現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述

石林

摘要：隨著衛(wèi)星通信在全世界的普及，本文從基本理論角度概述現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點及其前景。衛(wèi)星通信由于具有覆蓋面積大、不受地理條件限制等特性，在通信發(fā)展的過程中日益受到人們的重視。衛(wèi)星系統(tǒng)作為一種新興的技術(shù)與業(yè)務(wù)手段，無論從越洋通信至區(qū)域、國內(nèi)乃至個人通信，還是從GEO/MEO/LEO的固定、半移動、移動通信，DBS/DHT/DAB廣播，DVB-IP多媒體，GPS/RNSS/RDSS導航定位，直至GMDSS應(yīng)急援救，RSS遙感乃至氣象、地震預報、遠程醫(yī)療、教育、空間探測，科學試驗等各行各業(yè)的各類應(yīng)用，21 世紀的衛(wèi)星通信正在向一個新的水平攀升，寬帶化、數(shù)字化、IP 化、個人化、服務(wù)綜合化以及低成本化是衛(wèi)星通信需要達到的理想目標。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信技術(shù);GPS;傳輸;天線

一、衛(wèi)星通信的發(fā)展

衛(wèi)星通信的設(shè)想最早由Arthur C.Clarke于1945年在英國的無線電雜志W(wǎng)ireless World上發(fā)表的一篇文章提出。1965年世界上第一顆對地靜止衛(wèi)星“晨鳥”號開始提供跨大西洋的電話業(yè)務(wù)，實現(xiàn)了20年前Clarke的預言。此后衛(wèi)星通信獲得突飛猛進的發(fā)展。

20世紀70年代和80年代，提供越洋電話以及電視轉(zhuǎn)播業(yè)務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展迅速。Intelsat巨大的商業(yè)成功使得許多國家開始投資建設(shè)自己的衛(wèi)星系統(tǒng)。

20 世紀 90 年代以后，人們開始開發(fā)能夠提供移動通信的衛(wèi)星系統(tǒng)，主要實現(xiàn)方案有兩類：一類是由單顆或多顆大功率、大增益天線的對地靜止軌道衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng);另一類是由多顆低軌道或中軌道衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。除此之外還有少數(shù)由橢圓軌道衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。

二、衛(wèi)星通信的特點

衛(wèi)星通信簡單地說就是地球上（包括地面和低層大氣中）的無線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。

衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動通信等通信方式相比，衛(wèi)星通信具有下列特點：

（1）衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。

（2）衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能。

（3）衛(wèi)星通信頻段寬，容量大。

（4）衛(wèi)星通信機動靈活。

（5）衛(wèi)星通信質(zhì)量好，可靠性高。

（6）衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)。

但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現(xiàn)在：

（1）傳輸時延大。

（2）回聲效應(yīng)。

（3）存在通信盲區(qū)。

（4）存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。

三、現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)：

（一）數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)在數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域已相當成熟。靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮均可為通信系統(tǒng)在時間、頻帶、能量上帶來高效率。

（二）智能衛(wèi)星天線系統(tǒng)

由于傳送多媒體信息的需要，通常要求通信系統(tǒng)的帶寬在2500MHz以上，多媒體通信系統(tǒng)因此選擇了Ku甚至Q和V波段。但K以上波段雨衰相當嚴重，而衛(wèi)星功率亦受限。因此，研究智能高性能天線非常必要。

（三）寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的研究

為了使衛(wèi)星通信能夠適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的需要，寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的研究進一步加快。ITU-R第四研究組于1999年4月就在瑞士日內(nèi)瓦舉行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4會議。在WP4B會議上，IP和多媒體技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用作為新技術(shù)課題提案獲得了通過，對寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要影響。參加這次大會的有關(guān)人士認為：IP很有可能成為未來的主要通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大有取代目前占主導的ATM技術(shù)的勢頭。

（四）新型高效的數(shù)字調(diào)制及信道編碼技術(shù)

目前，應(yīng)用較成熟的有正交頻分復用多載波調(diào)制技術(shù)（OFBM）和16-QAM調(diào)制等。在信道編碼上，可結(jié)合天線分集技術(shù)采用定時格碼中的定時塊碼、Reed-Solomon碼，亦可采用Turbo乘積碼TPC技術(shù)。

（五）全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（簡稱GPS）

GPS是一種結(jié)合衛(wèi)星及通訊發(fā)展的技術(shù)，利用導航衛(wèi)星行測時和測距。經(jīng)過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)以全天候、高精度、自動化、高效益等特點，成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科，取得了好的經(jīng)濟效益和社會效益。

四、衛(wèi)星通信系統(tǒng)類型：

（一）低軌道（LEO）衛(wèi)星系統(tǒng)：

利用低軌道衛(wèi)星實現(xiàn)手持機個人通信的優(yōu)點在于：一方面衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的星座可以實現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復用更有效;另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動通信提供了技術(shù)保障。因此，LEO系統(tǒng)被認為是最新最有前途的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

（二）銥（Iridium）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：

銥系統(tǒng)是美國Motorola公司提出的一種利用低軌道衛(wèi)星群實現(xiàn)全球衛(wèi)星移動通信的方案。銥系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理均在星上，蜂窩區(qū)隨著地球自轉(zhuǎn)而快速掃過地球表面。銥系統(tǒng)的越區(qū)交換是小區(qū)跨越用戶移動，而不是用戶跨越小區(qū)，這點與陸地移動通信系統(tǒng)不一樣?？上в捎诜N種原因，最后銥系統(tǒng)功虧一簣，宣告破產(chǎn)。

（三）全球星（Globalstar）系統(tǒng)：

全球星系統(tǒng)以高技術(shù)、低成本作為設(shè)計思想的。全球星系統(tǒng)是作為地面蜂窩移動通信系統(tǒng)和其他移動通信系統(tǒng)的延伸，與這些系統(tǒng)具有互運行性。它還是一個類似于無繩電話的無線電話系統(tǒng)，但其服務(wù)范圍不受限制，同一手持機就可以在世界上任何的地方、任何時間與任何地方的用戶建立可靠、迅速、經(jīng)濟的通信聯(lián)絡(luò)。

五、衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展前景

近年來衛(wèi)星通信新技術(shù)的發(fā)展層出不窮。例如甚小口徑天線地球站（VSAT）系統(tǒng)，中低軌道的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等都受到了人們廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。衛(wèi)星通信也是未來全球信息高速公路的重要組成部分。它以其覆蓋廣、通信容量大。通信距離遠、不受地理環(huán)境限制、質(zhì)量優(yōu)、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，1972年在我國首次應(yīng)用，并迅速發(fā)展，與光纖通信、數(shù)字微波通信一起，成為我國當代遠距離通信的支柱。

進入21世紀的信息全球化及全球巨大的個人多媒體通信流量與無縫隙覆蓋需求，注定了無線寬帶應(yīng)用，包括各類衛(wèi)星手段，將會發(fā)揮其愈來愈重要的戰(zhàn)略作用。而各類衛(wèi)星系統(tǒng)的重要特征，涵蓋在下述三個方面：首先在于它在未來全球/區(qū)域/國家信息社會中的一系列獨特特征與作用;它對各行各業(yè)、各類實際應(yīng)用的廣泛性與普遍性;以及它在未來寬帶無線演進中通用無線接入及WWAN、WMAN、WLAN與WPAN等各類綜合業(yè)務(wù)應(yīng)用，服務(wù)內(nèi)涵中不可缺少的互補支持作用：

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