衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的關鍵技術分析與研究

劉錦超

【摘要】 衛(wèi)星移動通信技術具有覆蓋面廣、通信頻帶寬、靈活機動以及不受地域限制等優(yōu)勢，是未來通信技術發(fā)展的主流趨勢。在軍用以及民用通信領域有著非常重要的作用，鑒于此，本文對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的關鍵技術進行詳細分析。

【關鍵詞】 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) GEO LEO

引言

在現(xiàn)代化科學技術的推動下，移動通信有了突破性的發(fā)展，尤其是在全球信息化的大背景下，人們的移動通信業(yè)務不斷增長，對移動通信系統(tǒng)的依賴程度也越來越高，傳統(tǒng)的移動通信系統(tǒng)顯然已經(jīng)無法滿足人們日益增長的業(yè)務需求，尤其是在高原、荒漠以及偏遠海島等惡劣的地理環(huán)境中，傳統(tǒng)移動通信技術根本不能進行正常通信。衛(wèi)星移動通信以通信衛(wèi)星為主要中繼站，輕松實現(xiàn)了移動用戶之間或者移動用戶與固定用戶之間信息互聯(lián)的現(xiàn)代化通信方式。因此以衛(wèi)星為依托的移動通信系統(tǒng)，憑借其廣闊的覆蓋面積、靈活機動等特點，成為了未來移動通信技術發(fā)展的主要方向。

一、衛(wèi)星移動通訊的發(fā)展

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展領域中，根據(jù)軌道的不同主要分兩種技術形式，一種是大型低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)（Low Earth Orbit，LEO），例如銥星系統(tǒng)；另一種則是利用地球同步軌道衛(wèi)星（Geosynchronous Orbit，GEO）和大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統(tǒng)，例如Thuraya舒拉亞、Inmarsat國際海事衛(wèi)星以及美國最新裝備的MUGS移動用戶目標系統(tǒng)等。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)根據(jù)軌道的不同，衛(wèi)星大小以及數(shù)量的差異導致LEO和GEO兩種系統(tǒng)有著非常明顯的技術特點。GEO衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時延百毫秒量級，實時性差，傳輸損耗大，需要大的天線和功放；其系統(tǒng)建設周期短，壽命長，建設維護費用相對較低，性價比高。衛(wèi)星相對地面固定，對星容易，不需要復雜跟蹤控制系統(tǒng)，單顆衛(wèi)星即可開展業(yè)務，通過增加衛(wèi)星數(shù)量，可提高系統(tǒng)性能和容量。但其體積和重量偏大，發(fā)射升空難度大，風險高。軌道位置固定衛(wèi)星數(shù)量少且沒有備份衛(wèi)星，抗干擾能力差，電磁兼容和軌道協(xié)調都是重要難題。LEO衛(wèi)星系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時延十毫秒量級，實時性能佳、傳輸損耗小，不需要大天線。衛(wèi)星體積小，重量輕，研制周期短，發(fā)射難度低，并且靈活機動，可搭載發(fā)射或一箭多星發(fā)射，衛(wèi)星分不同軌道平面，多個衛(wèi)星同時運行相互備份，抗毀性強。但系統(tǒng)設計復雜、建設周期長、難度大。LEO衛(wèi)星要在軌道面形成星座圖，并且相對地面高速運動需配有完美的跟蹤管理控制系統(tǒng)，還需建立全球信關站或實現(xiàn)星上交換處理功能。同時必須當所有衛(wèi)星在軌運行時，才能提供有效的全球移動通信服務。

LEO和GEO兩種衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)存在較為明顯的優(yōu)劣性，GEO系統(tǒng)更適用于人口密集地區(qū)建立區(qū)域性個人移動通信系統(tǒng)，而LEO系統(tǒng)則更加適合在全球建立無縫覆蓋的移動通信系統(tǒng)。

二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關鍵技術

為能夠有效提升衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性、高效性以及優(yōu)質性，所使用的衛(wèi)星平臺必須具備調制解調、波束成型、星上交換、星載校準以及饋電鏈路數(shù)字處理等核心技術。下面就對衛(wèi)星系統(tǒng)的關鍵技術進行詳細分析：

2.1星上處理技術

現(xiàn)階段，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換技術主要包括全透明轉發(fā)、部分處理交換以及星上處理交換三種模式。其中透明轉發(fā)（Bent Pipe）衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星轉發(fā)器只完成信號放大和頻率轉換，基本上與信號形式無關，對協(xié)議是透明的。該項技術較為成熟、風險相對較低，但是需要配合地面進行數(shù)據(jù)交換，因此信息傳輸?shù)难訒r性較大；星上處理是衛(wèi)星通信重要的技術之一，異步傳輸模式（ATM）是一種重要的星上交換處理模式，該技術實時性高、資源處理能力大、抗干擾能力強，但是由于技術發(fā)展時間較短，適用性和可靠性都不高。結合我國衛(wèi)星技術的實際發(fā)展水平，以及社會發(fā)展對衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)需求，GEO衛(wèi)星不宜采用難度較大的星上處理技術，但是在實際使用過程中，必須解決衛(wèi)星通信傳輸?shù)难訒r問題。

2.2衛(wèi)星天線技術

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的天線技術經(jīng)歷了從簡單天線，標準圓或橢圓波束、賦形天線，多饋源波束賦形到反射器賦形以及為支持個人移動通信而研制的多波束成型大天線的發(fā)展道路。衛(wèi)星天線技術適用于地球同步軌道衛(wèi)星和大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統(tǒng)，Aces亞洲蜂窩衛(wèi)星裝配有兩副12米口徑L波段天線，Thuraya瑟拉亞裝配有12.25米口徑天線，Inmarsat國際海事衛(wèi)星裝配有多波束天線。現(xiàn)階段，衛(wèi)星天線技術是提升高頻譜利用率的最佳方式，通過天線波束成形、多點波束蜂窩結構和智能天線技術可以有效實現(xiàn)高密度、多重的頻率再利用。

2.3星間鏈路技術

星間鏈路是指用于衛(wèi)星之間通信的鏈路，又被稱為星際鏈路或交叉鏈路（Crosslink）。通過星間鏈路可以實現(xiàn)衛(wèi)星之間的信息傳輸和交換。通過星間鏈路將多顆衛(wèi)星互聯(lián)在一起，形成一個以衛(wèi)星作為交換節(jié)點的空間通信網(wǎng)絡。該項技術對于大型低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)而言，由于其信息覆蓋面較小，需要借助星間鏈路技術實現(xiàn)地面對衛(wèi)星的有效控制，以及移動用戶之間的信息互聯(lián)?，F(xiàn)階段，星間鏈路技術主要可以分為微波通信以及激光通信兩種實現(xiàn)方式。目前主要常用微波通信技術，該技術的缺點在于受頻帶寬度、重量、體積、價格以及功耗等方面的影響，無法實現(xiàn)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的高效實用，而激光通信方式則具有明顯的優(yōu)勢，其超寬的頻譜帶寬可以有效提升衛(wèi)星通信的潛在容量并且降低衛(wèi)星載荷體積和重量，在提升信息保密性的同時還能減小信息傳輸?shù)难訒r性。

三、海上衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)由于不依賴于陸地基站、同其他無線通信手段相比可靠性高等特點在海上通信中占據(jù)了重要地位。大力發(fā)展衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)既是國家實施海洋戰(zhàn)略的時代需要，也是我國高科技產(chǎn)業(yè)核心競爭力的重要體現(xiàn)。研究表明，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)由于技術上的限制，主要面臨衛(wèi)星覆蓋范圍受限、衛(wèi)星傳送信息易被竊取、信號臨道干擾及雨雪衰減等問題。

目前在航海應用中，GEO衛(wèi)星系統(tǒng)主要用于語音通信及窄帶數(shù)據(jù)傳輸，雖然覆蓋范圍大但資費昂貴，且衛(wèi)星資源受制于國外保密性能差。LEO衛(wèi)星系統(tǒng)主要用于船載VSAT寬帶數(shù)據(jù)通信，但由于中低軌道衛(wèi)星軌位資源寶貴，我國在近海海域上空缺少足夠衛(wèi)星覆蓋，且現(xiàn)有衛(wèi)星資源等級較低，在多顆衛(wèi)星信號重疊區(qū)域通信效率不佳。綜合考慮技術成本和海上需求等因素，我國未來衛(wèi)星移動通信的發(fā)展方向，應該以區(qū)域覆蓋為主，兼顧全球為輔，以窄帶業(yè)務為主逐步發(fā)展支持寬帶業(yè)務，綜合利用大型低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)、地球同步軌道衛(wèi)星以及大型可展開多波束天線技術提供面向全球的移動通信系統(tǒng)特點，并且支持移動手持設備，保證信息傳輸?shù)募皶r性和有效性。

四、結束語

綜上所述，隨著我國衛(wèi)星移動通信技術的不斷發(fā)展，以及海上移動通信業(yè)務需求量的不斷擴大，無論是在民用還是在軍用領域，分析研究衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)關鍵技術，并結合海上實際對現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)提出有效改進措施，都將對做好海上通信保障起到重要的作用。

參 考 文 獻

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