衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

紀(jì)雪嵐 南京熊貓電子科技發(fā)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(wèi)星發(fā)射以來，衛(wèi)星通信技術(shù)就取得了巨大成就。它讓覆蓋全球豐富的通信服務(wù)得以實(shí)現(xiàn)，不僅在軍事中發(fā)揮著重要作用，同時在很大程度上影響著人類的生產(chǎn)生活方式。

1 衛(wèi)星通信的主要特征分析

通信覆蓋區(qū)域大且通信距離遠(yuǎn)：地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星距地面高度三萬五千八百六十千米，只需一個衛(wèi)星中繼進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，就能讓一萬多公里的遠(yuǎn)距離通信得以實(shí)現(xiàn)；每一顆衛(wèi)星可對全球表面的百分之四十二點(diǎn)四進(jìn)行覆蓋，用三顆GEO衛(wèi)星就能夠讓除兩極緯度七十六度以上地區(qū)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(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而讓龐大的通信網(wǎng)得以構(gòu)成：在一顆衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域之內(nèi)，不必對顯式的交換進(jìn)行依賴，只需把衛(wèi)星中繼傳輸和多址/復(fù)用技術(shù)利用起來，就可以把擁有許多地面用戶的大型通信網(wǎng)構(gòu)建起來。

機(jī)動靈活特征：衛(wèi)星通信的建立不會受限于地理?xiàng)l件，在大城市或者是邊遠(yuǎn)山區(qū)以及島嶼，隨地都能建立；通信終端也能夠在飛機(jī)、汽車上面進(jìn)行搭載，甚至是個人攜帶；建站非常迅速，且組網(wǎng)具有一定靈活特征。

通信頻帶寬且通信容量大的特征：衛(wèi)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(fā)展。

信道質(zhì)量好且傳輸性能穩(wěn)定的特征：衛(wèi)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(wěn)定，可進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)算，多徑效應(yīng)通常能夠進(jìn)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(shè)備的成本不會根據(jù)通信距離的變化而產(chǎn)生變化，所以在遠(yuǎn)距離以及人類活動稀少地區(qū)是非常適用的。衛(wèi)星通信也有一些缺點(diǎn)和需要改進(jìn)的地方存在，比如：有衛(wèi)星發(fā)射、星上通信載荷的成本非常高；衛(wèi)星鏈路傳輸衰減較大；衛(wèi)星鏈路傳輸?shù)臅r候延大。

2 通信衛(wèi)星平臺和信道資源的發(fā)展分析

2.1 衛(wèi)星通信的頻率資源

在早期，GEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)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(zhuǎn)發(fā)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(wèi)星天線以及低軌道衛(wèi)星群等技術(shù)充分運(yùn)用起來，可以讓上述頻率進(jìn)行重復(fù)使用，擴(kuò)大可用頻率資源許多倍。此外，把空間激光通信技術(shù)采用起來擴(kuò)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(jìn)行比較，而抗干擾抗截獲能力是更佳的。

2.2 通信衛(wèi)星平臺的發(fā)展

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

3 衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景分析

3.1 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

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

3.2 擴(kuò)頻通信技術(shù)

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

3.3 多址和復(fù)用技術(shù)

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(diǎn)進(jìn)行區(qū)分，并根據(jù)需要，對其中一路或幾路進(jìn)行選擇，再去進(jìn)行接收處理；也可以是某一站用某種信道復(fù)用方式廣播地對多路信號進(jìn)行發(fā)送，讓其他各站能按需要對其中一路或幾路信號進(jìn)行選擇，再進(jìn)行接收處理。所謂復(fù)用就是多路復(fù)用，指的是多個數(shù)據(jù)流的數(shù)字調(diào)制信號對一條信道共享，從而進(jìn)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(shù)

3.4.1 星上信號處理

在早期，基于GEO衛(wèi)星的通信都是對透明轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行采用，從而讓中繼傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)，這樣提供的信道資源應(yīng)用具有很強(qiáng)的靈活性，轉(zhuǎn)發(fā)器能夠分頻帶出租給各個用戶，供其進(jìn)行隨意應(yīng)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?shù)臄?shù)據(jù)流進(jìn)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(shí)現(xiàn)，則衛(wèi)星網(wǎng)和地面因特網(wǎng)的互聯(lián)，就會由此變得異常便捷。

3.5 空間激光通信技術(shù)

空間激光通信技術(shù)是指：把激光束作為信息載體，在自由空間里面進(jìn)行通信，不但可作為衛(wèi)星間的高速傳輸鏈路，還可以作為作為衛(wèi)星和地面站之間的一個通信鏈路。但是后者可傳輸?shù)男畔⑺俾势停耶?dāng)有較濃的云霧存在，降雨時無法進(jìn)行通信。攜帶信息的電信號調(diào)制在光束上進(jìn)行發(fā)送，通信的雙端通過初定位、調(diào)整，再經(jīng)過捕獲光束，瞄準(zhǔn)、跟蹤建立起光鏈路，去進(jìn)行信息傳輸。

4 衛(wèi)星通信的前景展望

有線電信網(wǎng)以及計算機(jī)局域網(wǎng)、有線電視網(wǎng)已讓三網(wǎng)融合得以實(shí)現(xiàn)，并入骨干網(wǎng)，地面移動通信蜂窩網(wǎng)通過其無線核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)互聯(lián)，衛(wèi)星通信網(wǎng)也應(yīng)該是通過其無線核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)互聯(lián)。伴隨衛(wèi)星通信的IP化，不同性質(zhì)以及同業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信終端，都會變成類似因特網(wǎng)，再接入設(shè)備，可見IP化確實(shí)是一種必然趨勢。但是此處的IP化，不等同于衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)部的傳輸和交換全部IP化，對部分特別的傳輸、交換方式進(jìn)行保留，有利于把衛(wèi)星通信的特點(diǎn)發(fā)揮出來，而獲得更高的衛(wèi)星資源利用率，讓更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量得以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)榛贙a頻段的LEO衛(wèi)星群蜂窩網(wǎng)的發(fā)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(wèi)星通信具有無縫覆蓋的優(yōu)勢，在國際民用通信市場中能夠占據(jù)一個較大比例。但是我國的情況是有一些輕微區(qū)別的。因?yàn)榛?G的地面蜂窩網(wǎng)在我國民用通信市場當(dāng)中的比例是比國外大多數(shù)國家明顯更高的，然而，衛(wèi)星通信接入因特網(wǎng)的競爭力甚至還不如4G，現(xiàn)階段衛(wèi)星通信能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)量級。

5 結(jié)束語

總而言之，在社會需求牽引、技術(shù)發(fā)展推動的共同影響之下，二十一世紀(jì)的衛(wèi)星通信正在朝著新的水平發(fā)展。衛(wèi)星通信應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。中國將沿著天地一體以及優(yōu)勢互補(bǔ)、軍民結(jié)合的方向不斷發(fā)展。