卫星通信应用技术发展研究

刘 妍

（东北石油管道有限公司，辽宁 沈阳 110005）

卫星通信应用技术发展研究

刘 妍

（东北石油管道有限公司，辽宁 沈阳 110005）

文章简单说明了卫星通信的基本特点，包括其通信覆盖范围广、能够和多址连接技术相结合共同形成庞大的通信网、传输性能稳定等，并且从卫星通信的应用方面、技术方面以及典型系统方面的发展进行了全方位的分析，最后就卫星通信的发展前景进行了展望，以备相关人士参考。

卫星通信；近期发展；前景展望

现阶段的卫星通信技术不断地吸收地面通信网络发展的相关经验并对自身进行持续性的完善，同时还与其进行了适当的融合与互补，虽然中国的卫星通信技术与从前相比已经取得了较为迅速的发展，可是就其实际形势与西方发达国家相比较还存在很大的发展空间，因此，相关科研工作者还要加大工作力度，在实践的过程中不断提升自身的专业技术水平建设，从而促进我国卫星通信事业更加深远的发展。

1 卫星通信的基本特点

1.1 通信覆盖范围广

地球同步轨道（Geosynchronous Orbit，GEO)卫星与地球表面的距离高度为35 860 km，只需一个卫星中继转发，就能实现超过10 000 km的远距离通信。每一颗卫星所能够进行覆盖的范围是全球表面的42.4%，以这样的数值来计算，只要利用3颗同步轨道卫星就能够覆盖除两极纬度76°以上地区以外的世界表面及临地空间[1]。由此看来，卫星通信所能够覆盖的通信范围是极为广泛的。

1.2 能够和多址连接技术相结合共同形成庞大的通信网

卫星通信技术可以在一颗卫星所覆盖的区域内，打破传统依赖显式的交换形式，只要通过卫星中继传输以及多址复用技术就可以组建形成具有大量通信用户的大规模通信网络。

1.3 传输性能稳定

卫星通信链路在一般情况下都是通过自由空间传播的视距进行通信的，因此由于信息传输而产生的损耗情况相对稳定，并且这种损耗率可以进行准确的预算，在这种情况下多径效应就可以忽略不计，除非是利用很低的增益天线进行信息接收的移动通信以及个人通信网络终端。

1.4 通信容量大

由于卫星通信系统的信息传输通道处于微波频率范围之内，因此其包含的频率资源极其丰富。

2 卫星通信的近期发展

2.1 应用方面

首先是以通信用户与业务发展要求为依托而发生的变化，从面向节点以及团体小用户再到面向批量性的个人用户。因为可用带宽种类的发展，促使通信系统对其用户数量的支持功能得到很大的提升，并且目前已经形成了一定规模的效益。通信业务从传统模式下，以发展话音业务为主而逐渐变化成为以视频、数据信息、Internet以及话音等结合，从而形成通信业务、广播业务以及点播业务互相融合互相协调的综合性业务。其次是随着移动卫星通信科技的发展，其功能目前已经可以通过手持机来完成。现阶段不管是低轨星座系统还是同步轨道的系统，都能灵活地实现手持机与手持机之间的通信活动，而手持机的大小总体上来讲基本可以与地面蜂窝系统的移动手机相差无多，甚至已经有部分系统可以支持双模手机和多模手机功能。

2.2 技术方面

2.2.1 系统设计观念的变化

卫星通信系统从最初阶段的点到点应用，到随后的单一性组网应用，再到现阶段的复杂性通信网络应用，在这一发展过程当中系统设计的理念完成了从技术的角度到通信工作运营层面角度的转变。通信技术的复杂促使整个通信系统管理变得复杂化，可是却能够使其具体应用过程得以简单化发展。

2.2.2 卫星平台以及载荷技术的全方位发展

现阶段的通信卫星平台包括大卫星和小卫星平台，随着大卫星平台规模的持续发展，其对应的卫星运行轨道寿命也变得更持久，同时，卫星进行工作的功率持续增加，卫星载荷重量也随之提高。相比而言小卫星平台的发展方向则趋于更加小型化、低成本以及一箭多星发射的方面发展。通信平台功能的不断完善在很大意义上提升了卫星的有效载荷能力，自从星载大规模通信平台的可展开天线以及相控阵天线得以投入使用之后，卫星系统的G/T值以及EIRP数值也得以有效提升。数字多波束的研发和应用、数字信道化器技术的研发和应用以及星上处理和交换功能的不断完善等相关因素共同发挥作用提升了卫星通信的能力。每一颗卫星的转发器数量从初期阶段的几个直到后期的几十个，再发展到目前的数百个甚至于上千个。

2.2.3 点波束和频率复用技术的应用

卫星通信性能会受到地面网络的挤压作用而受到影响，同时也会从这一影响过程当中吸取一定经验，现阶段的卫星通信体系大多进行了点波束技术的覆盖，目前单颗卫星波束的数量已经从几十个发展为几百个，通过利用点波束间的频率复用手段促使通信系统的可用带宽质量得以有效提升，甚至一个新型卫星提供的可用带宽相当于5～20颗。上一代卫星提供的带宽性能，在很大程度上扩充了系统的容量，从而达到全面控制运营成本和用户使用成本的目的。

2.3 典型系统分析

2.3.1 移动通信系统

在静止状态下的轨道卫星移动通信系统中能够呈现世界性通信范围的系统基本包括国际移动卫星通信系统、区域覆盖性较强的亚洲蜂窝卫星系统以及瑟拉亚卫星等系统。国际移动卫星系统是由国际移动卫星公司负责研发以及运营的全球范围性的卫星移动通信系统。这一通信系统在20世纪末期被投入使用并且一直沿用至今，目前已经发展为第4代。如今的Inmarsat系统是全球范围内唯一个可以同时为海、陆、空各层次的通信用户提供全球化、全天候以及全方位的全球通信以及遇险安全通信业务的系统。ACeS系统具有向地球表面的固定式、移动式、便携式以及手持式等各种通信用户的终端平台提供话音、传真、低速数据以及因特网服务等功能。Thuraya系统的卫星网络覆盖范围包括地球上一百多个国家和地区，面积大约占整个地球面积的1/3，可以为全球23亿人口提供卫星移动通信服务[2]。Thuraya系统终端整合了卫星、GSM，GPS 3种功能，能够为广大通信用户提供语音、短信、数据、传真和GPS定位业务。SkyTerra公司的SkyTerra系统利用卫星和地面技术的有效结合，在全美国范围内提供3G-LTE无线宽带网络。如今支持WiFi功能 的设备，如PC，笔记本等，可以通过数据卡、嵌入式Modem和路由器等连接到卫星网络。系统的另一个特点是采用了辅助地面组件技术，通过其应用，可以实现卫星网络与地面网络的无缝集成，用户在卫星网络与地面网络之间可以实现透明的转换。

2.3.2 低轨道卫星移动通信系统

低轨系统信号路径衰耗小，信号时延短，可做到真正的全球覆盖。也正是因为这些特点而倍受广大通信用户的青睐，典型的低轨卫星移动通信系统包括Iridium和Globalstar。宽带多媒体系统具有代表性的宽带多媒体卫星有阿尼克-F2（Anik-F2），iPSTAR 及太空之路-3（Spaceway-3）等卫星。

3 卫星通信的前景展望

现阶段有线电信网络、计算机局域网络以及有线电视网络正朝着融合的趋势发展，目前已经落成了骨干通信网络的构建，地面移动通信蜂窝网络正是利用无线核心网络这一骨干网进行连接而完成信息资源的整合。这一发展趋势也正是对卫星通信行业未来发展前景的一种预示。伴随着各种不同类型的卫星通信终端的不断介入，各种IP化的终端都会有属于自身的地面终端接入网点，可是IP化发展与卫星通信网络内部的传输与交换完全实现IP化还存在一定的差异性，IP化能够有效保留其固有的信息传输与交换形式，这不但可以保障卫星通信业务的可靠性，同时更加有益于卫星通信基本优势的全面发挥[3]。

在卫星通信技术的研发与应用中，在Ka频率段的LEO卫星群蜂窝网的基础上，不但丰富了可用频率资源，还在很大程度上提高了通信容量，这就更加利于通信用户端的成本控制，同时还能够很好地体现出卫星通信无缝覆盖这一优势。中国有一大半用户都在使用的4G地面蜂窝，和国外大多数国家相比较其很多细节上有着不同之处。而卫星通信接入因特网，其竞争力与4G网络相比还存在一定差距，这种差距主要体现在网络的覆盖面积上。因此，虽然国际上正在针对小卫星群支持因特网接入形式进行深入性的研究，可是目前相关技术还基本属于尝试阶段，研究成果还不太成熟，值得一提的是，中国在卫星通信完成和因特网直接对接技术的成功运用完成了我国卫星通信系统对地面网络的全覆盖。卫星通信的无缝覆盖优势在科技飞速发展的今天仍旧有着很高的实用价值与社会意义，这与市场份额的所占比例并没有直接的关联性，想要权衡卫星通信的社会价值以及使用价值，首先就应当从通信行业的发展前景以及趋势进行全面考虑。所以，我们还要本着更强的创新思维和勇气去迎接即将面临的各种挑战。中国卫星通信研究是以国家为主导的，在不久的将来也应当转变成以市场为主导的发展模式，只有这样才能够在全球化的竞争中屹立于不败之地。

4 结语

随着世界性科学技术与经济发展水平的持续提升，用户针对通信活动的要求也变得个性化，这就对通信卫星的通信技术发展提出了更高的要求。虽然中国的卫星通信技术已经取得了较为迅速的发展，可就其实际形势与西方发达国家相比较还存在很大的发展空间，因此，相关科研工作者还要加大工作力度，在实践的过程中不断提升自身的专业技术水平建设，从而促进我国卫星通信事业取得更加深远的发展。

[1]易克初，李怡，孙晨华，等.卫星通信的近期发展与前景展望[J].通信学报，2015（6）：161-176.

[2]宋洋.当前卫星通信的发展与前景展望[J].新媒体研究，2016（11）：37，42.

[3]张俊祥.卫星通信发展展望[J].无线电通信技术，2012（4）：1-4.

Research on the development of satellite communication application technology

Liu Yan
（Northeast Petroleum Pipeline Company Limited, Shenyang 110005, China）

This paper brie fl y describes the basic characteristics of satellite communication, including its wide range of communication coverage, and it can be combined with multiple access technology to form a huge communication network, and stable transmission performance, and this paper comprehensively analyzes it from the development of satellite communications application, technical aspects and typical system aspects, and fi nally the prospects for the development of satellite communications is analyzed, which is expected to provide some reference for the relevant parties.

satellite communication; recent development; prospect

刘妍（1973— ），女，四川射洪人，本科，工程师；研究方向：企业语音交换，通信传输网络系统的搭建、运营及维护。