卫星移动通信系统的关键技术分析与研究

刘锦超

【摘要】 卫星移动通信技术具有覆盖面广、通信频带宽、灵活机动以及不受地域限制等优势，是未来通信技术发展的主流趋势。在军用以及民用通信领域有着非常重要的作用，鉴于此，本文对卫星移动通信系统的关键技术进行详细分析。

【关键词】 卫星移动通信系统 GEO LEO

引言

在现代化科学技术的推动下，移动通信有了突破性的发展，尤其是在全球信息化的大背景下，人们的移动通信业务不断增长，对移动通信系统的依赖程度也越来越高，传统的移动通信系统显然已经无法满足人们日益增长的业务需求，尤其是在高原、荒漠以及偏远海岛等恶劣的地理环境中，传统移动通信技术根本不能进行正常通信。卫星移动通信以通信卫星为主要中继站，轻松实现了移动用户之间或者移动用户与固定用户之间信息互联的现代化通信方式。因此以卫星为依托的移动通信系统，凭借其广阔的覆盖面积、灵活机动等特点，成为了未来移动通信技术发展的主要方向。

一、卫星移动通讯的发展

在卫星移动通信系統发展领域中，根据轨道的不同主要分两种技术形式，一种是大型低轨道卫星系统（Low Earth Orbit，LEO），例如铱星系统；另一种则是利用地球同步轨道卫星（Geosynchronous Orbit，GEO）和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统，例如Thuraya舒拉亚、Inmarsat国际海事卫星以及美国最新装备的MUGS移动用户目标系统等。

卫星移动通信系统根据轨道的不同，卫星大小以及数量的差异导致LEO和GEO两种系统有着非常明显的技术特点。GEO卫星系统数据传输时延百毫秒量级，实时性差，传输损耗大，需要大的天线和功放；其系统建设周期短，寿命长，建设维护费用相对较低，性价比高。卫星相对地面固定，对星容易，不需要复杂跟踪控制系统，单颗卫星即可开展业务，通过增加卫星数量，可提高系统性能和容量。但其体积和重量偏大，发射升空难度大，风险高。轨道位置固定卫星数量少且没有备份卫星，抗干扰能力差，电磁兼容和轨道协调都是重要难题。LEO卫星系统数据传输时延十毫秒量级，实时性能佳、传输损耗小，不需要大天线。卫星体积小，重量轻，研制周期短，发射难度低，并且灵活机动，可搭载发射或一箭多星发射，卫星分不同轨道平面，多个卫星同时运行相互备份，抗毁性强。但系统设计复杂、建设周期长、难度大。LEO卫星要在轨道面形成星座图，并且相对地面高速运动需配有完美的跟踪管理控制系统，还需建立全球信关站或实现星上交换处理功能。同时必须当所有卫星在轨运行时，才能提供有效的全球移动通信服务。

LEO和GEO两种卫星移动通信系统存在较为明显的优劣性，GEO系统更适用于人口密集地区建立区域性个人移动通信系统，而LEO系统则更加适合在全球建立无缝覆盖的移动通信系统。

二、卫星通信系统的关键技术

为能够有效提升卫星移动通信系统数据传输的实时性、高效性以及优质性，所使用的卫星平台必须具备调制解调、波束成型、星上交换、星载校准以及馈电链路数字处理等核心技术。下面就对卫星系统的关键技术进行详细分析：

2.1星上处理技术

现阶段，卫星移动通信系统数据交换技术主要包括全透明转发、部分处理交换以及星上处理交换三种模式。其中透明转发（Bent Pipe）卫星通信系统中，卫星转发器只完成信号放大和频率转换，基本上与信号形式无关，对协议是透明的。该项技术较为成熟、风险相对较低，但是需要配合地面进行数据交换，因此信息传输的延时性较大；星上处理是卫星通信重要的技术之一，异步传输模式（ATM）是一种重要的星上交换处理模式，该技术实时性高、资源处理能力大、抗干扰能力强，但是由于技术发展时间较短，适用性和可靠性都不高。结合我国卫星技术的实际发展水平，以及社会发展对卫星移动通信系统需求，GEO卫星不宜采用难度较大的星上处理技术，但是在实际使用过程中，必须解决卫星通信传输的延时问题。

2.2卫星天线技术

卫星移动通信系统的天线技术经历了从简单天线，标准圆或椭圆波束、赋形天线，多馈源波束赋形到反射器赋形以及为支持个人移动通信而研制的多波束成型大天线的发展道路。卫星天线技术适用于地球同步轨道卫星和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统，Aces亚洲蜂窝卫星装配有两副12米口径L波段天线，Thuraya瑟拉亚装配有12.25米口径天线，Inmarsat国际海事卫星装配有多波束天线。现阶段，卫星天线技术是提升高频谱利用率的最佳方式，通过天线波束成形、多点波束蜂窝结构和智能天线技术可以有效实现高密度、多重的频率再利用。

2.3星间链路技术

星间链路是指用于卫星之间通信的链路，又被称为星际链路或交叉链路（Crosslink）。通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。该项技术对于大型低轨道卫星系统而言，由于其信息覆盖面较小，需要借助星间链路技术实现地面对卫星的有效控制，以及移动用户之间的信息互联。现阶段，星间链路技术主要可以分为微波通信以及激光通信两种实现方式。目前主要常用微波通信技术，该技术的缺点在于受频带宽度、重量、体积、价格以及功耗等方面的影响，无法实现卫星移动通信系统的高效实用，而激光通信方式则具有明显的优势，其超宽的频谱带宽可以有效提升卫星通信的潜在容量并且降低卫星载荷体积和重量，在提升信息保密性的同时还能减小信息传输的延时性。

三、海上卫星移动通信系统的发展

卫星移动通信系统由于不依赖于陆地基站、同其他无线通信手段相比可靠性高等特点在海上通信中占据了重要地位。大力发展卫星移动通信系统既是国家实施海洋战略的时代需要，也是我国高科技产业核心竞争力的重要体现。研究表明，卫星移动通信系统由于技术上的限制，主要面临卫星覆盖范围受限、卫星传送信息易被窃取、信号临道干扰及雨雪衰减等问题。

目前在航海应用中，GEO卫星系统主要用于语音通信及窄带数据传输，虽然覆盖范围大但资费昂贵，且卫星资源受制于国外保密性能差。LEO卫星系统主要用于船载VSAT宽带数据通信，但由于中低轨道卫星轨位资源宝贵，我国在近海海域上空缺少足够卫星覆盖，且现有卫星资源等级较低，在多颗卫星信号重叠区域通信效率不佳。综合考虑技术成本和海上需求等因素，我国未来卫星移动通信的发展方向，应该以区域覆盖为主，兼顾全球为辅，以窄带业务为主逐步发展支持宽带业务，综合利用大型低轨道卫星系统、地球同步轨道卫星以及大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统特点，并且支持移动手持设备，保证信息传输的及时性和有效性。

四、结束语

综上所述，随着我国卫星移动通信技术的不断发展，以及海上移动通信业务需求量的不断扩大，无论是在民用还是在军用领域，分析研究卫星移动通信系统关键技术，并结合海上实际对现有卫星通信系统提出有效改进措施，都将对做好海上通信保障起到重要的作用。

参 考 文 献

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