(luò)延伸到原先無法到達(dá)的山區(qū)、海島以及飛機(jī)、艦船上，為不同類型用戶提供經(jīng)濟(jì)可靠的多樣化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)還可以大幅度增強(qiáng)5G系統(tǒng)在移動(dòng)平臺(tái)的服務(wù)支撐能力，可以為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以及汽車、火車、輪船、飛機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)提供連續(xù)不間斷的網(wǎng)絡(luò)連接。利用衛(wèi)星優(yōu)越的廣播/多播能力，還可以拓展地面5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)服務(wù)范圍，為網(wǎng)絡(luò)邊緣及用戶終端提供更加高效的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。

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