卫星通信系统技术及其未来发展分析

2014-12-11杨猛

中国科技纵横 2014年14期

关键词：卫星通信链路信道

杨猛

(国家新闻出版广电总局722台,陕西宝鸡 721000)

卫星通信系统技术及其未来发展分析

杨猛

(国家新闻出版广电总局722台,陕西宝鸡 721000)

卫星通信成为当前主要的通信途径,已在各个领域得到了广泛的使用。本文就结合当前先进卫星通信技术的使用情况,以及各个互用对通信业务的需求情况,对各种先进的卫星通信技术进行深入的研究,并对未来卫星通信技术发展的趋势进行分析,先进的科学技术是卫星通信业务实现可持续发展,与时代需求保持一致的重要条件。

卫星通信系统通信技术发展趋势

在科技与信息化时代，个人移动通信和信息高速公路通信需求的快速增长，要达到通信网络全球覆盖，卫星通信是当前最好的工具。卫星通信与传统的通信方式相比，其在技术和成本上占据很大的优势，其成本低，信息信号比较强，覆盖范围比较广，通信容量比较大，通信距离比较远等优点，已成为当前最为主要的信息化手段之一。

1 卫星通信系统的基本组成

卫星在通信中起着中转作用，把地球站传送来的信号经过变频和放大转送到另一端的地球站，地球站是卫星与地面信息系统的链接点，用户通过地球站途径进入卫星通信系统中，形成链接的电路信号链，为了确保系统的运行正常，卫星通信系统必须和地面的监测管理系统和测控系统想链接，测控系统能够对通信卫星运行的轨道进行检测和控制，以保证地面检测系统能够对卫星所传送的通信信息进行有效的监控，保证系统安全与稳定的运行。卫星通信系统的组成图如图1所示。

2 我国卫星通信系统的发展现状

卫星固定通信发展的基本情况。随着我国航天技术的发展，卫星通信网建设快速发展，交通、银行、新闻、地质探测、交通运输、电力传送、水利兴修、航天航空、天气预报、农业种植、金融交易、国家完全和社会维稳等多个行业领域内使用卫星通信网，在地球上已经建立上万座卫星通信系统和地球站。

卫星移动通信。卫星通信的建立使陆地、海上和空中各种目标之间以及地面民用网络通信业务得到了解决。我国的便携式用户终端在静止轨道卫星移动通信系统中运行较好，只有中低轨道系统的运行状况不佳。在国际海事卫星组织(INMARSAT)成员国群体中，我国进入了INMARSAT的M站和C站，建立了进上万部船载、机载和陆地终端，能够为我国附近的海洋区域提供通信服务。在水利、抢险救灾、地质、海关、石油、安全、体育、新闻、银行、军事、外交和国防等行业领域配备了相应业务终端。

卫星电视广播。事实证明，卫星通信在电视广播中的应用具有传播远、见效快、服务区域大、投资省、经济效益高和质量高的优势，特别是提高山区电视广播节目信号最有效、最先进的途径。国外卫星电视广播信号已经进入了我国，二国家将卫星电视直播系统作为国家重点项目实施建设。当前，我国的卫星通信网络覆盖已经全面铺开，在经济的发展，国防的巩固和教育事业的发展等领域发展着重要的作用。

卫星宽带通信。传统的C和Ku频段卫星通信系统已经与各种宽带通信业务的需求不相符合，而且国外高速率的卫星通信线路在国外已经广泛应用。中国教育和科研计算机网(CER Net)、中国金桥信息网(China GBN)和中国科技网(CST Net)等用国内通信卫星转发器开通了数十条ISP(或区域网络)与核心网络间中继链路，以C、Ku频段卫星传输链路起步，以后增加Ka频段卫星链路和地面通信设施，组成覆盖全国的无级网络。这些互联网系统根据不同的要求可高速互联网接入、远程医疗服务、数据下载、视频会议、远程教学和多点广播等业务。

3 现代卫星通信技术发展研究

3.1 空间激光通信技术

空间激光通信是以激光的光波作为载波、大气作为传输介质的的光通信技术。空间激光通信具有微波通信与光纤通信两个的优势，主要体现在尺寸宽、功率小、波段窄、波束小的优点，很难被障碍物或者其他信号被截获和干扰，安全性能较高。

激光通信具有2.5～10Gb/s的传输速率，世界各国的军事卫星通信系统普遍采用激光通信技术。

3.2 “动中通”技术

“动中通”是指移动的载体在移动过程中时刻跟踪卫星或升空平台，进行数据、语音和图像的传递。在载体的运行过程中，能够测量出载体变化的状况，对其变化监测到的数据进行计算，通过数学平台的运算，变换为天线的误差角，通过调整天线俯仰角、极化角和方位角，确保载体在天线对星在规定范围内进行变化，使载体运动中不偏离卫星发射天线对地球卫星的同步跟踪。“动中通”的跟踪方式有惯导跟踪和自跟踪两种。美国军事的TSAT和“移动用户目标系统”等卫星系统都有很强的“动中通”能力，其天线的最小口径可至0.3m，军队在快速的移动中不会影响卫星通信，可以随时获取卫星通信传送的信号和发送信息。

3.3 空间因特网协议技术

空间因特网协议技术是指在卫星通信系统之间形成一个酷似因特网装的信息系统，建立空间、地面和空中的联系，在全球范围之内接入/部署移动用户。该技术通过IPv6协议以及卫星IP协议提高信号的传送速度和带宽，通过卫星信息系统将信号由空中传送到地面，确保自动的、动态的、网络运行状态，实现了通过一条上行链路和一条下行链路方式连接地面终端与卫星的连接，用户可以利用地面的基本设施和地面系统，访问需要方位的任何互用和数据。只要安全认证的任何用户可以利用这种系统建立用户之间的通信链路。美国在军事上就用IP的新型系统，将现有的卫星通信系统实现了动态和端到端的连接，扩大了信息的容量，减少了控制，增加了适应性，扩大了覆盖面等。

3.4 宽带卫星通信技术

就目前出现的L，S，C，Ku频谱资源与GEO卫星轨道资源紧缺与拥塞现象，使许多卫星通信采用EHF频段和Q/F(40/60 GHz)频段。但是，从市场发展前后相兼容角度看，选择Ku/Ka混合结构也是解决上述问题的一个很好方式，这个手段有助于推动全球信息高速公路的发展，使无缝个人通信和Internet空中高速通道在全球实现。

3.5 星上处理技术

随着信息高速公路的发展，IP业务、宽带传输业务和个人PC通信漫游业务等业务量日益增加，在卫星转发器的设计中使用卫星星上处理技术处理繁杂的信号，如美国的THRUYU卫星、ACTS卫星和亚洲蜂窝移动卫星等。星上处理技术能够对卫星波束的调整和成型，路由的分配和频率的转换进行编程，完成了频率和时隙的预分配，实现了信道的灵活交换、功率的按需分配、波束的灵活调整和端到端之间的话音通信。

3.6 数字信道选择器技术

数字信道选择器将上行链路带宽分成2.6MHz的1900个独立子信道，多个子信道可以达到任何区域覆盖的联通能力，实现了最大灵活度的操作。同时，数字信道选择器也支持组播和广播服务，并为网络控制段提供极其有效、灵活的上行链路频谱监测能力。通过数字信道选择器，X频段和Ka频段实现了互连。

3.7 自适应信道分配技术

自适应信道分配技术能够自动适应资源的配置，处理变化的业务信息，组织性和灵活性很强，使高码率与低码率的用户可实现共享，可以综合固定移动广播网络，能够对这些网络功能体积分布的控制。为交互式的媒体业务提供更广泛的服务和应用，如视频会议、无线因特网等，使移动网络服务多元化发展。除了以上的卫星通信相关技术之外，还包括无缝链接技术、链路模拟器技术、频率复用技术、数字处理技术、多址技术、射频通信技术、现代编码调制技术、扩频跳频技术、多点波束技术和同步光网络技术。

这些先进的技术正在影响着卫星通信系统的发展趋势，有助于卫星通信能够为用户提供更好的服务。

4 卫星通信发展的前景

随着科学技术的快速发展，卫星通信系统能力的提高指日可待，将会为用户提供更加优质的服务。但是，卫星通信系统在开发中也存在着不可估计的难度和风险，必须采取防范的措施。总体来说，科学技术的不断创新，在推动者卫星通信技术的发展，卫星通信的发展前景一片大好。

卫星通信可以独立成为一个系统。在科学技术的发展中，将来的卫星通信系统不再依赖于地面电信网的接受与发送信息设备，可以成为独立的一个网络体系，直接与用户端进行链接，直接向用户提供服务。这对无地面通信设施的地区来说，可以解决用户信息的需求，降低了通信成本。

多种业务并存发展成为趋势。建立一个以卫星通信VSAT系统的发展最主导，多种业务并存的卫星业务综合体系成为卫星通信业务发展的方向，它将与地面多个业务信息系统链接，是对地面传统业务传输网络的补充和延伸，建立一个多元化、多领域、多功能的全球化网络服务体系。

个人通信和数字通信的快速发展。中低轨卫星通信在移动卫星通信中有很大的发展前景，有助于未来“全球个人通信”的实现，是人们真正的进入了个人通信时代。在卫星通信容量和速率增加以及先进数字通信技术的影响下，卫星电视广播业务的发展空间比较大，数字卫星广播，使节目的数量和质量得到很大改善，从而提高人民的文化生活水平。