卫星通信的发展及其关键技术

张昆鹏

[摘要]通过对卫星通信应用现状的介绍，分析卫星通信技术在当今全球信息化浪潮中所处的地位、作用及遇到的挑战，探讨其在未来的应用竞争环境中所具有的优势和劣势，总结演变趋势及需要解决的关键技术问题，给出它在未来通信网中的主要应用模式。

[关键词]卫星通信 宽带IP 数据压缩

中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0420027－01

卫星通信具有通信距离远、组网灵活、通信容量大、通信线路质量稳定可靠、机动性能优越等优点，是其他通信技术无法比拟的。然而，随着全球信息化进程的加快，人们对信息的需求呈多样化、复杂化趋势，通信已进入高速、宽带、大容量、多媒体、多业务、可移动及个性化时代。

一、卫星通信现阶段的问题和难点

（一）高速数据业务需求的瓶颈

由于数字化进程的加快和分组交换技术的成功应用，传统的基于频分多址和码分多址的卫星通信很难适应传输高速数据业务。由于卫星通信长时延的存在(0.27s)，在WAN和LAN中基于竞争的多址方式（如CSWA/CD）及差错控制协议（如TCP）均不再适用。因此，位于远地点的LAN利用卫星通信网络进行互联必须要有快速有效的转换协议，还需减小时延对实时通信的影响。

（二）卫星通信应用宽带IP的难点

目前，提出的宽带IP卫星系统都采用基于ATM的传输技术。欧、美等对卫星ATM层和物理层性能研究测试的结果表明：ATM的性能可以满足ITU-TG.826和I.356的性能指标要求。如果系统采用RS块状编码、交织及FEC技术，卫星链路可达到准光纤链路质量，ATM可以作为卫星系统的数据传输技术。但是，卫星ATM实现起来较为复杂，与现存的卫星传输技术有很大不同，如卫星ATM的分层实现。

二、现代卫星通信的关键技术和发展方向

（一）数据压缩技术

数据压缩技术在数据处理领域已相当成熟。静态和动态的数据压缩均可为通信系统在时间、频带、能量上带来高效率。ISO对静止图像压缩编码标准以及CCITT的H.26标准已成为多媒体压缩的公认标准。其中MPEG62设计中采用了面向对象的方法，特别注重交互性和多媒体同步、实时表现、实时交换、最终形式等方面。目前已被多媒体卫星通信系统所采用。

（二）智能卫星天线系统

由于传送多媒体信息的需要，通常要求通信系统的带宽在2500MHz以上，多媒体通信系统因此选择了Ku甚至Q和V波段。但K以上波段雨衰相当严重，而卫星功率亦受限。因此，研究智能高性能天线非常必要。为了构成较大范围的多波束覆盖，可采用多波束快速跳变系统；在低轨道系统中地面接收天线可用蜂窝式天线覆盖图做同频再用，并具有跟踪功能；星上天线采用相控阵天线；同步轨道系统可用多馈源或相控阵天线形成蜂窝式覆盖图。

（三）宽带IP卫星通信技术的研究

为了使卫星通信能够适应互联网的需要，宽带IP卫星通信技术的研究进一步加快。ITU-R第四研究组于1999年4月就在瑞士日内瓦举行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4会议。在WP4B会议上，IP和多媒体技术在卫星中的应用作为新技术课题提案获得了通过，对宽带卫星通信系统的发展具有重要影响。参加这次大会的有关人士认为：IP很有可能成为未来的主要通信网络技术，大有取代目前占主导的ATM技术的势头。IP数据包通过卫星传输的可用度和性能目标与ITU-TG.826和ITU-RS.ATM建议要求是不同的，有关研究在2001年已完成。关键技术研究包括：卫星IP网络结构；支持卫星IP运行的网络层和传输层协议的性能需求；IP层协议或能加强卫星链路性能的更高层协议，需要做什么样的潜在改善；IP保密安全协议及相关问题对卫星链路的要求将产生什么影响；ITU-R为提供与ITU-T和其他标准化组织最合适的联络应做出什么样的安排等方面。这种技术若能实现与地面IP网络兼容，会直接推动卫星通信业务的发展。

（四）新型高效的数字调制及信道编码技术

目前，应用较成熟的有正交频分复用多载波调制技术(OFBM)和16-QAM调制等。在信道编码上，可结合天线分集技术采用定时格码中的定时块码、Reed-Solomon码，亦可采用Turbo乘积码TPC技术。Turbo乘积码是一个由小的分组码（如汉明码、校验码或两者的混合码)组成的二维或三维阵列，为提高纠错效率，可增加1个“超轴”构成所谓增强型TPC。在数字解调过程中，可采用多载波群路整体解调技术，即用1套解调装置同时解调多载波，然后经过基带交换矩阵和存储装置，再转换成TDM形式的基带信号。这样可以节省带宽，大大提高解调速度。

（五）多址连接技术的改进和发展

数字卫星通信系统已采用多覆盖和星上交换技术（SS/TDMA)，然而，在TDMA方式，当传输速率增加时，就需要增大卫星天线的口径和高功放的输出功率，显然上述方法受到极大限制。一种有效的解决方法是将一个高速率的TDMA信道用不同的频率分成几个较低的速率的TDMA信道，即采用频分多路方式的FDMA（FDM/TDMA）来替代高速率的TDMA信道，以降低每一信道的速率。

（六）卫星激光通信技术

未来的卫星通信数据率却要求工作在数百或数千Mbit/s，因此，只能由激光通信来实现。激光通信技术主要应用于卫星网星际互联。因为星际通信在外层空间进行，不受大气层的影响，可充分发挥激光的优点。为了减小全球卫星通信中的“双跳”法带来的信号长时延，利用“星际激光链路”技术会取得意想不到的优势。据专家测算：在理想的情况中，卫星激光通信在比微波通信数据速率高一个数量级的情况下，天线孔径尺寸却比微波通信卫星减小一个数量级；用激光作为载体进行空间无线电通信，若话路带宽为4kHz，则可容纳100亿条话路；若彩色电视带宽为10MHz，则可同时传送l000万套节目而互不干扰。可以肯定，未来的卫星之间进行激光通信是很有前途的。

三、结束语

新型的VSAT数字卫星终端将把通信延伸到桌面，一个建立在新兴技术、卫星光互联、频率复用和高能系统之上的崭新的数据卫星通信系统必将诞生。

参考文献：

[1]刘旭东，卫星通信技术[M].北京：国防工业出版社，2000.

[2]杨运年，VSAT卫星通信网[M].北京：人民邮电出版社，1997.

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[4]姚行俊，Turbo乘积码在卫星通信中的应用[J].无线电通信技术，2004,(8):11-13.

[5]丁龙刚，卫星通信技术[M].北京：机械工业出版社，2005.