基于Ka波段的卫星宽带接入技术

范翔

【摘要】 卫星通信在上世纪80年代就被用于民航客机，早期工作于L波段的卫星通信只需满足机上ACARS系统与空地语音通话功能，他们对于带宽的要求相对较低。但是随着宽带技术的飞速发展，人们对于网络的需求也无处不在，因此对于民航客机的卫星通信服务不再仅仅局限于服务机组，更多的是为广大旅客带来经济高效的宽带接入服务。

【关键字】 卫星通信 无线网络 接入

一、机载卫星通讯系统应用领域

客舱内无线网络系统通过机载卫星通信系统与基于Ka波段的同步轨道卫星建立数据链接，卫星与地面卫星基站保持数据链接，这样就形成了客舱内无线系统与地面的数据传输链路。

对于远距离飞行的客机而言，可能需要多部同步轨道卫星进行转发数据来完成客机与地面服务器间的数据传输。这套系统不仅可以为机上的旅客提供互联网接入服务外，也可为飞机的其它重要系统提供额外的信息备份。

二、基于卫星的机载无线网络组成及技术特点

基于卫星的机上无线网络系统主要由机载服务器、机载卫星天线、无线AP、无线网络控制器组成。在机舱上部安装有卫星天线和射频系统，在机舱内安装一个用于接受卫星信号的调制解调器和机载服务器，舱内无线宽带系统是由分部客舱的无线AP和无线控制器组成，将互联网接入机舱，从而支持乘客使用便携式终端接入互联网。

飞机到地面的通信通道：机载卫星系统通过Ku波段与上空同步卫星建立通信，然后卫星通过转发或者直接发送信息至中国本土基站，进行数据处理后转发至运营商服务器，最后接入互联网。

三、基于Ka波段卫星通信的特点

1.采用高阶调制技术。基于Ka波段的卫星系统一般使用QPSK、8PSK、16APSK、32APSK等高阶调制技术。该技术有高频带利用率以及高传输速率的特点。

2.DVB-S2标准利用。DVB-S2相较DVB-S占用的卫星资源约少3-4成。

3.运用蜂窝状多波束特征天线。多波束蜂窝覆盖天线可以提高卫星的频道效率、有效辐射功率、系统接收性能和容量等。

4.星上使用功率动态分配器。对业务量大或者雨衰情况明显的区域加大发射功率。

5.采用透明转发器或处理转发器。

6.高效的抗雨衰技术。雨衰现象在Ka这种波段上相对显著，为彻底处置限制Ka波段对应卫星通信过程中的雨衰情况，运用控制上行/多波束功率、自适应、分集接受等多种技术，以便减少雨衰造成的影响。从当前实际运用而言，下列技术显然能够更好处理雨衰现象：

1）控制上行功率的AUPC技术

卫星站将雨衰情况考虑在内，适当的保留了一些上行功率，并且持续关注上行链路上是否有雨衰现象，如果发现有雨衰导致的信号衰落，则增大相应上行链路的发射功率，使卫星的接受电平处在一定的合理区间以内，保证卫星地面站与卫星的通信质量。

2）自适应技术

ACM——自适应编码和调制。根据天气状况自动设定编码格式。VCM——可变编码和调制。若处于单模式时，卫星没有收到回传信号（测试用）时，本技术将无法启动，但可针对具有固定编码、施行调制业务可运用。DLA——动态链路自适应技术。根据链路信号情况改变调制/编码的格式，以便动态消除雨衰冗余。

Ka波段将逐渐成为太空通信技术的主流，并且已经有不少国际卫星公司都开始着手开发基于Ka波段卫星的科研项目和相关业务。将来在民航客机上采用基于Ka波段卫星的数据交互技术不仅能够拥有高带宽，高吞吐量的优势，还能获得较高的有效辐射功率值，减小终端天线尺寸，从而给航空公司的无线上网业务提供更多支持。

四、抵消机载卫星通信的多普勒频移技术

飞机的高速飞行会产生多普勒效应，因此伴随多普勒频移量来改变接收设备频率，使其提供的补偿量与频率漂移量应该尽量保持一致，只有这样输出信号（中频）的频率才会较为稳定，达到抵消多普勒效应的作用。

依照接收信号设备检测所得多普勒频移和波动率，便能够用已经得知的收发频率比经过计算求解发出频率的补偿需求，随后调整发射设备本振信号，使得频率改变达到提前补偿多普勒频移的目的。

通过上述手段调纠频移的关键在于实现多普勒频差的精准预估，预估此频差的方法通常有两种：

第一种，开环检测法，本方法充分运用多种传到设备（机载ADIRU，GPS等）得到其载体运动的实时姿态、所处位置等参数，再经与地球轨道同步的卫星、飞机位移（相对）、信号频率等数据完成建模，并初略核算出频移；

第二种，导频跟踪法，本方法利用接收设备密切跟踪某一确知其频率的载波，通过对比载波和设备所得频率之间差值，求解通信点位频移大小。

五、 结论

基于Ka波段的卫星宽带接入技术将逐渐成为跨洋航班的上网解决方案，我国民航班机也将利用我国自主发射的Ku/Ka卫星网络实现互联网接入，并覆盖大部分跨洋航线，通过飞机上机载接收机将卫星信号转化成机舱内的Wifi信号，让乘客在飞行中也可以享受接入互联网服务。