卫星通信的近期发展与前景展望

2018-12-21纪雪岚南京熊猫电子科技发展有限公司黄玉玲马秀梅南京熊猫通信科技有限公司

数码世界 2018年9期

纪雪岚南京熊猫电子科技发展有限公司黄玉玲马秀梅南京熊猫通信科技有限公司

引言：自一九九五年美国第一颗商用通信卫星发射以来，卫星通信技术就取得了巨大成就。它让覆盖全球丰富的通信服务得以实现，不仅在军事中发挥着重要作用，同时在很大程度上影响着人类的生产生活方式。

1 卫星通信的主要特征分析

通信覆盖区域大且通信距离远：地球同步轨道（GEO）卫星距地面高度三万五千八百六十千米，只需一个卫星中继进行转发，就能让一万多公里的远距离通信得以实现；每一颗卫星可对全球表面的百分之四十二点四进行覆盖，用三颗GEO卫星就能够让除两极纬度七十六度以上地区以外的全球表面以及临地空间覆盖；

可把其广播性和各种多址连接技术进行结合，从而让庞大的通信网得以构成：在一颗卫星所覆盖的区域之内，不必对显式的交换进行依赖，只需把卫星中继传输和多址/复用技术利用起来，就可以把拥有许多地面用户的大型通信网构建起来。

机动灵活特征：卫星通信的建立不会受限于地理条件，在大城市或者是边远山区以及岛屿，随地都能建立；通信终端也能够在飞机、汽车上面进行搭载，甚至是个人携带；建站非常迅速，且组网具有一定灵活特征。

通信频带宽且通信容量大的特征：卫星通信信道属于微波频率的范围，频率资源十分丰富，并能够不断地发展。

信道质量好且传输性能稳定的特征：卫星通信链路通常都属于自由空间传播的视距通信，传输损耗十分稳定，可进行准确预算，多径效应通常能够进行忽略，除非是把很低增益天线的移动通信、个人通信终端采用起来。

通信设备的成本不会根据通信距离的变化而产生变化，所以在远距离以及人类活动稀少地区是非常适用的。卫星通信也有一些缺点和需要改进的地方存在，比如：有卫星发射、星上通信载荷的成本非常高；卫星链路传输衰减较大；卫星链路传输的时候延大。

2 通信卫星平台和信道资源的发展分析

2.1 卫星通信的频率资源

在早期，GEO卫星转发器主要是C以及Ku频段，各有500 MHz带宽，其上行分别位于6 GHz以及14 GHz周围，下行分别在4 GHz以及12 GHz周围；每个转发器的带宽有33 MHz和36 MHz以及54 MHz等；Ku后来到了800 MHz。把天线正交极化、多波束卫星天线以及低轨道卫星群等技术充分运用起来，可以让上述频率进行重复使用，扩大可用频率资源许多倍。此外，把空间激光通信技术采用起来扩展信道资源，尤其是星际激光通信链路，它的容量可以和光纤通信进行比较，而抗干扰抗截获能力是更佳的。

2.2 通信卫星平台的发展

卫星平台技术作为让卫星通信应用以及市场竞争力得以提升的主要因素。现阶段而言，世界上最大的通信卫星平台有七吨之重，太阳能电池的功率有三十千瓦。

3 卫星通信技术的发展现状和前景分析

3.1 调制解调技术

QPSK、OQPSK以及π/4DQPSK等是卫星通信中经常使用的调制方式。目前，伴随高速数据传输的需求，以及转发器资源愈加紧缺，就让8PSK、16APSK以及16QAM等高阶调制方式得到了广泛研究、应用。其中APSK调制因其星座中的幅度、相位信息是能够进行变量可分离的，可以把简单的预失真法采用起来去进行幅度非线性矫正，而不对相位特性产生影响，使其在透明转发这种高阶调制信号的时候，功率效率不会在很大程度上降低。所以，APSK调制在卫星电视广播中有了很好的应用，在卫星宽带移动通信中的应用前景也是很好的。

3.2 扩频通信技术

卫星通信信道的开放性的特点，随之而来的是隐蔽性差以及抗干扰能力弱等劣势，可把扩频技术采用起来克服，所以扩频通信主要在隐蔽通信、抗干扰军事通信中进行使用。扩频主要包括直接序列扩频和跳变频率以及跳变时间、线性调频等四种工作方式。

3.3 多址和复用技术

所谓多址（multiple access）指的是：某个站从它接收到多路信号中对各路信号来自哪个站点进行区分，并根据需要，对其中一路或几路进行选择，再去进行接收处理；也可以是某一站用某种信道复用方式广播地对多路信号进行发送，让其他各站能按需要对其中一路或几路信号进行选择，再进行接收处理。所谓复用就是多路复用，指的是多个数据流的数字调制信号对一条信道共享，从而进行传输时的信道共享的方法。

3.4 星上信号处理和交换技术

3.4.1 星上信号处理

在早期，基于GEO卫星的通信都是对透明转发器进行采用，从而让中继传输得以实现，这样提供的信道资源应用具有很强的灵活性，转发器能够分频带出租给各个用户，供其进行随意应用。

3.4.2 星上交换

支持星上交换是OBP最重要的作用。再生式OBP可在星上对各路信号所传输的数据流进行获取，所以对任何方式的交换都是支持，比如ATM交换以及IP交换、程控电路交换等。如果在星上让IP交换得以实现，则卫星网和地面因特网的互联，就会由此变得异常便捷。

3.5 空间激光通信技术

空间激光通信技术是指：把激光束作为信息载体，在自由空间里面进行通信，不但可作为卫星间的高速传输链路，还可以作为作为卫星和地面站之间的一个通信链路。但是后者可传输的信息速率偏低，且当有较浓的云雾存在，降雨时无法进行通信。携带信息的电信号调制在光束上进行发送，通信的双端通过初定位、调整，再经过捕获光束，瞄准、跟踪建立起光链路，去进行信息传输。

4 卫星通信的前景展望

有线电信网以及计算机局域网、有线电视网已让三网融合得以实现，并入骨干网，地面移动通信蜂窝网通过其无线核心网、骨干网互联，卫星通信网也应该是通过其无线核心网、骨干网互联。伴随卫星通信的IP化，不同性质以及同业务的卫星通信终端，都会变成类似因特网，再接入设备，可见IP化确实是一种必然趋势。但是此处的IP化，不等同于卫星通信网内部的传输和交换全部IP化，对部分特别的传输、交换方式进行保留，有利于把卫星通信的特点发挥出来，而获得更高的卫星资源利用率，让更高的业务质量得以实现。因为基于Ka频段的LEO卫星群蜂窝网的发展，不到能够让可用频率资源、通信容量大幅度增长，且使用户终端的成本能够降低，卫星通信具有无缝覆盖的优势，在国际民用通信市场中能够占据一个较大比例。但是我国的情况是有一些轻微区别的。因为基于4G的地面蜂窝网在我国民用通信市场当中的比例是比国外大多数国家明显更高的，然而，卫星通信接入因特网的竞争力甚至还不如4G，现阶段卫星通信能够实现可用频率资源的地域覆盖密度，和4G的覆盖密度相比较，还要低几个数量级。