高兵　遲美德

【摘 要】從分析衛(wèi)星通信的特點入手，綜述了衛(wèi)星通信的衛(wèi)星平臺、可用頻率資源和主要相關(guān)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，概述了典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能特點，介紹了衛(wèi)星通信的應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展情況，并展望了發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信；移動衛(wèi)星通信；星上處理；星上交換；多波束天線；蜂窩網(wǎng)衛(wèi)星系統(tǒng)

1引言

自1965年美國發(fā)射第一顆商用通信衛(wèi)星以來，衛(wèi)星通信技術(shù)及其應(yīng)用取得了令人矚目的巨大成就。它實現(xiàn)了覆蓋全球豐富多彩的通信服務(wù)，不僅在軍事中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，也對人類的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了巨大影響。與微波中繼通信及其他通信方式相比，衛(wèi)星通信主要具有以下特點。

通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)：地球同步軌道（GEO）衛(wèi)星距地面高度35 860 km，只需一個衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)，就能實現(xiàn)1萬多公里的遠(yuǎn)距離通信；每一顆衛(wèi)星可覆蓋全球表面的42.4%，用3顆GEO衛(wèi)星就可以覆蓋除兩極緯度76°以上地區(qū)以外的全球表面及臨地空間；

可將其廣播性與各種多址連接技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成龐大的通信網(wǎng)：在一顆衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，不必依賴顯式的交換，只需利用衛(wèi)星中繼傳輸和多址/復(fù)用技術(shù)就能構(gòu)成擁有許多地面用戶的大型通信網(wǎng)。

機(jī)動靈活：衛(wèi)星通信的建立不受地理條件的限制，無論是大城市還是邊遠(yuǎn)山區(qū)、島嶼，隨地可建；通信終端也可由飛機(jī)、汽車、艦船搭載，甚至個人隨身攜帶；建站迅速，組網(wǎng)靈活。

通信頻帶寬、通信容量大：衛(wèi)星通信信道處于微波頻率范圍，頻率資源相當(dāng)豐富，并可不斷發(fā)展。

信道質(zhì)量好、傳輸性能穩(wěn)定：衛(wèi)星通信鏈路一般都是自由空間傳播的視距通信，傳輸損耗很穩(wěn)定而可準(zhǔn)確預(yù)算，多徑效應(yīng)一般都可忽略不計，除非是采用很低增益天線的移動通信或個人通信終端。

通信設(shè)備的成本不隨通信距離增加而增加，因而特別適于遠(yuǎn)距離以及人類活動稀少地區(qū)的通信。衛(wèi)星通信也存在一些缺點和一些應(yīng)該而且可以逐步改進(jìn)的方面主要有衛(wèi)星發(fā)射和星上通信載荷的成本高；衛(wèi)星鏈路傳輸衰減很大；衛(wèi)星鏈路傳輸時延大。

基于衛(wèi)星通信的特點及其重要作用，本文將從衛(wèi)星通信的可用頻率資源、衛(wèi)星平臺、主要關(guān)鍵技術(shù)、典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面進(jìn)行介紹，綜述發(fā)展現(xiàn)狀，展望發(fā)展前景。

2通信衛(wèi)星平臺與信道資源的發(fā)展

2.1衛(wèi)星通信的頻率資源

早期GEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器主要是C和Ku頻段，各有500 MHz帶寬，其上行分別位于6 GHz、14 GHz附近，下行分別位于4 GHz、12 GHz附近；每個轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬有33 MHz、36 MHz、54 MHz等；Ku后來擴(kuò)展到800 MHz。采用天線正交極化、多波束衛(wèi)星天線、低軌道衛(wèi)星群等技術(shù)，可使上述頻率重復(fù)使用許多次，可用頻率資源擴(kuò)大許多倍。此外采用空間激光通信技術(shù)擴(kuò)展信道資源，特別是星際激光通信鏈路，其容量可與光纖通信相比擬，而抗干擾抗截獲能力更強(qiáng)。

2.2通信衛(wèi)星平臺的發(fā)展

衛(wèi)星平臺技術(shù)是推動衛(wèi)星通信應(yīng)用和增強(qiáng)市場競爭力的重要因素。目前，世界上最大的通信衛(wèi)星平臺重達(dá)7噸、太陽能電池功率達(dá)30 kW。

3衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀與前景

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)制信號時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)星寬帶移動通信中也有很好的應(yīng)用前景。

3.2擴(kuò)頻通信技術(shù)

衛(wèi)星通信信道開放性的特點帶來的隱蔽性差、抗干擾能力弱等缺點，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、跳變頻率、跳變時間和線性調(diào)頻等4種基本工作方式。

3.3多址和復(fù)用技術(shù)

所謂多址（multiple access）是指某個站從它接收到的多路信號中區(qū)分各路信號來自哪個站點，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，讓其他各站能按需選擇其中一路或幾路信號進(jìn)行接收處理。所謂復(fù)用即多路復(fù)用，是指多個數(shù)據(jù)流的數(shù)字調(diào)制信號共享一條信道進(jìn)行傳輸時的信道共享方法。

3.4星上信號處理和交換技術(shù)

3.4.1星上信號處理

早期基于GEO衛(wèi)星的通信都是采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)中繼傳輸，這樣提供的信道資源應(yīng)用靈活性最大，轉(zhuǎn)發(fā)器可以分頻帶出租給各個用戶隨意應(yīng)用。

3.4.2星上交換

OBP最重要的作用在于支持星上交換。再生式OBP可在星上獲得各路信號所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，因此能支持任何方式的交換，如ATM交換、IP交換或程控電路交換等。若在星上實現(xiàn)了IP交換，則衛(wèi)星網(wǎng)與地面因特網(wǎng)的互聯(lián)就變得非常簡單而方便。

3.5空間激光通信技術(shù)

空間激光通信技術(shù)是指用激光束作為信息載體在自由空間進(jìn)行通信，既可作為衛(wèi)星間的高速傳輸鏈路，也可作為衛(wèi)星與地面站之間的通信鏈路。不過后者可傳輸?shù)男畔⑺俾什惶?，而且?dāng)存在較濃的云霧或降雨時無法通信。攜帶信息的電信號調(diào)制到光束上發(fā)送，通信的雙端通過初定位和調(diào)整再經(jīng)過光束的捕獲、瞄準(zhǔn)和跟蹤建立起光鏈路進(jìn)行信息傳輸。

4衛(wèi)星通信的前景展望

有線電信網(wǎng)、計算機(jī)局域網(wǎng)和有線電視網(wǎng)已實現(xiàn)三網(wǎng)融合并入骨干網(wǎng)，地面移動通信蜂窩網(wǎng)通過其無線核心網(wǎng)與骨干網(wǎng)互聯(lián)，衛(wèi)星通信網(wǎng)也應(yīng)該是通過其無線核心網(wǎng)與骨干網(wǎng)互聯(lián)。隨著衛(wèi)星通信的IP化，各種不同性質(zhì)和不同業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信終端，都將變成類似的因特網(wǎng)接入設(shè)備，可見IP化確實是大勢所趨。但是此處IP化不等于衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)部的傳輸與交換全部IP化，保留部分特別的傳輸和交換方式，有利于發(fā)揮衛(wèi)星通信的特點而獲得更高的衛(wèi)星資源利用率和達(dá)到更高的業(yè)務(wù)質(zhì)量。由于基于Ka頻段的LEO衛(wèi)星群蜂窩網(wǎng)的發(fā)展，不僅使可用頻率資源和通信容量大幅度增長，而且使用戶終端的成本大大降低，衛(wèi)星通信無縫覆蓋的優(yōu)勢凸現(xiàn)，在國際民用通信市場中確實可以占據(jù)一個不小比例。但是我國的情況略有不同。由于基于4G的地面蜂窩網(wǎng)在我國民用通信市場中占有比例明顯高于國外大多數(shù)國家，而衛(wèi)星通信接入因特網(wǎng)的競爭力還遠(yuǎn)不如4G，目前衛(wèi)星通信可實現(xiàn)的可用頻率資源的地域覆蓋密度，比4G的覆蓋密度低幾個數(shù)量級。