卫星移动通信系统关键技术

中国电子科技集团公司第五十四研究所 李东东

卫星移动通信系统在很大程度上可以为全球的用户都提供较大跨度以及较大范围的移动通信服务，并且这种移动通信服务并不会受到地形条件的限制，不论是在较为偏远的山区还是海岛区域，往往都能够保持有非常良好的通信优势，因此需要大力推动卫星移动通信系统的发展。本文主要研究了卫星移动通信系统关键技术。

随着当前科学技术的发展，卫星移动通信系统实际上已经拥有了较大的突破性，尤其是在当前信息化迅猛发展的全球背景下，各国对于移动通信业务的需求都在不断地增长，并且对于移动通信系统的实际依赖程度也在不断地加强。在这样的现实情况面前，相关部门需要积极推动卫星移动通信系统关键技术的发展。

1 卫星移动通信系统的简要概述

根据卫星在太空中实际运行轨道的不同，当前的卫星移动通信服务的相关技术主要分成两种，第一种是依靠LEO来实现全球性的移动通信服务，而这种类别下又分成了两个非常典型的种类，也就是全球星以及铱星；另外一种则是依靠GEO以及较为大型并且可展开的多波束天线技术来具体地实现全球性的移动通信技术，而在这个类别当中，同样地也有两种非常典型的卫星移动通信系统，一种是澳大利亚的卫星移动通信系统，其名称为Mobilesat系统，另一种则是北美卫星移动系统，该系统名为MSAT系统[1]。

在实际的运行以及发展过程中，LEO与GEO这两种卫星移动通信系统所处的轨道高度有着较大的区别和差异，也正是因为如此，LEO与GEO这两种卫星移动通信系统在实际的运行过程中也分别呈现出了非常明显的风格特点，主要体现在进行信号传输的实际性能、所拥有的系统性能、卫星自身的性能以及在实际运行过程中所需要耗费的经济成本等方面上。在进行信号传输的性能方面，GEO所具有的传输延时能够达到半秒的量级，因此GEO所拥有的传输的实时性比较差，并且在进行信号的实际传输过程中会造成比较大的损耗，而LEO在进行信号传输的实际过程中，所具有的信号传输延时能够达到十毫秒的量级，这也就意味着LEO拥有比GEO更好的传输实时性的能力，并且LEO在进行信号的实际传输过程中，所产生的能源消耗远远小于GEO在实际的传输过程中所造成的能源消耗。而在卫星移动通信系统的实际性能方面，GEO卫星移动通信系统在实际的建设过程中则更加地简便，因为GEO卫星移动通信系统并不需要一些较为复杂的跟踪系统进行控制。而其中更为重要的一个点就是，GEO卫星移动通信系统可以借助单颗卫星就能够非常有效地开展一系列的通信业务。LEO卫星移动通信系统实际上拥有更加高的复杂性，并且实际的应用过程中也存在着较大的难度，因此就需要依靠较为完美的跟踪系统来进行相关控制工作。除此之外，只有当所有的卫星都处于其应该运行的轨道当中进行正常的运行工作时，才能够实现为全球范围内的用户提供必要的移动通信服务。在应用的成本费用方面，GEO卫星移动通信系统的实际使用寿命与LEO卫星移动通信系统相比较而言会更加地长，并且在日常进行相关维护时所需要付出的费用也更加地低，因此GEO卫星移动通信系统实际上拥有非常高的性价比。但是在实际的应用过程中，LEO卫星移动通信系统无论是在相关卫星的实际研制工作过程中，还是在后续的维护费用的实际投入方面，都具有比较强的复杂性，这样一来，LEO卫星移动通信系统在实际的运行过程中的总体花费远远高于GEO。总而言之，GEO与LEO这两种卫星移动通信系统在实际的运行过程中实际上都存在着各自所具有的显著优势以及明显不足，因此在使用卫星移动通信系统的实际过程中一定要能够对于各个方面的现实因素都进行综合地考虑。如果需要在人口较为密集的地区开展卫星移动通信服务，就可以优先考虑使用GEO卫星移动通信系统，如果要是需要在一定的区域范围内建立起无缝覆盖的卫星移动通信系统，则需要优先考虑LEO卫星移动通信系统。

2 卫星移动通信系统关键技术的实际应用要点

2.1 天线技术

全球范围内的卫星移动通信系统实际上经历了一个非常漫长的发展阶段，并且在这个漫长的发展过程中，出现了非常多形式的天线，包括有比较标准的圆的简单天线、由一定反射器进行赋形的天线以及多馈源波束赋形的天线、多波束成型的大天线。以多波束成型大天线来进行举例，多波束成型大天线在当前卫星移动通信系统的实际应用过程中有着非常广泛的应用，尤其是在GEO卫星移动通信系统当中，有着非常良好的应用效果。举一个典型的实际例子，在Thuraya这一个系统当中所使用的就是口径为12.25m的口径天线，这种天线在实际的使用过程中可以产生250-300个波束。再比如在InmarsatⅣ系统的实际应用过程中，也采用了多波束天线。而对于LEO卫星移动通信系统来说，在该系统当中所使用的天线主要由四种形式，分别是双栅天线、单馈源天线、正交天线以及反射器赋形天线，就比如在Globalster系统当中，就是采用了具有S波段的有源相控阵天线[2]。

就当前我国卫星移动通信系统当中天线技术的实际应用以及相关发展的现实情况来看，这些天线技术的应用在很大程度上推动了频谱的实际利用率，而推动频谱实际利用率的途径主要由以下三种。第一种，是利用天线能够释放出来的波束进行相关的成形工作。第二种，主要是多点波束蜂窝结构。第三种则是智能化比较强的天线技术。这三种推动频谱实际利用率的途径都能够在很大程度上非常好地实现频谱实际效率进行再利用的相关目标。如果在当前卫星移动通信系统的实际应用以及发展过程中，选择将天线技术以及多址技术进行有机结合，那么就能够在很大程度上提升卫星移动通信系统在实际应用过程中的上行以及下行的实际通信能力。

2.2 星间链路技术

星间链路技术能够在很大程度上使得相关的卫星能够高效率地与其相邻的卫星进行连接，并且星间链路技术实际上是属于一种通信链路，而该技术的实际应用优势就在于可以将太空当中的各个星座当中存在的各个卫星连接成为一个整体，这样一来就能够在很大程度上保证当前应用的卫星移动通信系统内部的相关用户使用的通信链路不再需要地球表面的通信网络作为支撑。换句话来说，通过应用星间链路技术实际上能够在很大程度上提升当前整个卫星移动通信系统自身在运行过程中的抗干扰能力以及抗摧毁能力，并且能够在此基础上扩大整个卫星移动通信系统的实际覆盖范围。就拿LEO卫星移动通信系统来进行具体的说明，因为LEO卫星移动通信系统的实际覆盖范围比较小，那在这样的现实情况面前，往往没有办法进行固定地球站的有效设置。但是如果能够应用星间链路技术，就能够在很大程度上来对卫星进行有效的控制，而在地面的卫星移动通信系统的实际用户就能够通过创建起来的星间链路技术来接入到地面的通信网络当中去。就目前的现实情况来看，能够使用星间链路技术的目前只有一种卫星移动通信系统，那就是LEO卫星的Iridium系统。

就当前应用的星间链路技术的实际应用形式来看，其中有两种比较主要的应用形式，也就是激光通信形式以及微波通信形式，而在当前卫星移动通信系统的实际应用过程中，主要以微波通信技术形式的应用最为广泛。虽然微波通信技术形式有着非常广泛地应用，但是也难以避免一系列现实问题的出现。比如，在微波通信技术的实际应用过程中，就很容易受到频带宽度、体积以及价格等许多方面因素的影响，这样一来就无法大幅度地提升实际的信号传输速率。对于激光通信技术形式来说，在实际的应用过程中也具有着较为显著的应用优势，因为激光通信技术形式拥有的宽广频谱的带宽能够在很大程度上提升卫星移动通信潜在的容量，并且在减少卫星实际荷载体积以及相关的重量方面能够发挥出非常重要的现实作用。而其中更值得重视的一个要点就是，在当前卫星移动通信技术的实际应用过程中使用的激光通信技术能够在很大程度上实现广域大跨越的单跳连接，这样一来就能够在很大程度上减小实际的信号通信造成的延迟。但是激光通信技术在实际的应用过程中也存在着不少的现实问题。比如，如果是选择使用了激光星间链路技术，那么就要求相关的技术人员能够拥有非常良好的卫星姿态控制能力，尤其是要能够在卫星的实际运行过程中保证卫星姿态能够始终处于一个较为稳定的状态，而之所以要这样的原因就在于，卫星在实际的运行过程中一旦出现姿态不能够处于一个较为稳定的状态，那么就很容易发生移动通信信号出现中断的现实问题[3]。

2.3 星上处理技术

对于当前所应用的卫星移动通信系统来说，在实际应用过程中所存在的一系列信号传输延迟、信号实际的传输质量不佳以及卫星移动通信系统的实际容量较低的问题，往往会在导致卫星移动通信的实际质量受到很严重的限制，为了能够更好地解决卫星移动通信的实际质量受到限制这一类的现实问题，就必须要求卫星在实际的应用过程中必须能够拥有星上交换、调制调解以及波束成形等非常多的星上处理能力。从目前的卫星移动通信系统的实际应用现状来看，当前卫星移动通信系统所应用的星上处理技术主要有三种，即星上处理交换、全透明转发以及部分处理交换。星上处理技术在实际的应用过程中，可以通过相关的数字方式来进行实现，并且该项技术在实际的使用过程中具有非常显著的优势，而之所以拥有如此显著的优势，主要还是因为星上处理技术拥有着很高的资源利用率，并且相关的卫星移动通信服务具有的实时性也非常地显著。但是星上处理技术在实际的应用过程中也存在着一些较为突出的缺点，比如，当前相关技术体制仍然还不够成熟，这样一来就直接导致相关技术在实际的应用过程中具有较为不足的适应性，这样一来，在实际的应用过程中就非常容易受到空间范围内辐射的不良影响，这样一来就会直接导致卫星移动通信系统的稳定性以及可靠性变得比较差。结合现阶段，我国在卫星移动通信事业方面的实际发展情况来看，当前星上处理技术在GEO卫星移动通信系统当中的应用还不能够得到较为有效的实现，但是如果想要解决当前在卫星移动通信系统实际应用过程中存在的信号传输延迟的这一不足，必须要能够在卫星移动通信系统的实际发展过程中发展好星上处理技术。而对于LEO卫星移动通信系统的实际应用来说，因为不能够在当前的全球范围内建立起LEO卫星移动通信系统的相关信关站，因此在LEO卫星移动通信系统的实际应用过程中，必须能够应用星上处理技术来作为辅助，这样一来才能够实现全球范围内的移动通信。

3 卫星移动通信系统的未来发展

对于任何一个国家来说，卫星移动通信系统是属于国家通信和航天领域高度发展的一个非常重要的标志，与此同时，也是一个国家在进行通信基础设施建设的一个非常重要的补充手段，也是当前一个较为强大的国家所必须具有的尖端技术。从目前的实际情况来看，虽然近几年来我国在卫星移动通信系统事业的实际发展过程中取得了很多非常良好的成绩，但是与世界上的许多发达国家相比仍然存在着非常大的现实差距，并且当前世界范围内的许多数字处理技术实际上是被一些发达国家所切实垄断的。总的来说，我国目前还没有建立起完全自主的卫星移动通信系统，也正是因为如此，在今后卫星移动通信系统领域的实际发展过程中，必须要能够进一步地加大针对卫星移动通信系统的自主研发力度，并且一定要能够建设起专属于我们自己的国家的卫星移动通信系统。充分地结合我国当前在卫星移动通信系统建设中的诸多因素，今后卫星移动通信系统建设应该有一个明确的方向。在当前卫星移动通信系统建设思路上，要将区域覆盖作为重点，将兼顾全球作为辅，从而将宽带业务作为重点进行发展的业务，并且能够在实际的发展过程中综合利用LEO以及GEO卫星，这样一来就能够更好地支持小型的手持终端，从而能够在很大程度上确保可以实现实时语音服务。

4 结语

综上所述，随着当前我国卫星移动通信技术的发展，国内对于卫星移动通信的实际业务需求也在不断地扩大，而这种需求不论是在民用领域还是军用领域实际上都有着非常大需求量。也正是因为如此，需要对于卫星移动通信系统的关键技术展开研究，并且要能够采取一定的措施来促进其发展。