衛(wèi)星通信技術(shù)概念及特點(diǎn)

韓春欣

摘要

衛(wèi)星技術(shù)在不斷的發(fā)展和前進(jìn)，其功能將日益完備，其在人們工作、生活中扮演的角色將越來(lái)越重要。本文對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)和衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，陳述了這兩類衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本概念及特點(diǎn)，闡述了幾個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，而后對(duì)給空間通信網(wǎng)的構(gòu)建與技術(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 衛(wèi)星固定通信系統(tǒng) 空間通信網(wǎng) 概念 技術(shù)

以業(yè)務(wù)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式為依據(jù)進(jìn)行分類可將衛(wèi)星通信系統(tǒng)分為衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)，現(xiàn)有的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)有北斗衛(wèi)星系統(tǒng)、海事衛(wèi)星系統(tǒng)、銥星衛(wèi)星系統(tǒng)等。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的作用主要是傳輸短報(bào)文、定位、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等，而衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)的作用則主要是通信、廣播以及提供互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和VSA7通信業(yè)務(wù)。

1 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

將通信衛(wèi)星作為中繼站實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信即為衛(wèi)星移動(dòng)通信。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)和地面移動(dòng)通信的二者結(jié)合衍生的產(chǎn)物，其中作為中繼站的衛(wèi)星可以是GSO衛(wèi)星或NGSO衛(wèi)星。經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展使得地球上地面通信網(wǎng)絡(luò)不斷得到完善，但地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)因素對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的限制依然沒(méi)有徹底解決，地面蜂窩系統(tǒng)現(xiàn)在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)將來(lái)也很難實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫覆蓋。中國(guó)作為一個(gè)國(guó)土面積遼闊，地理?xiàng)l件復(fù)雜的國(guó)家，如今仍有許多偏遠(yuǎn)地區(qū)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)地面網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋。擺脫地域條件、氣候條件限制的移動(dòng)通信手段是人類共同的追求，可以說(shuō)，衛(wèi)星移動(dòng)通信在很大程度上做到了這一點(diǎn)。重大的自然災(zāi)害將會(huì)對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)造成很大的破壞，而衛(wèi)星移動(dòng)通信則可以繼續(xù)工作。衛(wèi)星移動(dòng)通信的應(yīng)用前景是廣闊的。但值得一提的是，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是地面蜂窩系統(tǒng)的補(bǔ)充，通過(guò)衛(wèi)星波束覆蓋地面蜂窩系統(tǒng)沒(méi)有覆蓋到的區(qū)域，滿足低業(yè)務(wù)密度的應(yīng)用環(huán)境。衛(wèi)星移動(dòng)通信的技術(shù)特點(diǎn)如下：

（1）衛(wèi)星有限的功率與移動(dòng)站低天線增益之間存在突出的矛盾;

（2）電波傳播情況具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，通信系統(tǒng)的工作環(huán)境是非高斯信道;

（3）大量的用戶共同分享有限的衛(wèi)星資源。

筆者將在下文對(duì)幾個(gè)比較重要的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1.1 北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)

北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，由北斗一號(hào)、北斗二號(hào)兩代系統(tǒng)組成。北斗一號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)及周邊地區(qū)的區(qū)域?qū)Ш较到y(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)雙向通信;北斗二號(hào)導(dǎo)航系統(tǒng)則是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，被用于定位導(dǎo)航，終端設(shè)備不具有發(fā)射模塊。北斗一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)是中國(guó)自主研發(fā)的導(dǎo)航系統(tǒng)，能提供給用戶全天候、區(qū)域性的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)在服務(wù)區(qū)內(nèi)的主要功能是定位、通信和授時(shí)。其中，定位指的是確定用戶所處位置，在此基礎(chǔ)上為用戶或主管部門提供導(dǎo)航信息，此過(guò)程具有快速性的特點(diǎn)。標(biāo)校站覆蓋區(qū)，北斗一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的定位精確度可達(dá)20米，在非標(biāo)校站覆蓋區(qū)，其定位精度也優(yōu)于一百米。同時(shí)，北斗一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)用戶之間或用戶與中心控制系統(tǒng)之間的雙向通信，但一次通信內(nèi)容不能超過(guò)120個(gè)漢字。此外，北斗一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的中心控制系統(tǒng)會(huì)定時(shí)播發(fā)授時(shí)信息。隨著北斗二號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用，一般情況下，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)成為了第二代系統(tǒng)及北斗二號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)的特指。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的服務(wù)包括開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)，其中開(kāi)放服務(wù)包括全球免費(fèi)定位、測(cè)速、授時(shí)。授權(quán)服務(wù)則指為有高精度、高可靠衛(wèi)星導(dǎo)航需求的用戶提供的上述服務(wù)及通信服務(wù)、系統(tǒng)完好性信息。

1.2 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)

海事衛(wèi)星系統(tǒng)由海事衛(wèi)星組織主導(dǎo)建立，中國(guó)是國(guó)際海事衛(wèi)星組織的一個(gè)創(chuàng)始成員國(guó)。海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成部分包括空間段、網(wǎng)控中心、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站、衛(wèi)星地球站、衛(wèi)星終端，其中空間段是指在軌道中運(yùn)行的海事衛(wèi)星。海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)控中心位于國(guó)際海事衛(wèi)星組織的總部，即英國(guó)倫敦，其職責(zé)是檢測(cè)、協(xié)調(diào)、控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)衛(wèi)星的操作運(yùn)行，以及監(jiān)視地球站運(yùn)行情況。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站有多個(gè)，負(fù)責(zé)職責(zé)洋區(qū)內(nèi)的信道控制、分配。地球站，也被稱為岸站，其任務(wù)則是實(shí)現(xiàn)用戶與移動(dòng)站之間的通信，北京國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星地面站是中國(guó)唯——座國(guó)際移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)地面站。衛(wèi)星終端的作用是提供語(yǔ)音通信服務(wù)，其具有多種形式。

1.3 銥星衛(wèi)星通信系統(tǒng)

銥星系統(tǒng)是一個(gè)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，其衛(wèi)星可覆蓋全球，由美國(guó)摩托羅拉公司提出設(shè)計(jì)。與其他通信系統(tǒng)相比銥星系統(tǒng)的突出特點(diǎn)就是利用衛(wèi)星間的引力實(shí)現(xiàn)全球通信。銥星通行系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)如下：第一，軌道低、傳輸速度快、信息耗損小;無(wú)需專門的地面接收站;全球無(wú)縫隙覆蓋。銥星系統(tǒng)由用戶單元、衛(wèi)星星座、系統(tǒng)控制站、關(guān)口站組成，能為用戶提供電話、尋呼、傳真、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)。

2 衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)

通常，衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)由空間段、地面段、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)這幾部分組成。前文筆者提到衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的空間段即指軌道上運(yùn)行的衛(wèi)星，衛(wèi)星固定通行系統(tǒng)的空間段也是這個(gè)意思，其作用同樣是無(wú)線中繼站，可通過(guò)衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)地球站的信號(hào)。地面段：關(guān)口站的作用是連接衛(wèi)星通信系統(tǒng)與公眾網(wǎng)，提供傳輸信道，可看作特殊的地球站。跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)負(fù)責(zé)跟蹤測(cè)量衛(wèi)星，對(duì)其進(jìn)行軌道修正及位置姿勢(shì)保持。監(jiān)控管理系統(tǒng)，顧名思義，負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)、控制衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)的通信性能，確保系統(tǒng)能正常通信。

3 空間通信網(wǎng)

空間通信網(wǎng)即空間通信的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)方式。空間通信網(wǎng)需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題就是如何充分發(fā)揮其效益。有相關(guān)科學(xué)家提出空間通信網(wǎng)由骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)、航天器內(nèi)網(wǎng)、鄰近網(wǎng)組成。其中，骨干網(wǎng)由地面網(wǎng)、深空網(wǎng)、天基網(wǎng)、商業(yè)衛(wèi)星系統(tǒng)、虛擬專網(wǎng)組成?？臻g通信網(wǎng)是一種對(duì)因特網(wǎng)技術(shù)的靈活應(yīng)用。如骨干網(wǎng)，其網(wǎng)絡(luò)層近空通信主要采用IP，而深空通信則采用SCPS，因?yàn)榻胀ㄐ排c地面網(wǎng)兼容;其傳輸層采用的通信協(xié)議則是TCP、UDP、SCPS、SCPS-TP;其應(yīng)用層的協(xié)議則是FTP、CFDP、SMTP、MDP、NTP及其他協(xié)議。

4 小結(jié)

就現(xiàn)階段而言，我國(guó)的電視轉(zhuǎn)播和村村通工程都應(yīng)用了衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)頻率。我國(guó)的固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)能為用戶提供通信、廣播、互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動(dòng)通行業(yè)務(wù)等多種服務(wù)。隨著衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展和完善，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)、衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，機(jī)載通信領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

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