衛星移動通信系統關鍵技術

中國電子科技集團公司第五十四研究所 李東東

衛星移動通信系統在很大程度上可以為全球的用戶都提供較大跨度以及較大范圍的移動通信服務，并且這種移動通信服務并不會受到地形條件的限制，不論是在較為偏遠的山區還是海島區域，往往都能夠保持有非常良好的通信優勢，因此需要大力推動衛星移動通信系統的發展。本文主要研究了衛星移動通信系統關鍵技術。

隨著當前科學技術的發展，衛星移動通信系統實際上已經擁有了較大的突破性，尤其是在當前信息化迅猛發展的全球背景下，各國對于移動通信業務的需求都在不斷地增長，并且對于移動通信系統的實際依賴程度也在不斷地加強。在這樣的現實情況面前，相關部門需要積極推動衛星移動通信系統關鍵技術的發展。

1 衛星移動通信系統的簡要概述

根據衛星在太空中實際運行軌道的不同，當前的衛星移動通信服務的相關技術主要分成兩種，第一種是依靠LEO來實現全球性的移動通信服務，而這種類別下又分成了兩個非常典型的種類，也就是全球星以及銥星；另外一種則是依靠GEO以及較為大型并且可展開的多波束天線技術來具體地實現全球性的移動通信技術，而在這個類別當中，同樣地也有兩種非常典型的衛星移動通信系統，一種是澳大利亞的衛星移動通信系統，其名稱為Mobilesat系統，另一種則是北美衛星移動系統，該系統名為MSAT系統[1]。

在實際的運行以及發展過程中，LEO與GEO這兩種衛星移動通信系統所處的軌道高度有著較大的區別和差異，也正是因為如此，LEO與GEO這兩種衛星移動通信系統在實際的運行過程中也分別呈現出了非常明顯的風格特點，主要體現在進行信號傳輸的實際性能、所擁有的系統性能、衛星自身的性能以及在實際運行過程中所需要耗費的經濟成本等方面上。在進行信號傳輸的性能方面，GEO所具有的傳輸延時能夠達到半秒的量級，因此GEO所擁有的傳輸的實時性比較差，并且在進行信號的實際傳輸過程中會造成比較大的損耗，而LEO在進行信號傳輸的實際過程中，所具有的信號傳輸延時能夠達到十毫秒的量級，這也就意味著LEO擁有比GEO更好的傳輸實時性的能力，并且LEO在進行信號的實際傳輸過程中，所產生的能源消耗遠遠小于GEO在實際的傳輸過程中所造成的能源消耗。而在衛星移動通信系統的實際性能方面，GEO衛星移動通信系統在實際的建設過程中則更加地簡便，因為GEO衛星移動通信系統并不需要一些較為復雜的跟蹤系統進行控制。而其中更為重要的一個點就是，GEO衛星移動通信系統可以借助單顆衛星就能夠非常有效地開展一系列的通信業務。LEO衛星移動通信系統實際上擁有更加高的復雜性，并且實際的應用過程中也存在著較大的難度，因此就需要依靠較為完美的跟蹤系統來進行相關控制工作。除此之外，只有當所有的衛星都處于其應該運行的軌道當中進行正常的運行工作時，才能夠實現為全球范圍內的用戶提供必要的移動通信服務。在應用的成本費用方面，GEO衛星移動通信系統的實際使用壽命與LEO衛星移動通信系統相比較而言會更加地長，并且在日常進行相關維護時所需要付出的費用也更加地低，因此GEO衛星移動通信系統實際上擁有非常高的性價比。但是在實際的應用過程中，LEO衛星移動通信系統無論是在相關衛星的實際研制工作過程中，還是在后續的維護費用的實際投入方面，都具有比較強的復雜性，這樣一來，LEO衛星移動通信系統在實際的運行過程中的總體花費遠遠高于GEO。總而言之，GEO與LEO這兩種衛星移動通信系統在實際的運行過程中實際上都存在著各自所具有的顯著優勢以及明顯不足，因此在使用衛星移動通信系統的實際過程中一定要能夠對于各個方面的現實因素都進行綜合地考慮。如果需要在人口較為密集的地區開展衛星移動通信服務，就可以優先考慮使用GEO衛星移動通信系統，如果要是需要在一定的區域范圍內建立起無縫覆蓋的衛星移動通信系統，則需要優先考慮LEO衛星移動通信系統。

2 衛星移動通信系統關鍵技術的實際應用要點

2.1 天線技術

全球范圍內的衛星移動通信系統實際上經歷了一個非常漫長的發展階段，并且在這個漫長的發展過程中，出現了非常多形式的天線，包括有比較標準的圓的簡單天線、由一定反射器進行賦形的天線以及多饋源波束賦形的天線、多波束成型的大天線。以多波束成型大天線來進行舉例，多波束成型大天線在當前衛星移動通信系統的實際應用過程中有著非常廣泛的應用，尤其是在GEO衛星移動通信系統當中，有著非常良好的應用效果。舉一個典型的實際例子，在Thuraya這一個系統當中所使用的就是口徑為12.25m的口徑天線，這種天線在實際的使用過程中可以產生250-300個波束。再比如在InmarsatⅣ系統的實際應用過程中，也采用了多波束天線。而對于LEO衛星移動通信系統來說，在該系統當中所使用的天線主要由四種形式，分別是雙柵天線、單饋源天線、正交天線以及反射器賦形天線，就比如在Globalster系統當中，就是采用了具有S波段的有源相控陣天線[2]。

就當前我國衛星移動通信系統當中天線技術的實際應用以及相關發展的現實情況來看，這些天線技術的應用在很大程度上推動了頻譜的實際利用率，而推動頻譜實際利用率的途徑主要由以下三種。第一種，是利用天線能夠釋放出來的波束進行相關的成形工作。第二種，主要是多點波束蜂窩結構。第三種則是智能化比較強的天線技術。這三種推動頻譜實際利用率的途徑都能夠在很大程度上非常好地實現頻譜實際效率進行再利用的相關目標。如果在當前衛星移動通信系統的實際應用以及發展過程中，選擇將天線技術以及多址技術進行有機結合，那么就能夠在很大程度上提升衛星移動通信系統在實際應用過程中的上行以及下行的實際通信能力。

2.2 星間鏈路技術

星間鏈路技術能夠在很大程度上使得相關的衛星能夠高效率地與其相鄰的衛星進行連接，并且星間鏈路技術實際上是屬于一種通信鏈路，而該技術的實際應用優勢就在于可以將太空當中的各個星座當中存在的各個衛星連接成為一個整體，這樣一來就能夠在很大程度上保證當前應用的衛星移動通信系統內部的相關用戶使用的通信鏈路不再需要地球表面的通信網絡作為支撐。換句話來說，通過應用星間鏈路技術實際上能夠在很大程度上提升當前整個衛星移動通信系統自身在運行過程中的抗干擾能力以及抗摧毀能力，并且能夠在此基礎上擴大整個衛星移動通信系統的實際覆蓋范圍。就拿LEO衛星移動通信系統來進行具體的說明，因為LEO衛星移動通信系統的實際覆蓋范圍比較小，那在這樣的現實情況面前，往往沒有辦法進行固定地球站的有效設置。但是如果能夠應用星間鏈路技術，就能夠在很大程度上來對衛星進行有效的控制，而在地面的衛星移動通信系統的實際用戶就能夠通過創建起來的星間鏈路技術來接入到地面的通信網絡當中去。就目前的現實情況來看，能夠使用星間鏈路技術的目前只有一種衛星移動通信系統，那就是LEO衛星的Iridium系統。

就當前應用的星間鏈路技術的實際應用形式來看，其中有兩種比較主要的應用形式，也就是激光通信形式以及微波通信形式，而在當前衛星移動通信系統的實際應用過程中，主要以微波通信技術形式的應用最為廣泛。雖然微波通信技術形式有著非常廣泛地應用，但是也難以避免一系列現實問題的出現。比如，在微波通信技術的實際應用過程中，就很容易受到頻帶寬度、體積以及價格等許多方面因素的影響，這樣一來就無法大幅度地提升實際的信號傳輸速率。對于激光通信技術形式來說，在實際的應用過程中也具有著較為顯著的應用優勢，因為激光通信技術形式擁有的寬廣頻譜的帶寬能夠在很大程度上提升衛星移動通信潛在的容量，并且在減少衛星實際荷載體積以及相關的重量方面能夠發揮出非常重要的現實作用。而其中更值得重視的一個要點就是，在當前衛星移動通信技術的實際應用過程中使用的激光通信技術能夠在很大程度上實現廣域大跨越的單跳連接，這樣一來就能夠在很大程度上減小實際的信號通信造成的延遲。但是激光通信技術在實際的應用過程中也存在著不少的現實問題。比如，如果是選擇使用了激光星間鏈路技術，那么就要求相關的技術人員能夠擁有非常良好的衛星姿態控制能力，尤其是要能夠在衛星的實際運行過程中保證衛星姿態能夠始終處于一個較為穩定的狀態，而之所以要這樣的原因就在于，衛星在實際的運行過程中一旦出現姿態不能夠處于一個較為穩定的狀態，那么就很容易發生移動通信信號出現中斷的現實問題[3]。

2.3 星上處理技術

對于當前所應用的衛星移動通信系統來說，在實際應用過程中所存在的一系列信號傳輸延遲、信號實際的傳輸質量不佳以及衛星移動通信系統的實際容量較低的問題，往往會在導致衛星移動通信的實際質量受到很嚴重的限制，為了能夠更好地解決衛星移動通信的實際質量受到限制這一類的現實問題，就必須要求衛星在實際的應用過程中必須能夠擁有星上交換、調制調解以及波束成形等非常多的星上處理能力。從目前的衛星移動通信系統的實際應用現狀來看，當前衛星移動通信系統所應用的星上處理技術主要有三種，即星上處理交換、全透明轉發以及部分處理交換。星上處理技術在實際的應用過程中，可以通過相關的數字方式來進行實現，并且該項技術在實際的使用過程中具有非常顯著的優勢，而之所以擁有如此顯著的優勢，主要還是因為星上處理技術擁有著很高的資源利用率，并且相關的衛星移動通信服務具有的實時性也非常地顯著。但是星上處理技術在實際的應用過程中也存在著一些較為突出的缺點，比如，當前相關技術體制仍然還不夠成熟，這樣一來就直接導致相關技術在實際的應用過程中具有較為不足的適應性，這樣一來，在實際的應用過程中就非常容易受到空間范圍內輻射的不良影響，這樣一來就會直接導致衛星移動通信系統的穩定性以及可靠性變得比較差。結合現階段，我國在衛星移動通信事業方面的實際發展情況來看，當前星上處理技術在GEO衛星移動通信系統當中的應用還不能夠得到較為有效的實現，但是如果想要解決當前在衛星移動通信系統實際應用過程中存在的信號傳輸延遲的這一不足，必須要能夠在衛星移動通信系統的實際發展過程中發展好星上處理技術。而對于LEO衛星移動通信系統的實際應用來說，因為不能夠在當前的全球范圍內建立起LEO衛星移動通信系統的相關信關站，因此在LEO衛星移動通信系統的實際應用過程中，必須能夠應用星上處理技術來作為輔助，這樣一來才能夠實現全球范圍內的移動通信。

3 衛星移動通信系統的未來發展

對于任何一個國家來說，衛星移動通信系統是屬于國家通信和航天領域高度發展的一個非常重要的標志，與此同時，也是一個國家在進行通信基礎設施建設的一個非常重要的補充手段，也是當前一個較為強大的國家所必須具有的尖端技術。從目前的實際情況來看，雖然近幾年來我國在衛星移動通信系統事業的實際發展過程中取得了很多非常良好的成績，但是與世界上的許多發達國家相比仍然存在著非常大的現實差距，并且當前世界范圍內的許多數字處理技術實際上是被一些發達國家所切實壟斷的。總的來說，我國目前還沒有建立起完全自主的衛星移動通信系統，也正是因為如此，在今后衛星移動通信系統領域的實際發展過程中，必須要能夠進一步地加大針對衛星移動通信系統的自主研發力度，并且一定要能夠建設起專屬于我們自己的國家的衛星移動通信系統。充分地結合我國當前在衛星移動通信系統建設中的諸多因素，今后衛星移動通信系統建設應該有一個明確的方向。在當前衛星移動通信系統建設思路上，要將區域覆蓋作為重點，將兼顧全球作為輔，從而將寬帶業務作為重點進行發展的業務，并且能夠在實際的發展過程中綜合利用LEO以及GEO衛星，這樣一來就能夠更好地支持小型的手持終端，從而能夠在很大程度上確保可以實現實時語音服務。

4 結語

綜上所述，隨著當前我國衛星移動通信技術的發展，國內對于衛星移動通信的實際業務需求也在不斷地擴大，而這種需求不論是在民用領域還是軍用領域實際上都有著非常大需求量。也正是因為如此，需要對于衛星移動通信系統的關鍵技術展開研究，并且要能夠采取一定的措施來促進其發展。