衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

劉 成

國(guó)家新聞出版廣電總局無線電臺(tái)管理局

衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望

劉 成

國(guó)家新聞出版廣電總局無線電臺(tái)管理局

隨著衛(wèi)星通信的進(jìn)一步運(yùn)用，衛(wèi)星通信可以無縫覆蓋三維空間，適合多個(gè)固定或移動(dòng)用戶及固定與移動(dòng)用戶之間信息的傳遞，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)，國(guó)際通信，軍事通信，電視廣播等領(lǐng)域。衛(wèi)星通信在廣泛運(yùn)用中所存在的問題也需要進(jìn)一步加強(qiáng)改進(jìn)，比如整體成本較高、鏈路傳輸衰減大，鏈路傳輸時(shí)延長(zhǎng)等?；诖?，文章就衛(wèi)星通信的近期發(fā)展與前景展望進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望可以提供一個(gè)借鑒。

衛(wèi)星通信；近期發(fā)展；前景展望

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作原理及基本組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成，分別為測(cè)控系統(tǒng)，通信衛(wèi)星，監(jiān)管系統(tǒng)及地球站，其中測(cè)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)測(cè)量和控制通信衛(wèi)星的運(yùn)行軌跡，起著中繼站作用的通信衛(wèi)星，接收所有地面站發(fā)來的射頻信號(hào)，然后經(jīng)過放大和變頻處理，將信息傳送到地球站，地球站的功能是將要傳送的基帶信號(hào)經(jīng)過處理變?yōu)樯漕l信號(hào)，發(fā)送給通信衛(wèi)星，接收衛(wèi)星信號(hào)并解調(diào)出對(duì)應(yīng)傳送的基帶信號(hào)，并將該信號(hào)通過地面網(wǎng)絡(luò)傳給用戶，監(jiān)管的職責(zé)是確保整個(gè)系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，對(duì)應(yīng)的組成框圖如圖1。

圖1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本組成框圖

2.衛(wèi)星通信的發(fā)展現(xiàn)狀

按照各方面所進(jìn)行業(yè)務(wù)的不同，把衛(wèi)星通信分為三種：(1)寬帶衛(wèi)星通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；(2)衛(wèi)星通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)；(3)衛(wèi)星移動(dòng)通信相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。到現(xiàn)在為止，這些方面的衛(wèi)星通信系統(tǒng)也都能夠得到相應(yīng)的應(yīng)用，以下就是這些系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行一些介紹。

2.1 寬帶衛(wèi)星通信及其系統(tǒng)

寬帶衛(wèi)星通信一般來說就是把通信衛(wèi)星用來作為一個(gè)中繼站，就可以在各個(gè)地面站進(jìn)行相關(guān)的通信，它就是把寬帶業(yè)務(wù)以及相關(guān)的衛(wèi)星通信拿來使他們能夠有效地結(jié)合在一起，當(dāng)然這也是現(xiàn)在的衛(wèi)星通信所需要進(jìn)行發(fā)展的一個(gè)重要業(yè)務(wù)。

2.2 衛(wèi)星固定通信及系統(tǒng)

固定通信作為作為衛(wèi)星通信中的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)之一，應(yīng)用范圍較廣，應(yīng)用方面有電信服務(wù)、廣播電視、內(nèi)部專網(wǎng)、數(shù)據(jù)收集等方面。根據(jù)速率的不同，可以把衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)分為兩類，一類是窄帶業(yè)務(wù)，一類是寬帶業(yè)務(wù)。窄帶業(yè)務(wù)的特點(diǎn)是：窄帶通過話音和低俗數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)推動(dòng)自身發(fā)展，相對(duì)來說發(fā)展較為緩慢；與之形成鮮明對(duì)比的是寬帶業(yè)務(wù)取得了不錯(cuò)的發(fā)展，在寬帶業(yè)務(wù)中，IP業(yè)務(wù)發(fā)展尤為迅速。如：電視會(huì)議、遠(yuǎn)程醫(yī)療、通信傳播等。據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可得，近些年進(jìn)來，話音業(yè)務(wù)占的比重越來越低，占到14%左右，視頻業(yè)務(wù)所占比重大幅增加，占到62%，其他24%為傳統(tǒng)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

衛(wèi)星固定通信，近些年來取得了不錯(cuò)的發(fā)展，其具有以下方面的特點(diǎn)：①?gòu)慕M網(wǎng)方式來看，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式向點(diǎn)到多的通信方式轉(zhuǎn)變的過程，具體方面如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分發(fā)等；②從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)上來看，由原先的沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的VSAT體系逐步轉(zhuǎn)化為DVB體系和TCP/IP協(xié)議。

2.3 衛(wèi)星移動(dòng)通信及系統(tǒng)

衛(wèi)星移動(dòng)通信是一種幫助用戶之間實(shí)現(xiàn)相互通信的一種通信方式，其中可是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶與移動(dòng)用戶之間的通信、移動(dòng)用戶與固定電話之間的通信等。它一般會(huì)利用通信衛(wèi)星作為其信號(hào)中繼站，它既具有傳統(tǒng)衛(wèi)星固定通信的特點(diǎn)，又具有地面移動(dòng)通信的特點(diǎn)。具體到表現(xiàn)形式上，一方面它可以它可以作為衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供強(qiáng)大的移動(dòng)業(yè)務(wù)，另一方面它也是一個(gè)移動(dòng)通信系統(tǒng)，利用衛(wèi)星中繼站實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)功能。現(xiàn)對(duì)國(guó)際目前使用范圍廣，影響力大的衛(wèi)星系統(tǒng)作一介紹如下。

Inmarsat系統(tǒng)，名為國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)，它通過靜止軌道提供全球范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)，它的經(jīng)營(yíng)者是國(guó)際海事組織者。BGAN系統(tǒng)是Inmarsat系統(tǒng)的第四代業(yè)務(wù)簡(jiǎn)稱，它具有強(qiáng)大的功能，可以借助手持終端而向全球范圍內(nèi)的客戶提供話音和寬帶數(shù)據(jù)，并且提供速率穩(wěn)定高效。Thuraya系統(tǒng)是一個(gè)靜止且具有一定區(qū)域性的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，是一個(gè)阿聯(lián)酋衛(wèi)星通信公司建立。其衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋面積廣，基本上覆蓋了整個(gè)歐洲和其他一些洲和地區(qū)，在世界范圍內(nèi)有120個(gè)國(guó)際、28億人次使用此衛(wèi)星系統(tǒng)。并且，其提供的內(nèi)容功能多樣，有語音、數(shù)據(jù)、定位等功能。

3.衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)分析

3.1 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

衛(wèi)星通信中最常用的調(diào)制方式是QPSK、OQPSK和π/4DQPSK等，近年來，高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笈c轉(zhuǎn)發(fā)器資源緊缺推動(dòng)了8PSK、16APSK、16QAM等高階調(diào)制方式的研究與應(yīng)用。其中APSK調(diào)制因其星座中所含幅度和相位信息是變量可分離的，可以采用簡(jiǎn)單的預(yù)失真法進(jìn)行幅度非線性矯正而不影響相位特性，使之在透明轉(zhuǎn)發(fā)這種高階調(diào)制信號(hào)時(shí)的功率效率不明顯降低。因此，APSK調(diào)制在衛(wèi)星電視廣播中得到應(yīng)用，在衛(wèi)星寬帶移動(dòng)通信中也有很好的應(yīng)用前景。

3.2 糾錯(cuò)編碼技術(shù)

在衛(wèi)星通信的前期發(fā)展中，使用最為廣泛的信道編碼是由卷積碼作為內(nèi)碼、RS碼作為外碼的串行級(jí)聯(lián)碼。這是因?yàn)榫矸e碼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、譯碼門限較低，而RS碼的譯碼復(fù)雜度低，在輸入信息誤碼率較高時(shí)能獲得較高的編碼增益，例如，3/4卷積碼與RS編碼級(jí)聯(lián)情況下在達(dá)到BER=10-7時(shí)可獲得5.2dB編碼增益。

3.3 擴(kuò)頻通信技術(shù)

衛(wèi)星通信信道開放性的特點(diǎn)帶來的隱蔽性差、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)，可采用擴(kuò)頻技術(shù)克服，因此擴(kuò)頻通信主要用于隱蔽通信和抗干擾軍事通信。擴(kuò)頻主要有直接序列擴(kuò)頻(DSSS，directsequencespectrumspreading)、跳變頻率(FH，frequencyhopping)、跳變時(shí)間和線性調(diào)頻等4種基本工作方式。跳頻(FH)通信中，發(fā)送端將調(diào)制信號(hào)的載波頻率在很寬的頻率范圍中按照某種秘密約定的跳頻圖案進(jìn)行跳變，接收端采用同樣跳變的本地振蕩進(jìn)行正交下變頻，變回為零中頻信號(hào)再進(jìn)行基帶解調(diào)、符號(hào)判決和譯碼。因此FH比DSSS更容易將信號(hào)頻譜擴(kuò)展到更寬的頻率范圍，可獲得更高的處理增益。

3.4 多址和復(fù)用技術(shù)

所謂多址(multipleaccess)是指某個(gè)站從它接收到的多路信號(hào)中區(qū)分各路信號(hào)來自哪個(gè)站點(diǎn)，并根據(jù)需要選擇其中一路或幾路進(jìn)行接收處理；也可以是某一站以某種信道復(fù)用方式廣播地發(fā)送多路信號(hào)，讓其他各站能按需選擇其中一路或幾路信號(hào)進(jìn)行接收處理。所謂復(fù)用即多路復(fù)用(multiplexing)，是指多個(gè)數(shù)據(jù)流的數(shù)字調(diào)制信號(hào)共享一條信道進(jìn)行傳輸時(shí)的信道共享方法。

4.衛(wèi)星通信的發(fā)展前景

在當(dāng)今的時(shí)代，有線電信網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)有效的合并，形成了骨干通信網(wǎng)絡(luò)。而地面移動(dòng)通信蜂窩網(wǎng)，則是通過無線核心網(wǎng)絡(luò)與骨干網(wǎng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)通信資源的整合運(yùn)用。

在衛(wèi)星通信的發(fā)展過程中，基于Ka頻率段的LEO衛(wèi)星群蜂窩網(wǎng)的發(fā)展，不僅增加了可用頻率資源，還帶來了通信容量的大幅增加。如此，對(duì)降低用戶端的成本有著顯著的效應(yīng)，且突顯了衛(wèi)星通信的無縫覆蓋優(yōu)勢(shì)。其在國(guó)際民用通信中占據(jù)了較大的比例，但這種模式在我國(guó)的運(yùn)用又存在著一些差異。我國(guó)基于4G的地面蜂窩網(wǎng)，占據(jù)了民用通信市場(chǎng)的半壁江山，與國(guó)外大多數(shù)國(guó)家相比有著很大的差異。而衛(wèi)星通信的接入因特網(wǎng)，其競(jìng)爭(zhēng)力還遠(yuǎn)不如4G，因?yàn)槠涓采w的密度與4G相比還差了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所以，盡管國(guó)際上正在研發(fā)小衛(wèi)星群支持因特網(wǎng)接入，相關(guān)技術(shù)尚未處于嘗試階段，但可以預(yù)見其僅能在國(guó)外占據(jù)一定的市場(chǎng)份額，而我國(guó)民用通信市場(chǎng)依然是4G的天下。

值得一提的是，在我國(guó)，衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)與因特網(wǎng)直接對(duì)接成功的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，衛(wèi)星通信的無縫覆蓋優(yōu)勢(shì)依然具有較高的實(shí)用價(jià)值和社會(huì)意義，這與市場(chǎng)份額的占有量并無直接的相關(guān)性。要衡量衛(wèi)星通信的社會(huì)價(jià)值和使用價(jià)值，需要從通信的前景發(fā)展需求細(xì)細(xì)考量。因此，我們?nèi)孕枰愿訌?qiáng)大的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新勇氣去迎接所遇見的競(jìng)爭(zhēng)與挑戰(zhàn)。且我國(guó)衛(wèi)星通信由政府主導(dǎo)的模式，也應(yīng)盡快轉(zhuǎn)變?yōu)橐允袌?chǎng)為主導(dǎo)的模式，如此，才能在全球化的競(jìng)爭(zhēng)中，取得一席之地并獲得長(zhǎng)足的發(fā)展。

總之，衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)影響著人們生活的方方面面，同時(shí)在國(guó)家戰(zhàn)略層次上也是需要不斷推進(jìn)研發(fā)的產(chǎn)業(yè)。因此，衛(wèi)星通信的發(fā)展無疑是前途光明而且意義重大的。我們應(yīng)該以更強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和更大的創(chuàng)新勇氣去迎接競(jìng)爭(zhēng)和挑戰(zhàn)。

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