2017卫星移动通信发展现状及趋势.pdf

1、卫 星 通 信 关 键 技 术 最 新 进 展姓 名 ： 唐 聪班 级 ： 1402015学 号 ： 14020150005摘 要 ： 随 着 经 济 全 球 化 的 发 展 ， 人 们 对 于 移 动 通 信 的 需 求 增 加 ， 同 时 军 队 对于 卫 星 通 信 的 要 求 也 越 来 越 高 。 为 满 足 未 来 移 动 通 讯 的 发 展 需 要 ， 新 一 代 的卫 星 通 信 系 统 应 该 具 备 速 率 快 、 覆 盖 广 等 优 点 本 文 从 分 析 目 前 卫 星 通 信 系统 出 发 ， 简 述 卫 星 通 信 系 统 的 关 键 技 术 及 最 新 进 展 ，

2、 并 对 未 来 卫 星 通 信 系 统的 发 展 进 行 展 望 ， 以 作 为 相 关 人 员 的 参 考 。目 录0 引 言 31 卫 星 通 信 32 卫 星 通 信 系 统 的 特 点 及 面 临 的 问 题 32.1 卫 星 通 信 的 特 点 . 32.2 功 能 . 32.3 卫 星 通 信 发 展 历 程 . 32.4 卫 星 通 信 面 临 的 问 题 . 43 卫 星 通 信 系 统 体 系 结 构 43.1 体 系 结 构 分 类 . 4(1) 交 互 式 宽 带 卫 星 Internet 接 入 系 统 结 构 ； 4(2) 非 对 称 宽 带 卫 星 接 入 系 统

3、 结 构 ； .4(3) 宽 带 卫 星 骨 干 传 输 系 统 结 构 。 .43.2 应 用 方 面 . 44 卫 星 通 信 关 键 技 术 及 进 展 44.1 随 机 接 入 技 术 44.2 多 波 束 天 线 44.3 星 上 处 理 54.4 星 间 链 路 54.5 卫 星 频 谱 资 源 64.6 星 地 融 合 通 信 64.7 卫 星 宽 带 通 信 65 卫 星 通 信 发 展 展 望 75.1 通 信 卫 星 的 发 展 趋 势 .75.2 卫 星 通 信 的 演 进 .75.3 卫 星 通 信 的 结 合 .85.4 卫 星 通 信 宽 带 化 .86 结 论 8

4、7 参 考 文 献 90 引 言通 信 卫 星 始 于 1964年 ， 当 年 在 美 国 成 立 了 国 际 通 信 卫 星 组 织 INTELSAT。 1965年 ， 美 国 发 射 了 第 一 颗 商 用 通 信 卫 星 晨 鸟 号 （ “ Early Bird” ） 。 之 后 ， 卫 星 通信 技 术 及 其 应 用 蓬 勃 发 展 ， 取 得 了 巨 大 的 成 功 。 除 了 在 军 事 领 域 中 发 挥 着 关 键 性的 作 用 以 外 ， 卫 星 通 信 还 为 人 们 提 供 丰 富 多 彩 的 电 视 广 播 和 语 音 广 播 ， 为 地 面 蜂窝 网 络 尚 未 部

5、 署 的 偏 远 地 区 、 海 上 和 空 中 提 供 必 要 的 通 信 ， 为 发 生 自 然 灾 害 的 区域 提 供 宝 贵 的 应 急 通 信 ， 为 欠 发 达 或 人 口 密 度 低 的 地 区 提 供 互 联 网 接 入 等 但 是卫 星 通 信 自 身 存 在 的 弱 点 却 使 得 它 长 期 以 来 一 直 作 为 地 面 固 定 、 无 线 或 移 动 通 信系 统 的 一 种 补 充 通 信 方 式 。 例 如 ： 对 于 网 络 层 存 在 的 传 输 时 延 长 、 丢 包 率 高 及 链路 干 扰 等 问 题 ， 需 要 采 用 新 的 算 法 和 协 议 对

6、 网 络 层 进 行 优 化 ， 从 而 使 卫 星 通 信 适合 于 个 人 移 动 通 信 和 宽 带 互 联 网 接 入 ； 在 物 理 层 ， 由 于 卫 星 通 信 的 视 距 传 输 特 性 ，限 制 了 部 分 区 域 特 别 是 繁 华 市 区 的 用 户 接 入 卫 星 网 络 ， 需 要 采 用 新 的 通 信 网 络 架构 来 推 进 卫 星 通 信 网 络 和 地 面 通 信 网 络 的 融 合 。 近 期 ， 卫 星 通 信 新 技 术 的 迅 速 发展 和 通 信 商 业 市 场 需 求 的 不 断 增 长 ， 极 大 地 促 进 了 卫 星 通 信 业 务 和 通

7、 信 模 式 的 创新 发 展 ， 使 当 前 成 为 卫 星 通 信 历 史 上 最 活 跃 的 时 期 之 一 。1 卫 星 通 信卫 星 通 信 是 利 用 人 造 地 球 卫 星 作 为 中 继 站 的 两 个 或 多 个 地 球 站 相 互 之 间 的无 线 电 通 信 ， 是 微 波 中 继 通 信 技 术 和 航 天 技 术 结 合 的 产 物 。 卫 星 通 信 的 特 点 是 通信 距 离 远 ， 覆 盖 面 积 广 ， 不 受 地 理 条 件 限 制 ， 且 可 以 大 容 量 传 输 ， 建 设 周 期 短 ，可 靠 性 高 等 。2 卫 星 通 信 系 统 的 特 点

8、及 面 临 的 问 题2.1 卫 星 通 信 的 特 点卫 星 通 信 与 其 他 通 信 方 式 比 较 ， 有 以 下 几 个 方 面 的 特 点 。(1) 传 输 速 率 高 ；(2) 为 了 独 立 于 地 面 网 络 ， 多 数 卫 星 宽 带 通 信 系 统 使 用 微 波 或 激 光 星 间 链路 实 现 卫 星 互 连 ， 构 成 空 间 骨 干 传 输 网 络 ；(3) 由 于 卫 星 链 路 的 传 输 损 耗 大 ， 在 高 速 传 输 情 况 下 ， 要 求 用 户 使 用 具 有较 大 口 径 的 天 线 。 因 此 ， 短 时 间 内 卫 星 宽 带 系 统 将 无

9、 法 支 持 手 持 终 端 移 动 中 的 高速 通 信 。(4) 通 信 距 离 远 ， 且 费 用 与 通 信 距 离 无 关 。 从 图 16.2中 可 见 ， 利 用 静 止 卫 星 ，最 大 的 通 信 距 离 达 18100km左 右 。 而 且 建 站 费 用 和 运 行 费 用 不 因 通 信 站 之 间 的 距离 远 近 、 两 通 信 站 之 间 地 面 上 的 自 然 条 件 恶 劣 程 度 而 变 化 。 这 在 远 距 离 通 信 上 ，比 微 波 接 力 、 电 缆 、 光 缆 、 短 波 通 信 有 明 显 的 优 势 。(5) 广 播 方 式 工 作 ， 可

10、以 进 行 多 址 通 信 。 通 常 ， 其 他 类 型 的 通 信 手 段 只 能 实现 点 对 点 通 信 ， 而 卫 星 是 以 广 播 方 式 进 行 工 作 的 ， 在 卫 星 天 线 波 束 覆 盖 的 整 个 区域 内 的 任 何 一 点 都 可 以 设 置 地 球 站 ， 这 些 地 球 站 可 共 用 一 颗 通 信 卫 星 来 实 现 双 边或 多 边 通 信 ， 即 进 行 多 址 通 信 。 另 外 ， 一 颗 在 轨 卫 星 ， 相 当 于 在 一 定 区 域 内 铺 设了 可 以 到 达 任 何 一 点 的 无 数 条 无 形 电 路 ， 它 为 通 信 网 络

11、的 组 成 ， 提 供 了 高 效 率 和灵 活 性 。(6) 通 信 容 量 大 ， 适 用 多 种 业 务 传 输 。 卫 星 通 信 使 用 微 波 频 段 ， 可 以 使 用 的频 带 很 宽 。 一 般 C和 Ku频 段 的 卫 星 带 宽 可 达 500 800MHz， 而 Ka频 段 可 达 几 个 GHz。(7)广 域 复 杂 网 络 拓 扑 构 成 能 力 。 卫 星 通 信 的 高 功 率 密 度 与 灵 活 的 多 点 波 束能 力 加 上 星 上 交 换 处 理 技 术 ， 可 按 优 良 的 价 格 性 能 比 提 供 宽 广 地 域 范 围 的 点 对 点与 多 点

12、 对 多 点 的 复 杂 的 网 络 拓 扑 构 成 能 力 。2.2 功 能(1) 为 用 户 或 用 户 群 提 供 Internet骨 干 网 的 高 速 接 入 ；(2) 作 为 骨 干 传 输 网 络 ， 连 接 不 同 地 理 区 域 的 Internet网 络 运 营 商 。2.3 卫 星 通 信 发 展 历 程宽 带 卫 星 通 信 大 致 可 分 为 三 代 ：第 一 代 ： 从 20世 纪 80年 代 到 2004年 ， 用 户 的 可 用 速 率 为 56 256kbit/s。第 二 代 ： 2005 2007年 发 射 建 立 的 系 统 ， 用 户 的 可 用 速 率

13、 为 256kbps 5Mbps。 第 三 代 ： 从 2008年 开 始 计 划 的 系 统 ， 用 户 的 可 用 速 率 最 高 可 达 到 20Mbit/s。2.4 卫 星 通 信 面 临 的 问 题(1) 随 着 数 据 传 输 速 率 的 提 高 ， 传 输 带 宽 需 求 也 增 大 ， Ka频 段 可 以 满 足 带 宽和 高 速 率 传 输 求 。(2) Ka频 段 数 据 传 输 面 临 的 最 大 问 题 是 降 雨 衰 减 问 题 ， 雨 衰 可 达 20-30dB，链 路 设 计 需 要 留 余 量 。(3) 在 保 证 链 路 可 用 度 的 情 况 下 ， 降 雨

14、 储 备 余 量 会 很 大 ， 并 且 这 些 储 备 余 量只 在 一 年 中 的 小 部 分 时 间 里 是 需 要 的 ， 而 大 部 分 时 间 将 会 被 闲 置 起 来 ， 没 有 被 充分 利 用 ， 造 成 系 统 资 源 严 重 浪 费 。3 卫 星 通 信 系 统 体 系 结 构3.1 体 系 结 构 分 类(1) 交 互 式 宽 带 卫 星 Internet 接 入 系 统 结 构 ；(2) 非 对 称 宽 带 卫 星 接 入 系 统 结 构 ；(3) 宽 带 卫 星 骨 干 传 输 系 统 结 构 。3.2 应 用 方 面(1)面 向 用 户 和 业 务 需 求 的

15、变 化 ： 从 面 向 节 点 和 团 体 小 用 户 到 面 向 大 量 的 个人 用 户 。 通 信 业 务 从 之 前 主 要 以 话 音 业 务 转 变 为 以 视 频 、 数 据 、 话 音 和 Internet等 综 合 业 务 ， 形 成 通 信 业 务 与 广 播 、 点 播 业 务 相 结 合 。(2)移 动 卫 星 通 信 方 面 支 持 手 持 机 。(3)在 宽 带 多 媒 体 卫 星 通 信 方 面 支 持 便 携 的 小 型 终 端 ： 0.5m口 径 以 下 的 小 型化 终 端 支 持 信 息 下 载 速 率 可 达 每 秒 几 十 兆 比 特 。4 卫 星 通

16、 信 关 键 技 术 及 进 展4.1 随 机 接 入 技 术随 机 接 入 技 术 随 着 移 动 通 信 系 统 而 逐 渐 进 步 发 展 着 。 起 初 ， 随 机 接 入 技 术 的提 出 是 为 了 解 决 计 算 机 资 源 紧 缺 问 题 ， 令 分 散 的 无 线 电 通 信 站 自 由 访 问 中 心 计 算机 ， 其 特 点 是 发 送 与 接 收 过 程 随 机 。 随 后 ， 将 随 机 接 入 技 术 与 卫 星 通 信 系 统 进 行结 合 ， 依 照 卫 星 通 信 系 统 的 标 准 及 特 点 进 行 技 术 方 案 的 改 进 ， 逐 渐 形 成 了 较

17、为 成熟 的 OFDM 体 制 。 随 着 OFDM 体 制 的 发 展 ， 由 于 其 实 现 简 单 、 配 置 灵 活 等 优 点 ，成 为 新 一 代 卫 星 通 信 系 统 的 备 选 技 术 方 案 。 但 由 于 其 功 率 受 限 ， 可 能 会 影 响 卫 星移 动 通 信 系 统 的 工 作 效 率 。 而 作 为 终 端 与 通 信 网 进 行 交 互 的 第 一 步 ， 随 机 接 入 技术 是 影 响 通 信 系 统 能 否 正 常 运 行 的 关 键 。 通 过 优 化 随 机 接 入 信 号 格 式 ， 并 采 用 卡尔 曼 滤 波 的 卫 星 移 动 终 端 同

18、 自 主 定 位 算 法 等 可 有 效 提 高 随 机 接 入 过 程 的 精 确 度 ，减 小 对 于 卫 星 移 动 通 信 系 统 的 影 响 。4.2 多 波 束 天 线天 线 技 术 是 卫 星 通 信 的 关 键 技 术 之 一 ， 由 于 卫 星 通 信 链 路 传 输 距 离 很 远 造 成了 信 号 衰 减 很 大 ， 为 了 保 证 稳 定 可 靠 的 通 信 ， 需 要 地 面 站 采 用 高 增 益 天 线 和 高 灵敏 度 接 收 机 ， 因 此 天 线 的 尺 寸 和 成 本 成 为 限 制 卫 星 通 信 发 展 的 严 重 障 碍 。 近 期 卫星 通 信 天

19、 线 的 发 展 已 经 转 向 了 多 波 束 天 线 。 传 统 的 天 线 技 术 为 简 单 的 标 准 圆 或 椭圆 波 束 天 线 ， 后 来 随 着 通 信 卫 星 的 发 展 ， 天 线 技 术 逐 渐 发 展 为 多 波 束 成 型 大 天 线 。目 前 ， 天 线 技 术 主 要 用 于 地 球 同 步 卫 星 系 统 。 例 如 亚 洲 蜂 窝 卫 星 系 统 采 用 12米口 径 和 瑟 拉 亚 系 统 的 12 25 米 口 径 大 天 线 等 。 而 应 用 于 低 轨 卫 星 星 座 系 统 的 天线 技 术 需 具 备 双 栅 、 正 交 、 反 射 器 赋 形

20、 等 特 性 。 实 际 上 ， 通 过 天 线 波 束 成 型 、 多重 波 束 蜂 窝 结 构 及 智 能 化 天 线 技 术 的 应 用 ， 可 有 效 提 高 频 谱 利 用 率 ， 从 而 实 现 多重 频 率 的 再 利 用 ， 满 足 通 信 能 力 要 求 。多 波 束 天 线 （ Multiple Beam Antenna） 从 2000年 开 始 迅 速 发 展 ， 由 于 它 能够 实 现 高 增 益 的 点 波 束 覆 盖 ， 又 能 在 广 域 覆 盖 范 围 中 实 现 频 率 复 用 ， 从 而 在 卫 星通 信 天 线 系 统 中 得 到 广 泛 应 用 。 多

21、 波 束 天 线 与 数 字 波 束 成 形 不 同 ， 它 使 用 大 量 的点 波 束 实 现 广 域 范 围 覆 盖 ， 可 用 带 宽 被 分 为 很 多 个 子 波 段 ， 从 而 在 大 量 空 间 独 立的 点 波 束 之 间 可 以 实 现 每 个 子 波 段 的 复 用 ， 这 与 地 面 蜂 窝 通 信 网 络 相 似 ， 显 著 地增 加 了 频 谱 利 用 率 和 卫 星 通 信 容 量 。 卫 星 通 信 系 统 中 使 用 多 波 束 天 线 的 主 要 问 题是 相 邻 波 束 之 间 的 干 扰 ， 使 用 频 谱 分 配 技 术 可 以 降 低 干 扰 的 影

22、 响 。 多 波 束 天 线 技术 提 高 了 转 发 器 的 功 率 使 用 效 率 和 频 谱 资 源 利 用 率 ， 是 发 展 大 容 量 卫 星 通 信 系 统和 增 强 卫 星 通 信 市 场 竞 争 力 的 关 键 技 术 。 目 前 ， 多 波 束 天 线 已 经 广 泛 应 用 在 移 动卫 星 通 信 业 务 （ Inmarsat， Thuraya， ACeS， Iridium等 ） ， 区 域 性 直 播 星 （ DTV-4S，DTV-7S， Echostar-10， Echostar-14等 ） ， 个 人 通 信 卫 星 （ ViaSat-1， Jupiter-1，A

23、nik-F等 ） 和 军 事 通 信 卫 星 （ WGS， MUOS等 ） 之 中 。4.3 星 上 处 理通 过 星 上 处 理 技 术 可 以 满 足 卫 星 平 台 的 调 制 解 调 、 星 上 交 换 、 星 载 校 准 等 ，此 技 术 的 建 立 成 功 解 决 了 卫 星 移 动 通 信 系 统 的 传 输 时 延 长 的 问 题 。 星 上 处 理 技 术包 括 三 种 模 式 ， 即 全 透 明 转 发 、 部 分 处 理 交 换 和 星 上 交 换 处 理 。 其 中 ， 全 透 明 转发 的 优 点 是 技 术 体 制 适 应 性 强 、 风 险 小 ， 缺 点 是 双

24、 跳 通 信 延 时 长 、 实 时 性 差 。 星上 处 理 交 换 的 优 点 是 服 务 实 时 性 好 、 资 源 利 用 率 高 ， 缺 点 是 技 术 成 熟 性 不 高 、 适应 性 差 、 可 靠 性 差 。 而 部 分 处 理 交 换 的 优 缺 点 介 于 两 者 之 间 。 对 于 低 轨 卫 星 星 座系 统 来 说 ， 星 上 处 理 技 术 是 其 实 现 全 球 移 动 通 信 所 必 需 的 关 键 技 术 ； 而 对 于 地 球同 步 系 统 而 言 ， 由 于 星 上 处 理 技 术 难 度 较 大 ， 暂 且 不 适 用 与 该 系 统 。传 统 的 通

25、信 卫 星 特 别 是 GEO卫 星 采 用 的 是 简 单 的 弯 管 式 转 发 器 。 近 年 来 ， 用户 对 高 数 据 率 传 输 和 无 缝 覆 盖 的 交 互 式 多 媒 体 服 务 的 需 求 快 速 增 长 ， 促 进 了 宽 带通 信 卫 星 的 迅 速 发 展 ， 使 得 采 用 先 进 的 星 上 处 理 （ OBP- Onboard Processing） 、星 上 交 换 技 术 与 现 有 的 综 合 业 务 数 据 网 （ ISDN） 和 因 特 网 的 融 合 变 得 非 常 有 必 要 ，这 极 大 地 推 动 了 OBP技 术 的 发 展 。 OBP可

26、分 为 再 生 式 和 非 再 生 式 两 种 处 理 方 式 。再 生 式 OBP是 卫 星 对 接 收 的 信 号 先 在 基 带 解 调 解 码 得 到 所 传 输 的 数 据 流 ， 然 后 对数 据 流 进 行 交 换 和 重 新 合 路 ， 再 重 新 将 信 号 编 码 调 制 为 新 的 数 字 调 制 信 号 ； 非 再生 式 OBP是 卫 星 对 接 收 到 的 信 号 不 进 行 解 调 解 码 而 直 接 做 相 应 的 信 号 处 理 。 OBP最 重 要 的 作 用 在 于 支 持 星 上 交 换 ， 再 生 式 OBP可 在 星 上 获 得 各 路 信 号 所 传

27、 输 的 数据 流 ， 从 而 能 支 持 任 何 方 式 的 交 换 ， 如 ATM 交 换 、 IP 交 换 或 电 路 交 换 等 。 如 果在 星 上 实 现 了 IP交 换 ， 则 卫 星 网 络 与 地 面 互 联 网 的 融 合 将 变 得 非 常 简 单 和 方 便 ，因 而 兴 起 了 星 上 IP交 换 研 究 与 应 用 的 热 潮 ， 许 多 原 计 划 采 用 ATM交 换 的 卫 星 通信 系 统 都 改 用 了 IP交 换 ， 例 如 Spaceway、 Astrolink、 SkyBridge 等 同 时 ， OBP技 术 的 使 用 增 强 了 点 波 束 天

28、 线 的 信 号 功 率 和 方 向 性 ， 从 而 减 小 了 用 户 终 端 的 尺 寸和 灵 敏 度 要 求 ， 使 得 用 户 能 够 使 用 小 型 且 廉 价 的 终 端 进 行 通 信 ， 并 可 实 现 高 数 据率 业 务 （ 如 多 媒 体 视 频 ） 。 此 外 ， 由 于 OBP技 术 降 低 了 卫 星 通 信 系 统 对 发 射 功 率的 要 求 ， 这 将 减 小 卫 星 转 发 器 非 线 性 特 性 造 成 的 不 利 影 响 并 降 低 相 邻 信 道 干 扰 。4.4 星 间 链 路通 过 连 接 相 邻 卫 星 间 的 通 信 链 路 ， 使 得 卫 星

29、 间 成 为 一 体 的 通 信 系 统 ， 此 系 统内 可 满 足 用 户 通 信 脱 离 地 面 通 信 网 而 自 行 建 立 通 信 链 路 。 星 问 链 路 的 建 立 既 扩 大了 系 统 覆 盖 范 围 ， 又 提 高 了 系 统 抗 干 扰 能 力 ， 有 效 提 高 全 球 无 缝 网 络 的 管 理 。 考虑 到 低 轨 卫 星 星 座 覆 盖 范 围 小 的 情 况 ， 星 间 链 路 正 好 可 以 弥 补 这 一 缺 点 ， 是 低 轨卫 星 星 座 实 现 地 面 对 卫 星 控 制 的 有 效 方 法 ， 也 是 移 动 用 户 接 入 地 面 的 唯 一 办

30、 法 。星 间 链 路 的 实 现 方 式 有 两 种 ， 较 微 波 通 信 来 说 ， 激 光 通 讯 具 有 频 谱 带 宽 的 优 点 ，这 可 以 弥 补 微 波 通 信 不 能 无 限 制 提 高 传 输 速 率 及 容 量 的 缺 点 。 激 光 通 信 的 优 点 是可 以 提 升 卫 星 通 信 容 量 、 增 加 保 密 能 力 、 减 小 通 讯 延 时 。 但 它 也 有 缺 点 ， 就 是 对卫 星 的 姿 态 控 制 要 求 高 ， 这 种 强 的 依 赖 性 会 增 加 通 信 中 断 的 可 能 性 。4.5 卫 星 频 谱 资 源现 阶 段 卫 星 通 信 发

31、 展 的 主 要 限 制 因 素 是 频 谱 资 源 无 法 满 足 日 益 增 长 的 新 业务 需 求 ， 造 成 了 频 谱 拥 塞 和 卫 星 干 扰 越 来 越 严 重 的 问 题 。 同 时 ， 卫 星 通 信 系 统 与地 面 移 动 通 信 系 统 之 间 对 频 谱 资 源 的 竞 争 也 越 来 越 激 烈 。 为 了 适 应 不 断 增 加 的 带宽 和 数 据 速 率 需 求 ， 卫 星 通 信 系 统 需 要 从 目 前 普 遍 使 用 的 C/Ku 频 段 (各 有 500MHz 带 宽 )向 频 率 更 高 的 Ka(2.5 GHz 带 宽 )、 Q/V(各 有

32、10 GHz 带 宽 )甚 至 更 高 的频 段 扩 展 。 卫 星 通 信 中 使 用 Ka频 段 与 Ku频 段 或 其 他 较 低 的 频 段 相 比 ， 具 有 一 些显 著 优 势 。 Ka 频 段 不 仅 具 有 更 多 的 可 用 带 宽 ， 而 且 与 同 类 尺 寸 的 低 频 段 天 线 相比 Ka频 段 天 线 具 有 更 高 的 增 益 。 Ka频 段 的 缺 点 是 容 易 受 到 不 利 天 气 的 影 响 ， 严重 的 雨 衰 和 雪 衰 会 导 致 通 信 质 量 大 幅 下 降 。 因 此 ， 需 要 设 计 适 合 的 地 面 通 信 系 统和 可 靠 的

33、空 中 传 输 链 路 ， 通 过 调 整 通 信 系 统 参 数 可 以 减 轻 雨 衰 对 通 信 造 成 的 影响 。 向 更 高 频 段 的 频 谱 扩 展 推 动 了 宽 带 卫 星 通 信 的 快 速 发 展 ， 高 通 量 卫 星 （ HTS）系 统 应 运 而 生 。 HTS系 统 结 合 了 频 谱 复 用 和 点 波 束 天 线 技 术 ， 采 用 高 阶 调 制 ， 使用 超 宽 带 转 发 器 ， 从 而 实 现 前 所 未 有 的 带 宽 和 吞 吐 量 ， 将 大 幅 降 低 传 输 单 位 比 特数 据 的 价 格 。 尽 管 频 谱 资 源 在 不 断 地 向

34、更 高 频 段 扩 展 ， 但 有 限 的 频 谱 资 源 始 终 是限 制 卫 星 通 信 发 展 的 关 键 性 因 素 。 可 以 预 见 ， 随 着 越 来 越 多 的 业 务 和 应 用 在 Ka频 段 广 泛 使 用 ， 频 谱 拥 堵 将 使 未 来 的 Ka 频 段 的 业 务 发 展 变 得 十 分 困 难 。 HTS 系统 提 供 的 高 性 能 服 务 已 经 受 到 Ka 波 段 频 谱 稀 缺 的 影 响 。 卫 星 通 信 网 络 的 频 谱 管理 与 规 划 将 在 卫 星 通 信 系 统 设 计 中 起 到 重 要 的 作 用 ， 为 了 进 一 步 提 高 卫

35、 星 频 谱 资源 利 用 率 ， 一 些 研 究 者 开 始 设 计 基 于 卫 星 Ka频 段 分 配 的 认 知 无 线 电 ， 在 干 扰 可接 收 的 条 件 下 允 许 卫 星 通 信 以 共 享 方 式 使 用 频 谱 。4.6 星 地 融 合 通 信地 面 通 信 系 统 无 法 实 现 真 正 的 “ 无 缝 覆 盖 ” ， 在 人 口 密 度 较 低 的 农 村 地 区 通常 没 有 足 够 的 蜂 窝 网 ， 在 海 上 和 航 空 领 域 ， 更 是 无 法 通 过 地 面 网 络 来 实 现 通 信 。卫 星 通 信 获 得 成 功 的 关 键 是 它 的 广 域 覆

36、 盖 和 快 速 向 市 场 提 供 新 业 务 ， 在 市 场 相 对较 小 的 海 上 和 航 空 领 域 卫 星 通 信 将 长 期 保 持 优 势 地 位 ， 但 是 对 于 市 场 庞 大 的 陆 地领 域 ， 将 取 决 于 卫 星 网 络 与 地 面 通 信 网 络 融 合 通 信 ， 此 即 ： 星 地 融 合 通 信 。21 世 纪 初 ， 卫 星 通 信 运 营 商 成 功 得 到 了 电 信 管 理 部 门 在 世 界 许 多 地 区 组 建星 地 融 合 通 信 网 络 的 授 权 ， 通 过 增 加 地 面 部 分 扩 展 卫 星 通 信 网 络 ， 开 启 了 真

37、正 无所 不 在 的 卫 星 通 信 。 星 地 融 合 通 信 系 统 的 主 要 优 点 是 补 充 移 动 卫 星 通 信 的 覆 盖 盲区 、 增 加 卫 星 通 信 容 量 、 实 现 无 处 不 在 的 数 字 通 信 。 从 通 信 发 展 趋 势 来 看 ， 未 来5G通 信 的 发 展 应 该 是 多 层 次 的 异 构 网 ， 包 括 地 面 蜂 窝 2G/3G、 4G、 陆 地 LAN、 地面 广 播 和 卫 星 通 信 网 。 星 地 通 信 网 络 融 合 的 关 键 是 卫 星 通 信 和 地 面 通 信 系 统 与 其他 通 信 系 统 之 间 的 协 作 ， 从

38、 而 使 得 系 统 获 得 最 佳 的 使 用 效 率 和 用 户 体 验 。4.7 卫 星 宽 带 通 信近 几 年 来 ， 通 信 行 业 对 高 数 据 率 传 输 业 务 和 宽 带 多 媒 体 应 用 的 需 求 空 前 增长 ， 同 时 卫 星 通 信 技 术 快 速 发 展 ， 如 多 波 束 天 线 、 星 上 处 理 、 频 谱 复 用 技 术 ， 尤其 是 新 的 TCP版 本 和 改 进 的 TCP加 速 机 制 ， 显 著 提 高 了 基 于 卫 星 链 路 的 TCP性 能 ，使 卫 星 宽 带 通 信 成 为 现 实 。 随 着 宽 带 卫 星 通 信 系 统 和

39、 空 间 组 网 技 术 的 发 展 ， 互 联网 逐 渐 从 地 面 网 络 扩 展 到 空 间 网 络 ， 卫 星 通 信 逐 步 进 入 互 联 网 应 用 时 代 。 空 间 网络 是 以 同 步 或 中 低 轨 道 卫 星 等 空 间 平 台 为 载 体 ， 通 过 一 体 化 互 联 网 支 持 实 时 采集 、 传 输 和 处 理 大 数 据 ， 为 用 户 提 供 更 大 范 围 和 更 高 质 量 的 互 联 网 服 务 。 Google公 司 于 2014年 宣 布 将 投 资 10亿 美 元 发 射 180颗 低 轨 小 卫 星 ， 提 供 互 联 网 业 务 ；近 期

40、， OneWeb 公 司 启 动 世 界 上 最 大 的 卫 星 互 联 网 计 划 ， 将 发 射 648 颗 卫 星 建 立一 个 覆 盖 全 球 的 低 轨 道 卫 星 网 络 ， 后 续 还 将 发 射 2400颗 卫 星 ， 以 提 供 宽 带 互 联网 接 入 服 务 。 目 前 正 在 应 用 的 典 型 卫 星 宽 带 系 统 是 国 际 海 事 卫 星 公 司 （ Inmarsat）的 Global Xpress全 球 移 动 卫 星 宽 带 系 统 。 Global Xpress是 世 界 第 一 个 商 用 高速 宽 带 卫 星 通 信 网 络 ， 运 行 在 Ka频 段

41、 ， 由 三 颗 GEO卫 星 组 成 ， 每 颗 卫 星 提 供 89个 Ka点 波 束 。 从 2013年 12月 发 射 第 一 颗 卫 星 Inmarsat-5F1到 2015年 8月 成功 发 射 第 三 颗 卫 星 Inmarsat-5 F1以 来 ， Global Xpress的 三 颗 卫 星 提 供 全 球 超过 99%覆 盖 区 域 的 高 速 移 动 宽 带 业 务 。5 卫 星 通 信 发 展 展 望在 目 前 的 通 信 卫 星 中 ， 已 采 用 多 种 代 表 当 今 世 界 通 信 卫 星 的 先 进 技 术 ， 如 高能 太 阳 电 池 、 大 天 线 和 多

42、 点 波 束 、 卫 星 星 上 处 理 器 以 及 射 频 功 率 动 态 按 需 分 配 技术 ， 这 些 技 术 的 发 展 ， 对 通 信 卫 星 和 卫 星 通 信 的 发 展 产 生 冷 热 深 刻 的 影 响 。 为 实现 卫 星 移 动 通 信 系 统 的 更 好 发 展 ， 基 于 对 目 前 关 键 技 术 的 研 宄 ， 可 从 以 下 几 个 方面 考 虑 未 来 卫 星 移 动 通 信 系 统 的 发 展 。 首 先 ， 建 立 独 立 的 卫 星 系 统 网 络 。 卫 星 系统 独 立 建 网 可 解 决 无 法 建 立 通 信 设 施 地 区 的 通 信 问 题

43、 ， 例 如 当 地 震 等 灾 害 发 生时 ， 如 果 有 独 立 的 卫 星 通 信 网 络 ， 在 电 信 网 破 坏 的 基 础 上 还 可 以 正 常 通 信 ， 这 对于 特 殊 时 期 通 信 相 当 重 要 。 其 次 ， 加 强 卫 星 通 信 与 地 面 网 络 的 融 合 。 如 果 可 以 实现 卫 星 移 动 通 信 与 地 面 网 络 之 间 的 自 由 切 换 ， 可 随 时 保 证 用 户 的 通 信 质 量 。 而 且 ，平 时 利 用 地 面 网 络 ， 一 旦 出 现 突 发 状 况 ， 卫 星 通 信 可 以 作 为 应 急 通 信 手 段 而 保 证

44、用 户 的 通 信 服 务 。 最 后 ， 开 展 军 民 结 合 技 术 的 研 究 。 在 国 际 上 已 有 军 民 两 用 系 统的 建 立 ， 我 国 可 以 借 鉴 经 验 ， 采 取 军 民 结 合 的 方 针 ， 实 行 两 个 应 用 一 同 建 设 、 一体 化 管 理 ， 走 多 元 融 资 、 扩 展 应 用 的 道 路 。5.1 通 信 卫 星 的 发 展 趋 势卫 星 通 信 系 统 的 技 术 发 展 和 应 用 水 平 又 一 次 达 到 新 的 高 度 ， 现 代 卫 星 通 信 的发 展 趋 势 之 一 就 是 卫 星 星 体 本 身 正 在 向 大 型 化

45、 和 微 型 化 两 个 方 向 发 展 。 一 方 面 ，各 国 为 了 提 高 卫 星 的 灵 敏 度 和 星 上 处 理 能 力 ， 以 及 实 现 卫 星 的 一 星 多 能 ， 把 卫 星星 体 造 的 越 来 越 大 ， 重 量 也 越 来 越 重 。 卫 星 大 了 也 有 弱 点 ， 易 受 电 磁 干 扰 和 敌 方反 卫 星 武 器 的 破 坏 ， 而 小 卫 星 却 能 客 服 这 种 弱 点 。 如 果 用 多 颗 小 卫 星 组 网 代 替 单颗 大 卫 星 ， 就 可 以 提 高 卫 星 系 统 的 生 存 能 力 。5.2 卫 星 通 信 的 演 进卫 星 移 动

46、 通 信 是 指 利 用 卫 星 实 现 移 动 用 户 间 或 移 动 用 户 与 固 定 用 户 间 的 相互 通 信 。 随 着 技 术 的 发 展 ， 卫 星 的 功 能 逐 渐 增 强 ， 许 多 原 来 由 地 球 站 执 行 的 功 能被 转 移 到 卫 星 上 去 完 成 ， 从 而 使 地 面 设 备 变 得 越 来 越 简 单 ， 天 线 尺 寸 也 随 之 大 幅度 减 小 。 随 着 频 谱 扩 展 、 数 字 无 线 接 入 、 智 能 网 络 技 术 的 不 断 发 展 ， 卫 星 移 动 通信 在 向 卫 星 个 人 通 信 方 向 演 进 ， 用 手 持 机 可

47、 实 现 在 任 何 地 点 、 任 何 时 间 与 世 界 任何 地 方 接 入 卫 星 移 动 通 信 网 的 用 户 进 行 双 向 通 信 。5.3 卫 星 通 信 的 结 合由 于 卫 星 通 信 与 互 联 网 的 飞 速 发 展 ， 产 生 了 卫 星 互 联 网 技 术 。 目 前 卫 星 互 联网 的 连 接 方 式 主 要 有 两 种 ： 一 种 是 利 用 宽 带 卫 星 的 双 向 传 输 ； 另 一 中 则 是 利 用 卫星 的 高 速 下 载 和 地 面 网 络 反 馈 的 外 交 互 通 信 方 式 。 互 联 网 技 术 也 逐 渐 成 为 卫 星 通信 领 域

48、 的 热 点 话 题 ， 关 于 宽 带 IP卫 星 系 统 的 讨 论 也 越 来 越 普 遍 。 目 前 卫 星 互 联 网的 连 接 方 式 主 要 有 两 种 ： 一 种 是 利 用 宽 带 卫 星 的 双 向 传 输 ； 另 一 种 则 是 利 用 卫 星的 高 速 下 载 和 地 面 网 络 反 馈 的 外 交 互 通 信 方 式 ， 即 将 卫 星 链 路 作 为 下 行 数 据 链路 ， 而 将 电 话 拨 号 、 局 域 网 等 其 他 通 信 链 路 作 为 上 行 数 据 链 路 ， 这 种 方 式 是 基 于当 前 互 联 网 信 息 流 量 的 非 对 称 性 提 出

49、 来 的 ， 它 是 卫 星 通 信 的 一 个 热 点 。 但 要 满 足未 来 的 需 求 ， 必 须 解 决 卫 星 网 与 服 务 质 量 有 关 的 系 统 设 计 问 题 。5.4 卫 星 通 信 宽 带 化为 了 满 足 卫 星 通 信 系 统 用 户 对 带 宽 的 需 求 ， 卫 星 通 信 技 术 已 向 高 波 段 发 展 。未 来 的 卫 星 通 信 还 会 向 着 Q/U频 段 ， 当 然 还 有 前 边 提 到 的 激 光 链 路 的 方 向 发 展 ，用 来 支 持 大 型 节 点 的 高 速 数 据 或 者 国 际 干 线 间 的 点 到 点 的 传 输 。6 结 论同 步 轨 道 通 信 卫 星 已 有 了 四 十 年 的 发 展 历 史 ， 目 前 仍 广 泛 应 用 于 国 际 通 信 业 务 、广 播 电 视 业 务 一 VSAT网 络 以 及 其 他 专 用 网 络 在 军 事 领 域 ， 同 步 轨 道 卫 星 及 其星 座 系 统 依 然 是 西 方 大 国 建 立 战 略 、 战 术 通 信 网 的 主 要 手 段 。 如 美 军 现 役 的 军 事星 、 国 防 卫 星 通 信 系 统 (DSCS)和 特 高 频 后 继 星 等 系 统 ， 其 星 座 部 分 均 采 用 功 能 强大 的 静 止 轨 道 通