衛(wèi)星通信技術發(fā)展前景分析

劉新飛 劉耀 丁文春

【摘要】中國科技水平處于一個高速發(fā)展階段，其中的衛(wèi)星通信技術已經取得驕人的成績。目前國內衛(wèi)星技術的應用呈現(xiàn)出多領域、效益高的局面，包括到通信、遙感和測量等方面，這其中，涉及到民生通信和軍事運用等。衛(wèi)星通信技術的高速發(fā)展原因離不開它自身的優(yōu)勢，其通信組網(wǎng)便捷、覆蓋范圍寬廣是其主要特點。本文從衛(wèi)星通信技術的發(fā)展和基本含義著手，探索其全球化特點，并探討衛(wèi)星通信技術的發(fā)展前景。

【關鍵詞】衛(wèi)星通信技術;發(fā)展前景;探究

衛(wèi)星通信技術第一次亮相是在2013年，當時通過衛(wèi)星技術實現(xiàn)全國同步傳播，中國的女航天員王亞平為全國中小學生講授太空上的知識。這次信息同步傳播真正意義上讓民眾感受到衛(wèi)星通信技術的優(yōu)勢，即覆蓋面廣、通信質量佳。在現(xiàn)在的日常生活中，通信技術在各行各業(yè)均得到廣泛的應用，而衛(wèi)星通信技術相較于其他通信技術，其傳輸質量高、通信容量大、范圍廣，并且在制造成本上也低于其他通信技術，這就使得國家大力推廣衛(wèi)星通信技術。從這些原因來看，衛(wèi)星通信技術勢必是世界所熱議和探究的一個話題，其關注和效應也將持續(xù)被開發(fā)，本文即結合當前的衛(wèi)星通信技術發(fā)展來討論其未來前景。

1. 衛(wèi)星通信技術的含義和發(fā)展歷程

衛(wèi)星通信技術是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)無線電波而進行的兩個或多個地球站之間的通信，無線電波是一種通信的工具，通過搭建衛(wèi)星，可以實現(xiàn)多處的信息傳輸、通訊。在網(wǎng)絡和通信高速發(fā)達的今天，衛(wèi)星通信技術仍有著無法取代的優(yōu)勢。衛(wèi)星通信技術是通過地球無線電通信站以及太空中的人造衛(wèi)星所構成的，其中的衛(wèi)星位于赤道上方36000KM的高度，隨地球自傳方向同步運行，實現(xiàn)相對靜止。理論上看，只需要三顆同步衛(wèi)星就能在全球范圍內實現(xiàn)通信。衛(wèi)星通信技術的發(fā)展并沒有多長的時間，最早是在1945年，由英國物理學家克拉克提出。從此后，各國開始研究衛(wèi)星通信技術，歷經數(shù)年后，于1957年，蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星，在這同一時期間，美國也發(fā)射了人造衛(wèi)星并實現(xiàn)了衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信技術的發(fā)展在這幾十年內，進步神速，其帶有的全球定位系統(tǒng)有著很高的應用，如美國的GPS導航系統(tǒng)，中國的北斗導航系統(tǒng)和歐洲伽利略導航系統(tǒng)等。

2. 衛(wèi)星通信技術在我國的發(fā)展情況

我過在衛(wèi)星通信技術上的開展起步較晚，第一顆人造衛(wèi)星“東方紅一號”于1970年4月24日成功發(fā)射，從這一天標志著我國突破了衛(wèi)星通信的屏障，走出了中國衛(wèi)星通信技術的第一步。當然，國內的衛(wèi)星通信技術與發(fā)達國家相比仍有不小的距離，但國內的安全與通信通過衛(wèi)星通信技術已取得不少的進步。目前我國已經建立了多達千座的信息通信中心，涉及到航天航空、交通信息、天氣、移動通信等多項領域。但是，國內的衛(wèi)星通信技術主要應用領域還是民用方面，即移動通信和固定通信上面。我國的衛(wèi)星移動通信方面技術主要依靠便攜式的用戶終端的通信系統(tǒng)來運營，所以成效較好，但是涉及到中低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)還有較大的發(fā)展空間。我國的衛(wèi)星通信技術已經得到了世界的認可，目前是國際海事衛(wèi)星組織成員國之一，可以為亞太地區(qū)、太平洋以及印度洋等5000多個終端提供相應的衛(wèi)星通信支持。我國在衛(wèi)星通信技術上還有著很大的潛力可以挖掘，這也是我國未來的重點項目之一。

3. 衛(wèi)星通信技術需要做到全球標準化

從理論上講，衛(wèi)星通信技術可以做到全球無縫覆蓋，涉及到海、陸、空等各個角度，但是其在應用上仍不不能做到全球一體化。即在具體的服務項目上，它需要依賴的條件更多，如網(wǎng)絡環(huán)境、終端需求等。衛(wèi)星通信在全球標準化遇到的首要問題就是各國政策不同，所以在監(jiān)管上面仍有著不同的要求，衛(wèi)星通信技術由于其廣闊和與地域無關的特性，常常受到各國政府的嚴格管理。為了能夠提供相應的衛(wèi)星服務，不僅需要在衛(wèi)星頻率方面與當?shù)仄渌\營商進行協(xié)調，還需與政府當局進行政策協(xié)調，以滿足國家的相關法律和法規(guī)。如何解決協(xié)調監(jiān)管方面的問題是一大挑戰(zhàn)。GPS系統(tǒng)在全球取得的巨大成功的重要原因在于美國的大力推廣。INMARSAT的全球發(fā)展得益于其脫胎于國際官方組織，以及作為全球唯一的遇險安全衛(wèi)星移動通信服務的定位。全球化的第二個限制點是缺乏統(tǒng)一的衛(wèi)星通信標準。移動通信的全球發(fā)展與GSM、WCDMA、LTE等體系標準的成熟和推廣密不可分，衛(wèi)星通信的突飛猛進離不開具有嚴密協(xié)議和標準的SDH、PTN技術體系。

衛(wèi)星通信技術的發(fā)展因為各國應對要求不一，所以長時間都沒有統(tǒng)一的標準。這就使得衛(wèi)星通信在全球發(fā)展上無法做到一致，一方面，國家會形成獨立市場，禁止外來者;另一方面，用戶根據(jù)不同的標準需要頻繁更換設備、增加網(wǎng)絡投資等情況。目前，全球都在高速發(fā)展中低軌衛(wèi)星通信技術，競爭激烈程度巨大，只有掌握了全球通用標準，才能在衛(wèi)星通信技術上掌握話語權。這一趨勢已經在5G標準中有所體現(xiàn)。國際上的衛(wèi)星通信技術站已經提出了星地5G融合的4種應用場景，包括中繼到站、小區(qū)回傳、動中通及混合多播場景。只有對衛(wèi)星通信技術中的全球化標準的重視，才能推動衛(wèi)星通信技術的深化，我國作為大國之一，自然不落人后，大力發(fā)展國產標準，與北斗、天通一號等國產衛(wèi)星體系合力，才能在未來占據(jù)一席之地。

4. 衛(wèi)星通信技術的發(fā)展前景分析

衛(wèi)星通信技術作為國家科技的重點項目之一，在未來必然是有著更大的突破和進步。其發(fā)展的前景大致有以下幾個方面：

4.1 衛(wèi)星寬帶通信技術的發(fā)展

衛(wèi)星寬帶技術目前面臨的困境是容量不足，并且價格昂貴。當?shù)孛嬉苿油ㄐ乓宦吠伙w猛進即將邁進Gbit/s級別的5G時代，衛(wèi)星VSAT用戶仍然徘徊在Mbit/s級別時代。未來衛(wèi)星通信技術能否實現(xiàn)寬帶化，主要就是要增加寬帶信道數(shù)量，類似于地面蜂窩網(wǎng)的構造思路，可以將衛(wèi)星通信覆蓋的區(qū)域分割為小區(qū)域，使得信號更為精準、高效。目前GEO衛(wèi)星軌道的資源越來越擁擠，其使用的頻譜資源也越來越緊缺。這表明未來更多的衛(wèi)星通信會采用更高的頻段去兼容線下的頻譜，即EFH的頻段或者Ka/Ku的頻段，從經濟上和通信方式上都是更有效益。

4.2 IP基礎上搭建多種通信網(wǎng)絡

衛(wèi)星通信技術發(fā)展到目前階段，其中的寬帶信息網(wǎng)絡是多媒體傳輸業(yè)務的重要基礎。在通信上有著多種方式的選擇，如蜂窩、有限、衛(wèi)星和Wimax等方式，而在傳播上，又能給用戶足夠多的體驗，比如直接入戶注冊，網(wǎng)絡信息登記等，并且寬帶信息的發(fā)展是越來越普及，精準率高，延遲小。

4.3 自適應的信道分配技術

在未來，衛(wèi)星通信技術還會開展自適應的信道分配，這一技術使得衛(wèi)星通信有更強的靈活性和自適應組織性?？梢愿鶕?jù)要求，自動適用業(yè)務和資源分配，從而保證高碼率和低碼率的用戶能夠共享信息分配，另外，通過這項技術，還能使其他的一些通信業(yè)務可以兼容到衛(wèi)星通信技術上，使得衛(wèi)星通信的業(yè)務更加廣泛，多樣化。

4.4 終端易用化

衛(wèi)星通信技術發(fā)展到后面，肯定是要實用終端容易化。而要實現(xiàn)衛(wèi)星終端的易用化，首先就要提高無線制造技術的發(fā)展，確保衛(wèi)星發(fā)射功率和通信頻率的提高，使得衛(wèi)星通信更容易，更穩(wěn)定。衛(wèi)星終端上的天線也可能會發(fā)生變化，從拋物型式的天線變成VSAT便攜式模式，或者車載式、機載、船載式模式。未來衛(wèi)星上的無線技術一定是呈現(xiàn)輕量化、小型化、自動化的發(fā)展趨勢。首先是機械結構巧化，可以通過天線座架折疊、天線主面分瓣安裝的方式，使得天線實現(xiàn)單箱式裝房，做到簡單，便捷，其次，可以內設天線控制器，實現(xiàn)一鍵對星?；蛘卟捎幂o助式帶屏顯示器，去掉內置的電機設備，減少控制點。

4.5 動中通技術成型

衛(wèi)星通信技術的動中通是一個新興概念，即是衛(wèi)星在相對移動的狀態(tài)上，也能實時根據(jù)衛(wèi)星通信來獲取信息或者多媒體信息傳播。并且，在衛(wèi)星運動中，還能根據(jù)載體的運動角度、姿態(tài)等進行實時計算，從而得出衛(wèi)星天線的偏移角度，這項動中通技術，可以很好地解決各種車輛、輪船等移動載體在運動中通過地球同步衛(wèi)星，實時不斷地傳遞語音、數(shù)據(jù)、高清晰的動態(tài)視頻圖像、傳真等多媒體信息的難關，是通信領域的一次重大的突破，是當前衛(wèi)星通信領域需求旺盛、發(fā)展迅速的應用領域，在軍民兩個領域都有極為廣泛的發(fā)展前景。目前衛(wèi)星商行的無線電波在傳播速度上和光速是一樣的，但是其折算的傳播卻需要一定的時間，因此，衛(wèi)星通信傳播上還有一段路程要走，還要學會發(fā)展激光技術，多波束天線技術等，確保衛(wèi)星傳播信號和頻率能得到同步傳輸。

5. 總結

從上文可以發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星通信技術還有著很可觀的前景去探索，譬如更快的傳播速度，更穩(wěn)定的傳播頻段等。大力發(fā)展衛(wèi)星通信技術，拓寬容量大、速率高的衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星寬帶，使衛(wèi)星通信技術應用面更廣，成本更低，可以有效地提高我國科技綜合國力。

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作者簡介：劉新飛，甘肅天水，碩士，研究方向：信號處理;劉耀，貴州遵義，研究方向：程控交換;丁文春，碩士，四川南充。研究方向：衛(wèi)星通信。