卫星通信技术发展及其应用

卫星通信技术发展及其应

用

摘要：本文介绍了卫星通信的基本概念，相关技术，探讨了当前卫星通信技术发展索面领的的一些问题，并探讨了相应的应用；让后再当前卫星通信技术发展的基础上提出了，卫星通信系统特点、卫星抗干扰技术及需要突破的关键技术。

关键词：卫星通信；宽带卫星通信；卫星移动通信；空间卫星通信；通信卫星；抗干扰；卫星通信技术今后的趋势

1卫星通信基本概念

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz～300GHz，即波段lm～1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。

空间无线电通信有3种形式。

1 地球站与空间站之间的通信；

2 空间站之间的通信；

3 通过空间站的转发或反射来进行的地球站相互间的通信, 也就是通常所称的卫星通信，卫星就是一种空间站。实际上，这三者是密切相关的甚至可以结合为一个大系统，因为地球站与空间站之间以及空间站之间的通信也常常需要通过通信卫星的转发或中继来进行，并与地面基础设施相联系，从信息传输的角度看，前二者也是一种广义的卫星通信。

二十世纪六十年代以来，卫星通信迅速发展，在军事和民事领域获得了广泛的应用；七八十年代达到顶峰。八十年代末九十年代初，由于光纤通信以及蜂窝移动通信的发展，卫星通信逐渐由传统通信领域逐渐转向其他方向。近几年来，卫星通信在美、欧、日等发达国家实现了产业化和国际化年收入达900 多亿美元,年均增长率高达13%。与此同时，在军事应用中卫星通信仍然是其主要的通

信手段是其他通信手段所不能取代的；在经济政治和文化领域中卫星通信不仅有效地补充了其他通信手段的不足或不能（如海事、远程航空的通信等），而且作为大众传媒如视频和音频广播“最后一公里到户”的接入，防灾、救灾、处理突发事件的应急通信等均大有作为。此外近年来深空探测和载人航天活动的频繁活动，极大促进了卫星通信的发展也是一大亮点。

2.卫星通信系统需解决的主要技术问题

卫星通信内在的大覆盖范围，以广播和组播模式工作的特性使得它们能够提供高速因特网连接和多媒体远距离传输。但要发挥这些优势，除了人们所熟知的采用大型星载可展开式天线和多波束相控阵天线增大卫星功率和带宽，使用更高效的星上电源系统采用更先进的高效调制和编码技术等常规措施外。还有下列一些技术问题需要解释。

1) 宽带卫星通信系统空中接口的标准化

为了推广应用降低成本采用标准接口是发展趋势目前美国电信工业协会TIA 和欧洲电信标准学会ETSI 分别对此规定了几个标准的接口。

比较项目：ETSI EN 301 790 TIA-1008 ETSI RSM-A

网络拓扑：星形或网状星形星形或网状

调制方式：QPSK CE-OQPSK CE-OQPSK

2) 星上处理及交换技术

为满足用户对传输时延，终端小型化误码率等方面的要求。宽带通信卫星采用星上处理和交换技术是一种比较好的解决办法。传统的通信卫星一般采用弯管式。转发器卫星只是完成变频放大等基本功能，对信号不进行任何处理。为实现波束间交换，可采用载波处理转发器，卫星是以信号载波为单位在射频或中频上对信号进行交换，但对信息内容不进行处理。最适合宽带卫星通信业务的是全处理转发器，卫星不仅需要完成信号的解调、译码，还需要一定的信令处理和路由选择能力能实现信息的星上交换（比如星载ATM 交换机）。

3) 卫星IP IPoS 技术

由于卫星信道具有较大的并且可能是可变的分组往返时延RTT、大的时延带宽积、前/反向道不对称使、用较高的信道误码率及信号衰落等。把为地面网络设计的TCP/IP 直接应用于卫星通信会导致其工作效率低下，需采取一些措

施予以解决。比如在协议上进行改进或对链路进行分段。

4) 服务质量QoS

保证用户得到所需要的 QoS 是宽带卫星通信业务成功的关键包括以下几个方面：

时延：把分组从发送方传输到接收方所需的时间；

时延抖动：端端传输时延的变化程度；

吞吐量：2 个端点之间能够维持的最大数据传输速率；

丢包率: 未成功传输分组数与总传输分组数的比例;

可靠性: 网络可用度的百分比,主要决定如降雨和大气这样的环境参数。

5) 降雨损耗

目前，宽带卫星通信系统主要采用Ka， Ku 频段以获得较宽的可用带宽和较小的地面站天线口径，但这些频带的电波传播特性受降雨衰耗的影响较大。根据实验和实际应用的结果采用上行链路功率控（UPC）和自适应编码调制可以基本解决这个问题。比如NASA 的ACTS 卫星采用了RS 码和卷积码级联晴朗天气情况下其误比特率可达到10_12 有雨衰的情况下至少99% 的时间可以达到10_11。

3.卫星移动通信系统的发展现状及关键技术

卫星移动通信是指利用通信卫星作中继站实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种通信方式。它是传统的卫星固定通信与地面移动通信交叉结合的产物。从表现形式来看它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统，所利用的卫星既可以是GSO卫星，也可以是 NGSO 卫星，如中等高度地球轨道 MEO 低高度地球轨道 LEO和高椭圆轨道 HEO 卫星等。

卫星移动通信的特点及其关键技术

与卫星固定通信相比，卫星移动通信具有如下技术特点：

1) 卫星功率有限与移动站低天线增益之间的矛盾十分突出；

2) 电波传播情况复杂；系统是在非高斯信道中工作的，由于移动站采用弱方向性的低增益天线并，在移动状态中进行通信多径效应和多普勒频移是不可避免的。