现代卫星通信系统概述

石林

摘要：随着卫星通信在全世界的普及，本文从基本理论角度概述现代卫星通信系统的特点及其前景。卫星通信由于具有覆盖面积大、不受地理条件限制等特性，在通信发展的过程中日益受到人们的重视。卫星系统作为一种新兴的技术与业务手段，无论从越洋通信至区域、国内乃至个人通信，还是从GEO/MEO/LEO的固定、半移动、移动通信，DBS/DHT/DAB广播，DVB-IP多媒体，GPS/RNSS/RDSS导航定位，直至GMDSS应急援救，RSS遥感乃至气象、地震预报、远程医疗、教育、空间探测，科学试验等各行各业的各类应用，21 世纪的卫星通信正在向一个新的水平攀升，宽带化、数字化、IP 化、个人化、服务综合化以及低成本化是卫星通信需要达到的理想目标。

关键词：卫星通信技术;GPS;传输;天线

一、卫星通信的发展

卫星通信的设想最早由Arthur C.Clarke于1945年在英国的无线电杂志Wireless World上发表的一篇文章提出。1965年世界上第一颗对地静止卫星“晨鸟”号开始提供跨大西洋的电话业务，实现了20年前Clarke的预言。此后卫星通信获得突飞猛进的发展。

20世纪70年代和80年代，提供越洋电话以及电视转播业务的卫星系统发展迅速。Intelsat巨大的商业成功使得许多国家开始投资建设自己的卫星系统。

20 世纪 90 年代以后，人们开始开发能够提供移动通信的卫星系统，主要实现方案有两类：一类是由单颗或多颗大功率、大增益天线的对地静止轨道卫星组成的卫星系统;另一类是由多颗低轨道或中轨道卫星组成的卫星系统。除此之外还有少数由椭圆轨道卫星组成的卫星系统。

二、卫星通信的特点

卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。

卫星通信是现代通信技术的重要成果，它是在地面微波通信和空间技术的基础上发展起来的。与电缆通信、微波中继通信、光纤通信、移动通信等通信方式相比，卫星通信具有下列特点：

（1）卫星通信覆盖区域大，通信距离远。

（2）卫星通信具有多址联接功能。

（3）卫星通信频段宽，容量大。

（4）卫星通信机动灵活。

（5）卫星通信质量好，可靠性高。

（6）卫星通信的成本与距离无关。

但卫星通信也有不足之处，主要表现在：

（1）传输时延大。

（2）回声效应。

（3）存在通信盲区。

（4）存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

三、现代通信系统中的关键技术：

（一）数据压缩技术

数据压缩技术在数据处理领域已相当成熟。静态和动态的数据压缩均可为通信系统在时间、频带、能量上带来高效率。

（二）智能卫星天线系统

由于传送多媒体信息的需要，通常要求通信系统的带宽在2500MHz以上，多媒体通信系统因此选择了Ku甚至Q和V波段。但K以上波段雨衰相当严重，而卫星功率亦受限。因此，研究智能高性能天线非常必要。

（三）宽带IP卫星通信技术的研究

为了使卫星通信能够适应互联网的需要，宽带IP卫星通信技术的研究进一步加快。ITU-R第四研究组于1999年4月就在瑞士日内瓦举行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4会议。在WP4B会议上，IP和多媒体技术在卫星中的应用作为新技术课题提案获得了通过，对宽带卫星通信系统的发展具有重要影响。参加这次大会的有关人士认为：IP很有可能成为未来的主要通信网络技术，大有取代目前占主导的ATM技术的势头。

（四）新型高效的数字调制及信道编码技术

目前，应用较成熟的有正交频分复用多载波调制技术（OFBM）和16-QAM调制等。在信道编码上，可结合天线分集技术采用定时格码中的定时块码、Reed-Solomon码，亦可采用Turbo乘积码TPC技术。

（五）全球卫星定位系统（简称GPS）

GPS是一种结合卫星及通讯发展的技术，利用导航卫星行测时和测距。经过近十年我国测绘等部门的使用表明，全球卫星定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等特点，成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影、运载工具导航和管制、地壳运动测量、工程变形测量、资源勘察、地球动力学等多种学科，取得了好的经济效益和社会效益。

四、卫星通信系统类型：

（一）低轨道（LEO）卫星系统：

利用低轨道卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效;另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，LEO系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。

（二）铱（Iridium）卫星移动通信系统：

铱系统是美国Motorola公司提出的一种利用低轨道卫星群实现全球卫星移动通信的方案。铱系统的基础结构和基础处理均在星上，蜂窝区随着地球自转而快速扫过地球表面。铱系统的越区交换是小区跨越用户移动，而不是用户跨越小区，这点与陆地移动通信系统不一样。可惜由于种种原因，最后铱系统功亏一篑，宣告破产。

（三）全球星（Globalstar）系统：

全球星系统以高技术、低成本作为设计思想的。全球星系统是作为地面蜂窝移动通信系统和其他移动通信系统的延伸，与这些系统具有互运行性。它还是一个类似于无绳电话的无线电话系统，但其服务范围不受限制，同一手持机就可以在世界上任何的地方、任何时间与任何地方的用户建立可靠、迅速、经济的通信联络。

五、卫星通信系统发展前景

近年来卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站（VSAT）系统，中低轨道的移動卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注和应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点，1972年在我国首次应用，并迅速发展，与光纤通信、数字微波通信一起，成为我国当代远距离通信的支柱。

进入21世纪的信息全球化及全球巨大的个人多媒体通信流量与无缝隙覆盖需求，注定了无线宽带应用，包括各类卫星手段，将会发挥其愈来愈重要的战略作用。而各类卫星系统的重要特征，涵盖在下述三个方面：首先在于它在未来全球/区域/国家信息社会中的一系列独特特征与作用;它对各行各业、各类实际应用的广泛性与普遍性;以及它在未来宽带无线演进中通用无线接入及WWAN、WMAN、WLAN与WPAN等各类综合业务应用，服务内涵中不可缺少的互补支持作用：

参考文献：

[1]甘仲民，张更新. 卫星通信技术的新发展. 通信学报. 2006;

[2]祝龙双. 看卫星通信如何面向大众用户并实现用户的个人化. 卫星与网络. 2006;

[3]谢希仁. 计算机网络. 第 4 版. 北京：电子工业出版社. 2004。