衛星通信技術(shù)的新發(fā)展論文
1寬帶衛星通信系統的現狀及發(fā)展趨勢
1.1寬帶衛星通信的基本概念寬帶衛星通信是指利用通信衛星作為中繼站在地面站之間轉發(fā)高速率通信業(yè)務(wù)，是寬帶業(yè)務(wù)需求與現代衛星通信技術(shù)相結合的產(chǎn)物，也是當前衛星通信的主要發(fā)展方向之一。
作為寬帶衛星通信系統中繼節點(diǎn)的寬帶通信衛星(也稱(chēng)多媒體衛星)一般具有較寬的帶寬、很高的EIRP(等效全向輻射功率)和G/T(品質(zhì)因數)值，并且通常具備星上處理和交換能力。利用寬帶通信衛星可以向USAT(極小口徑終端)提供雙向高速因特網(wǎng)接入和多媒體業(yè)務(wù)。
需要說(shuō)明的是，由于衛星的帶寬容量遠小于光纖線(xiàn)路，后者的通信容量通常以吉比特每秒來(lái)計;而對于衛星通信來(lái)說(shuō)，信道速率達到幾十兆比特每秒以上一般就可稱(chēng)為寬帶通信。
1.2寬帶衛星通信系統的發(fā)展現狀及典型應用
追溯衛星通信的發(fā)展史，其一出現就進(jìn)入了寬帶應用一模擬電視傳送，近些年又應用于數字電視、衛星直播電視等(如美國的DirecTV、Echostar，歐洲Eutelsat的HotBird等)。但其“現代化”則是伴隨著(zhù)IP技術(shù)的出現而出現的，尤其是因特網(wǎng)的廣泛使用加速了現代寬帶衛星通信的發(fā)展步伐。從20世紀90年代起，全球陸續提出了許多個(gè)寬帶衛星通信系統，其中既有采用對地靜止軌道(GSO)衛星作為中繼節點(diǎn)(如美國的DirectPC和Spaceway)，也有采用非對地靜止軌道(NGS0)衛星作為中繼節點(diǎn)的(如Teledesic和Skybridge)。文獻[1]給出了國際上提出的比較有代表性的寬帶衛星通信系統的主要特性并進(jìn)行了分析。但是由于受到地面光纖通信網(wǎng)迅速發(fā)展以及“銥”系統等商業(yè)運作失敗的影響，這些被提出的系統至今沒(méi)有一個(gè)真正投入應用。
由于專(zhuān)門(mén)建設一個(gè)覆蓋全球的寬帶衛星通信系統需要很大的投資，市場(chǎng)風(fēng)險極大，尤其是采用NGSO衛星星座的低軌道寬帶衛星通信系統。因此，先發(fā)射一顆寬帶GSO衛星建立一個(gè)區域性寬帶衛星通信系統來(lái)解決衛星寬帶接入問(wèn)題是一種明智的選擇�；诖�，泰國的Shin衛星公司(SSA)在2005年正式發(fā)射了一顆寬帶通信衛星(IPSTAR-1)來(lái)提供區域性寬帶衛星通信業(yè)務(wù)。圖1給出了IPSTAR-1衛星的波束覆蓋圖，表1給出了該衛星及系統的主要技術(shù)特性[2]。從圖1和表1看到，該系統是一個(gè)區域性寬帶衛星通信系統，能夠解決亞太地區用戶(hù)通過(guò)衛星實(shí)現寬帶接入的問(wèn)題，當然其商業(yè)運作能否成功還有待時(shí)間的檢驗。
寬帶衛星通信系統的典型應用包括：娛樂(lè )(如視頻點(diǎn)播、電視分發(fā)、交互式游戲、音樂(lè )應用、流媒體等)、因特網(wǎng)接入(如高速因特網(wǎng)接入、多媒體應用、遠程教學(xué)、遠程醫療等)、商業(yè)(如視頻會(huì )議、企業(yè)對企業(yè)的.電子商務(wù)等)、話(huà)音和數據中繼(如IP話(huà)音、文件傳輸等)等。
有關(guān)統計分析指出，全球目前在衛星固定通信的4200多個(gè)標準轉發(fā)器中，視頻業(yè)務(wù)約占62%，數據業(yè)務(wù)占24%，話(huà)音業(yè)務(wù)下降到14%;而在業(yè)務(wù)收入方面，視頻業(yè)務(wù)占總收入的70%以上。因此可以認為，衛星視頻業(yè)務(wù)在今后一段時(shí)間內仍將是衛星通信的主要應用領(lǐng)域和發(fā)展方向，衛星寬帶通信尚處在發(fā)展的培育期。
1.3寬帶衛星通信系統需解決的主要技術(shù)問(wèn)題[3~7]
衛星通信內在的大覆蓋范圍、以廣播和組播模式工作的特性，使得它們能夠提供高速因特網(wǎng)連接和多媒體遠距離傳輸。但要發(fā)揮這些優(yōu)勢，除了人們所熟知的采用大型星載可展開(kāi)式天線(xiàn)和多波束相控陣天線(xiàn)、增大衛星功率和帶寬、使用更高效的星上電源系統、采用更先進(jìn)的高效調制和編碼技術(shù)等常規措施外，還有下列一些技術(shù)問(wèn)題需要解決：
1)寬帶衛星通信系統空中接口的標準化為了推廣應用、降低成本，采用標準接口是發(fā)展趨勢。目前美國電信工業(yè)協(xié)會(huì )(TIA)和歐洲電信標準學(xué)會(huì )(ETSI)分別對此規定了幾個(gè)標準的接口，表2給出了其中3個(gè)空中接口標準主要技術(shù)特性的比較。
2)星上處理及交換技術(shù)
為滿(mǎn)足用戶(hù)對傳輸時(shí)延、終端小型化、誤碼率等方面的要求，寬帶通信衛星采用星上處理和交換技術(shù)是一種比較好的解決辦法。傳統的通信衛星一般采用彎管式轉發(fā)器，衛星只是完成變頻、放大等基本功能，對信號不進(jìn)行任何處理。為實(shí)現波束間交換，可采用載波處理轉發(fā)器，衛星是以信號載波為單位在射頻或中頻上對信號進(jìn)行交換，但對信息內容不進(jìn)行處理。最適合寬帶衛星通信業(yè)務(wù)的是全處理轉發(fā)器，衛星不僅需要完成信號的解調、譯碼，還需要一定的信令處理和路由選擇能力，能實(shí)現信息的星上交換(比如星載ATM交換機)。
3)衛星IP(IPoS)技術(shù)
由于衛星信道具有較大的并且可能是可變的分組往返時(shí)延(RTT)、大的時(shí)延帶寬積、前/反向信道不對稱(chēng)使用、較高的信道誤碼率及信號衰落等。把為地面網(wǎng)絡(luò )設計的TCP/IP直接應用于衛星通信會(huì )導致其工作效率低下，需采取一些措施予以解決，比如，在協(xié)議上進(jìn)行改進(jìn)或對鏈路進(jìn)行分段，文獻[7]對此給予了詳細描述，并給出了許多試驗結果。
4)服務(wù)質(zhì)量(QoS)
保證用戶(hù)得到所需要的QoS是寬帶衛星通信業(yè)務(wù)成功的關(guān)鍵，包括以下幾個(gè)方面：
時(shí)延：把分組從發(fā)送方傳輸到接收方所需的時(shí)間;
時(shí)延抖動(dòng)：端一端傳輸時(shí)延的變化程度;吞吐量：2個(gè)端點(diǎn)之間能夠維持的最大數據傳輸速率;
丟包率：未成功傳輸分組數與總傳輸分組數的比例;
可靠性：網(wǎng)絡(luò )可用度的百分比，主要決定如降雨和大氣這樣的環(huán)境參數。
5）降雨損耗
目前，寬帶衛星通信系統主要采用Ka、Ku頻段以獲得較寬的可用帶寬和較小的地面站天線(xiàn)口徑，但這些頻帶的電波傳播特性受降雨衰耗的影響較大。根據實(shí)驗和實(shí)際應用的結果，采用上行鏈路功率控制(UPC)和自適應編碼調制可以基本解決這個(gè)問(wèn)題。比如NASA的ACTS衛星采用了RS碼和卷積碼級聯(lián)，晴朗天氣情況下，其誤比特率可達到10—12,有雨衰的情況下，至少99%的時(shí)間可以達到。
2衛星移動(dòng)通信系統的發(fā)展現狀及關(guān)鍵技術(shù)
2.1衛星移動(dòng)通信的基本概念
衛星移動(dòng)通信是指利用通信衛星作中繼站實(shí)現移動(dòng)用戶(hù)之間或移動(dòng)用戶(hù)與固定用戶(hù)之間相互通信的一種通信方式。它是傳統的衛星固定通信與地面移動(dòng)通信交叉結合的產(chǎn)物。從表現形式來(lái)看，它既是一個(gè)提供移動(dòng)業(yè)務(wù)的衛星通信系統，又是一個(gè)采用衛星作中繼站的移動(dòng)通信系統，所利用的衛星既可以是GSO衛星，也可以是NGSO衛星，如中等高度地球軌道(MEO)、低高度地球軌道(LEO)和高橢圓軌道(HEO)衛星等。
雖然世界上地面通信網(wǎng)絡(luò )已趨于完善，但受地理條件和經(jīng)濟因素的限制，地面蜂窩系統不可能達到全球無(wú)縫覆蓋。以我國為例，在偏遠地區，地面網(wǎng)絡(luò )的廣泛覆蓋仍然遙遙無(wú)期;在沿海島嶼眾多的地方，建設地面網(wǎng)絡(luò )非常困難;在發(fā)達地區的某些偏遠地方同樣沒(méi)有地面蜂窩網(wǎng)的覆蓋;野外勘探，飛機，遠洋運輸船只，遠離城市的旅游探險者，以及緊急搜索、救援人員等都需要一種不受地域、天氣限制的移動(dòng)通信手段;西部地區疆域廣闊，但多為荒漠和戈壁，人煙稀少，衛星移動(dòng)通信將顯示出獨具的優(yōu)勢;尤其是發(fā)生重大毀滅性自然災害的地區，地面網(wǎng)絡(luò )多數會(huì )遭到破壞，而衛星移動(dòng)通信可能是惟一幸存的通信手段。所以，衛星移動(dòng)通信是一種大有可為的通信方式，具有廣闊的應用前景。
需要指出的是，衛星移動(dòng)通信系統是作為地面蜂窩系統的補充而存在的，主要用于滿(mǎn)足低業(yè)務(wù)密度的應用環(huán)境。衛星波束如同能覆蓋許多個(gè)不同類(lèi)型蜂窩小區的“傘”，可用來(lái)覆蓋相鄰地面蜂窩網(wǎng)之間的縫隙、地面蜂窩網(wǎng)不能覆蓋的區域、為暫時(shí)過(guò)載的小區提供補充通信業(yè)務(wù)等。
2.2國內外發(fā)展概況
至今我國尚無(wú)自建的民用衛星移動(dòng)通信系統，國際上目前可以使用的衛星移動(dòng)通信系統主要包括：
1)對地靜止軌道(GS0)衛星移動(dòng)通信系統
提供全球覆蓋的衛星移動(dòng)通信系統有國際海事衛星(Inmarsat)系統;提供區域覆蓋的衛星移動(dòng)通信系統有北美移動(dòng)衛星(MSAT)系統、亞洲蜂窩衛星(ACeS)系統、瑟拉亞衛星(Thuraya)系統;提供國內覆蓋的衛星移動(dòng)通信系統有日本衛星(N-STAR)系統和澳大利亞衛星(Optus)系統等。其中波束覆蓋我國的系統有Inmarsat和ACeS。
國際海事衛星(Inmarsat)系統是由國際海事組織經(jīng)營(yíng)的全球衛星移動(dòng)通信系統。自1982年開(kāi)始經(jīng)營(yíng)以來(lái)，全球使用該系統的國家已超過(guò)160個(gè)，用戶(hù)從初期的900多個(gè)海上用戶(hù)已發(fā)展到今天包括陸地和航空在內的29萬(wàn)多個(gè)用戶(hù)。為了滿(mǎn)足不斷增長(cháng)業(yè)務(wù)的需要，已開(kāi)始發(fā)射第四代海事衛星。第四代衛星為1個(gè)全球波束、19個(gè)寬波束和228個(gè)點(diǎn)波束。提供用戶(hù)終端的衛星等效全向輻射功率強度為67dBW(點(diǎn)波束)，其IP業(yè)務(wù)最高速率可達432kbit/s，可應用于互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)多媒體、電視會(huì )議等多種業(yè)務(wù)。
2)非靜止軌道(NGSO)衛星移動(dòng)通信系統
提出的方案很多，真正發(fā)射組網(wǎng)進(jìn)行運營(yíng)的只有3個(gè)：銥(Iridium)、全球星(Globalstar)和軌道通信(Orbcomm)系統。銥系統是由美國Motorola公司提出的世界上第一個(gè)低軌道全球衛星移動(dòng)通信系統，其基本目標是向攜帶有手持式移動(dòng)電話(huà)的銥用戶(hù)提供全球個(gè)人通信能力。銥系統衛星星座由66顆低軌道衛星組成，軌道高度780km。銥衛星采用星上處理和交換技術(shù)、多波束天線(xiàn)、星際鏈路等新技術(shù)，提供話(huà)音、數據、傳真和尋呼等業(yè)務(wù)，用戶(hù)終端有單模手機、雙模手機和尋呼機。耗資59億美元開(kāi)發(fā)的銥系統于1998年11月開(kāi)始商業(yè)運營(yíng)，1999年8月13日申請破產(chǎn)保護。2000年12月新銥星公司成立，用2100萬(wàn)美元購買(mǎi)了投資近50億美元的銥星公司，2001年3月重新開(kāi)始提供全球通信服務(wù)。目前有超過(guò)12萬(wàn)用戶(hù)，并且以每月新增2000?3000個(gè)用戶(hù)的速度在增長(cháng)，在2003年上半年實(shí)現收支平衡。在1997年5月到2002年6月期間共發(fā)射了95顆衛星，其中11顆失效，4顆隕落，66顆工作，14顆在軌備份，能夠連續工作到2014年而無(wú)需發(fā)送額外的衛星。
【衛星通信技術(shù)的新發(fā)展論文】相關(guān)文章：
衛星通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢研究論文05-20
試論衛星通信發(fā)展論文05-31
衛星通信抗干擾技術(shù)發(fā)展趨勢研究論文05-20
我國通信技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展思考論文05-20
組織的新發(fā)展論文05-02