谈卫星通信的发展趋势及其关键技术

摘要：卫星通信是国家信息基础设施的重要组成部分，卫星通信产业发展在国家经济社会发展中具有关键的战略性意义。本文在总结、分析通信卫星产业发展现状与趋势的基础上，结合我国国情提出了对我国卫星通信产业发展的关键技术。 关键词：卫星通信；现状与趋势；关键技术

中图分类号： tn927+.2 文献标识码： a 文章编号： 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站的两个或多个地球站相互之间的无线电通信，是微波中继通信技术和航天技术结合的产物。卫星通信的特点是通信距离远，覆盖面积广，不受地理条件限制，且可以大容量传输，建设周期短，可靠性高等。自1960年第一颗卫星发射成功以来，卫星通信发展特别迅猛。目前，卫星通信的使用范围己遍及全球，仅国际卫星通信组织就拥有数十万条话路。而随着通信行业的不断发展，卫星高速数传系统成为了卫星通信发展的趋势。

1卫星通信系统的发展现状 1.1卫星通信的基本概念

卫星通信从表现形式来看，它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统，所利用的卫星既可以是gso卫星，也可以是ngso卫星，如中等高度地球轨道meo、低高度地球轨道leo和高椭圆轨道heo卫星等。

虽然世界上地而通信网络已趋于完善，但受地理条件和经济因素

的限制，地而蜂窝系统不可能达到全球无缝覆盖。以我国为例，在偏远地区，地而网络的广泛覆盖仍然遥遥无期;在沿海岛屿众多的地方，建设地而网络非常困难;在发达地区的某些偏远地方同样没有地而蜂窝网的覆盖;野外勘探，飞机，远洋运输船只，远离城市的旅游探险者，以及紧急搜索、救援人员等都需要一种不受地域、天气限制的移动通信手段;西部地区疆域广阔，但多为荒漠和戈壁，人烟稀少，卫星通信将显示出独具的优势;尤其是发生重大毁灭性自然灾害的地区，地而网络多数会遭到破坏，而卫星通信可能是惟一幸存的通信手段。所以，卫星通信是一种大有可为的通信方式，具有广阔的应用前景。 1.2国内外发展概况

至今我国尚无自建的民用卫星通信系统，国际上日前可以使用的卫星通信系统主要包括:

1)对地静止轨道(gso)卫星通信系统

提供全球覆盖的卫星通信系统有国际海事卫星(inmai sat系统;提供区域覆盖的卫星通信系统有北美移动卫星(msat)系统、亚洲蜂窝卫星(aces)系统、瑟拉亚卫星(thuraya)系统;提供国内覆盖的卫星通信系统有日本卫星(n-s tar)系统和澳大利亚卫星(optus)系统等。其中波束覆盖我国的系统有inmai sat和aces。

国际海事卫星(inmarsat)系统是由国际海事组织经营的全球卫星通信系统。自1982年开始经营以来，全球使用该系统的国家已超过160个，用户从初期的900多个海上用户已发展到今天包括陆

地和航空在内的29万多个用户。为了满足不断增长业务的需要，已开始发射第四代海事卫星。第四代卫星为1个全球波束、19个宽波束和 228个点波束。提供用户终端的卫星等效全向辐射功率强度为67dbw(点波束)，其ip业务最高速率可达432kbit/s，可应用于互联网、移动多媒体、电视会议等多种业务。 2)非静止轨道(ngso)卫星通信系统

提出的方案很多，真正发射组网进行运营的只有3个:铱(liidium)、全球星(globalstar)和轨道通信(orbcomm)系统。 铱系统是由美国motorola公司提出的世界上第一个低轨道全球卫星通信系统，其基本目标是向携带有手持式移动电话的铱用户提供全球个人通信能力。铱系统卫星星座由66颗低轨道卫星组成，轨道高度780km。铱卫星采用星上处理和交换技术、多波束天线、星际链路等新技术，提供话音、数据、传真和寻呼等业务，用户终端有单模手机、双模手机和寻呼机。耗资59亿美元开发的铱系统于 1998年11月开始商业运营，1999年8月13日中请破产保护。2000年12月新铱星公司成立，用2100万美元购买了投资近50亿美元的铱星公司，2001年3月重新开始提供全球通信服务。目前有超过12万用户，并目_以每月新增2 0003 000个用户的速度在增长，在2003年上半年实现收支平衡。在1997年5月到2002年6月期间共发射了95颗卫星，其中11颗失效，4颗陨落，66颗工作，14颗在轨备份，能够连续工作到2014年而无需发送额外的卫星。 2卫星通信的关键技术

（1)星载多波束天线技术

采用多波束天线是解决大覆盖范围和高天线增益之间矛盾的惟一手段，如铱系统采用48波束天线，全球星系统采用16波束天线。多波束天线是影响我国卫星通信发展的核心关键技术。一方而，其重量、功耗直接影响卫星平台的设计指标; 另一方而，天线增益对系统所能达到的通信性能起着至关重要的作用。目前，国内已有多波束天线的设计能力，对星用t/r组件也有研制经验，与国外n7。进水平的差距主要在于星载工艺问题，如何降低 功耗和重量是研究的重点。 （2)星上处理和交换技术

具有星际链路、星上处理和交换能力是对现代卫星通信系统的基本要求。对于星际链路，核心是解决天线的捕获、跟踪和瞄准问题;对于星上处理，目前国内已有星上解调、解扩和解跳的较成熟技术，主要问题在于可靠性、重量和功耗等。虽然国内已经完成了具有小规模星上处理与交换功能的样机研制，但受星载器件水平的限制，在星上实现具有综合业务交换功能和动态拓扑条件下移动路由功能的交换机仍是一项需要重点攻关的关键技术。 （3)移动性管理技术

移动性管理是移动通信系统必须要解决的问题，它包括位置管理和切换管理两方而。虽然地而已有成熟的移动性管理技术，但在ngso卫星通信系统中，作为交换节点的通信卫星相对地而作高速移动，导致网络拓扑是变化的，即使用户不移动，切换也是频繁发生

的，并目_用户终端、卫星和信关站之间没有固定的连接关系。因此，对于星上处理和交换能力、系统容量等都很有限的卫星通信系统，必须采用适当的移动性管理策略，以便在尽量降低移动性管理开销、星载交换机处理负担和路由更新开销的条件下保证用户信息能够经过星际链路选路到目的地，并目_在通信过程中实现卫星之间正确无误地切换。 (4)终端小型化

终端的体积、重量主要由天线、射频模块和电池等决定。从通信技术来说，实现天线和射频模块的小型化是解决终端小型化的关键技术。适应各类移动台结构要求的天线、高稳定度的频率源(考虑到系统通常传输低速率信号、载波间隔小、多普勒频移的影响等，此要求尤为突出)、高效率的功率放大器等都是需要进一步研究的。 射频模块小型化主要涉及到收发模块和双工器。其构成与地而蜂窝系统手机的构成大体相同，而后者技术已十分成熟，可从中得到借鉴。现有接收和发射电路都已做得很小和很低功耗，工作于uhf和l/s频段，每个有源器件尺寸在数平方毫米至十几平方毫米之间;在无源器件中，值得关注的是工作于双频段的双工器，它可通过声表而波 (saw)器件或低温共烧陶瓷}ltcc)工艺来实现。其中，利用ltcc工艺制作的双频段双工器，在900mhz频段，隔离度达28db，插损1.7db;在1 770mhz隔离度和插损分别为19db和1.8db。 3总结

本文综述了卫星通信的新进展，这些领域里所取得的新的研究成

果表明，有着广阔的应用前景和发展潜力。人们对信息化的需求是无止境的，为满足这些要求的卫星通信乃至更为广泛意义上的空间通信理论与技术，也要不断开拓前进。