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卫星通信的近期发展与前景展望

作者：钟坤源 罗旭双 黄文雄

来源：《中国科技博览》2017年第03期

[摘 要]卫星通信技术在我国经济社会发展中作用重大，是先进生产力的代表。本文介绍了卫星通信的相关技术、世界上常见的卫星通信系统以及卫星通信应用与产业化的情况，并作了前景展望。

[关键词]卫星通信 近期发展 前景展望

中图分类号：G241 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）03-0135-01 1.前言

1965年，通信卫星的商业化应用开始于美国。目前，它已在各个领域得到了广泛的应用，对人类的生产方式产生了深刻的影响力，在通信领域具有不可比拟的优越性。通信卫星主要有以下优点：第一，一颗通信卫星可以覆盖约40%的地球表面，实现1万公里的通信联系，3颗地球物理卫星即可对地球表面实施全覆盖。第二，通信卫星可利用其广播性和多址连接技术建立大型的通信网。第三，通信卫星基本不被山川河流等各种严苛地理条件的约束。第四，通信卫星的频率资源非常丰富，并且可以加以拓展。第五，通信卫星的信道稳定，传输质量好。第六，通信卫星的设备运用成本不会由于通信距离的增大而大幅提高。

当然，万事万物都有两面，通信卫星也有自身的一些不足，主要是：第一，通信卫星的发射和运行成本较高，有一定的使用寿命，比如LEO卫星的使用寿命一般在8年左右。第二，通信卫星的链路传输会有递减现象，需要增置高功率的接、收发专用设备。第三，通信卫星在传输中会有音质损失。

2.通信卫星平台与信道资源的发展

关于卫星通信的频道资源方面，地球物理卫星，早期大多使用C和Ku频段。最近十余年则兴起了Ka频段2GHz带宽的热潮，除此之外，UHF、L和S频段也有15至30MHz的带宽的使用。目前，40至60GHz的EHF频段是开发的重点。此种频段的应用有望大幅地扩充频道资源，提高抗干扰拦截性能。

通信卫星平台是促进卫星通信行业商业应用的重要方面。美国目前拥有总重量达到7吨的世界上最大的通信卫星平台，我国自研的平台东方红4号重达5吨左右，处于世界中上流的技术水平。

3.卫星通信相关技术

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3.1 调制解调技术

QPSK、OQPSK和π/4DQPSK是卫星通信中最常见的调制方式，但是，近年来，8PSK、16APSK和16QAM等高阶调制方式有着旺盛的研究与应用需求，其中APSK调解因其透明转发高阶调制信号时功率效率不会明显降低，因而在在卫星电视广播和卫星宽带移动通信中应用前景较好。格形编码调制（TCM）在理论上讲是非常理想的，它融合了信道编码与调制，但是译码繁复，因此应用不广。正交频分复用（OFDM）技术采用多载波调制方式，有较强能力减弱多路径信号衰减，成为4G、5G移动通信中的技术基础。但是，本技术链路特性较差。 3.2 纠错编码技术

各种类型的通信业务对信息传输的误比特率（BER）均设定了最高限度的要求，但是在实际业务中会采取信道编码技术与调制结合的方法达到最高的效率，提高编码增益。并行级联形式的Turbo码和低密度奇偶效验码（LDPC）是目前最优秀的信道编码算法，在地面移动通信中较好的使用，其中LDPC码编解码简单、码长短、编译码效果逼近香农限，是目前卫星通信中信道编码的第一选择。 3.3 扩频通信技术

本技术主要应用与通信的隐蔽和军事通信的抗干扰方面。扩频方式主要有：直接序列扩频（DSSS）、跳变频率与时间和线性调频4种基本方式。卫星通信抗干扰技术一直在军事上应用，但是这方面的军事对抗没有绝对的获胜方。 3.4 阵列天线技术与卫星蜂窝网技术

本技术是为了解决卫星链路传播衰减，同时兼顾天线的尺寸和降低成本而提出的技术。相对于早期的VSAT技术，卫星通信上使用的多波束天线（MBA）主要以反射面式、透射式和相控阵形式3种方式。MBA可以提高天线增益，实现频率的多次重复利用。各种不同波束的信号是结合在一起的，因此任何一种单一的方式都会造成互调干扰，因此呢OFDM不适合卫星通信下行链路。使用卫星蜂2窝网技术可以实现频率资源的多次重复利用，可以形成蜂窝小区覆盖地面，但我国在卫星蜂窝网技术有较大的技术差距。 3.5 多址和复用技术

多址即接收站可以有选择地接收多路信号中某一路或某几路信号，主要有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和随机竞争多址（Aloha）及它们相互间的组合关系。复用就是多个数据流的数字调制信号在传输时实现信道共享办法。ViaSat公司在1990年代采用的成对载波多址（PCMA），其前向链路由中心站以某一频带以TDM方式向小站发送信息，然后回传链路由各小站在同一频带以CDMA方式回传信息给中心站。这样，既重复使用了频率资源和信号的隐蔽性。

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3.6 星上信号处理和交换技术

星上信号处理技术可以实现信号再生、提升系统的干扰容限以及提高传输时间和提高信道利用率。星上信号处理技术分为再生式和非再生式两大类。星上IP交换是卫星通信网与地面因特网相融合的技术，是目前研究的热点。 3.7 空间激光通信技术

信息通过激光束进行传输、通信，可作为卫星之间或者卫星与地面站之间的通信链路，信息负载数量大、消耗能源少、安全性良好、发射机体积小和质量轻等优势。目前，我国处于试验阶段。

4.典型的卫星通信系统

卫星通信技术在实际生活中有着广泛的应用，形成了很多卫星通信系统，主要包括海事卫星通信系统、铱星系统、全球星系统、IPSTAR系统、ACeS卫星移动通信系统、ExeDe Internet卫星接入系统、O3b系统、WGS系统和美军Milstar通信系统。各个卫星通信系统自有其不同用途和功能，应用的技术也大相径庭。 5.卫星通信的应用和产业化发展

卫星通信系统不仅是一场现代战争取胜的关键因素，在军事上已有广泛的应用，而且在民用方面已经实现了标准化和产业化，是经济社会发展的重要领域，有着重要的意义。一些国家的军用通信卫星实行军民两用，比如我国“北斗”系列通信卫星，不仅提高了使用效益，而且推动了民用卫星通信产业的进步。我国的通信卫星产业起源于军事用途，以准军事化的企业联合体的合作方式存在。往往一枚卫星就需要成百上千家企业、高等院校和科研机构的协力攻关。 6.卫星通信的前景展望

卫星通信技术已经融入了我们的日常生活之中，有线电信、计算机局域网和有线电视已经连接成了我国的主要通信网络。通信资源的优化重组意味着卫星通信未来拥有广阔的发展空间。预计，未来的卫星通信将是巨大的全球通信网络的一个组成部分，这个全球通信网络涵盖了所有的有线和无线的网络，并在它们之间实现无缝的对接和镶嵌。虽然IP化是目前计算机网络流行的信号传输方式，但是卫星通信内的传输与交换有自己的方式，是原有技术积累基础上的改进、提升。

我国通信卫星技术另辟蹊径，实现与因特网的直接对接，实现了通信卫星对地面的无缝覆盖。这是一种有益的探索，无关于市场占有率的商业性考虑。此外，我国一直采用的政府主导模式具有较大的弊端，应当转向市场为主导的模式，以实现与国际市场的接轨。 7.结语