基于Ka波段的衛星寬帶接入技術

范翔

【摘要】 衛星通信在上世紀80年代就被用于民航客機，早期工作于L波段的衛星通信只需滿足機上ACARS系統與空地語音通話功能，他們對于帶寬的要求相對較低。但是隨著寬帶技術的飛速發展，人們對于網絡的需求也無處不在，因此對于民航客機的衛星通信服務不再僅僅局限于服務機組，更多的是為廣大旅客帶來經濟高效的寬帶接入服務。

【關鍵字】 衛星通信 無線網絡 接入

一、機載衛星通訊系統應用領域

客艙內無線網絡系統通過機載衛星通信系統與基于Ka波段的同步軌道衛星建立數據鏈接，衛星與地面衛星基站保持數據鏈接，這樣就形成了客艙內無線系統與地面的數據傳輸鏈路。

對于遠距離飛行的客機而言，可能需要多部同步軌道衛星進行轉發數據來完成客機與地面服務器間的數據傳輸。這套系統不僅可以為機上的旅客提供互聯網接入服務外，也可為飛機的其它重要系統提供額外的信息備份。

二、基于衛星的機載無線網絡組成及技術特點

基于衛星的機上無線網絡系統主要由機載服務器、機載衛星天線、無線AP、無線網絡控制器組成。在機艙上部安裝有衛星天線和射頻系統，在機艙內安裝一個用于接受衛星信號的調制解調器和機載服務器，艙內無線寬帶系統是由分部客艙的無線AP和無線控制器組成，將互聯網接入機艙，從而支持乘客使用便攜式終端接入互聯網。

飛機到地面的通信通道：機載衛星系統通過Ku波段與上空同步衛星建立通信，然后衛星通過轉發或者直接發送信息至中國本土基站，進行數據處理后轉發至運營商服務器，最后接入互聯網。

三、基于Ka波段衛星通信的特點

1.采用高階調制技術。基于Ka波段的衛星系統一般使用QPSK、8PSK、16APSK、32APSK等高階調制技術。該技術有高頻帶利用率以及高傳輸速率的特點。

2.DVB-S2標準利用。DVB-S2相較DVB-S占用的衛星資源約少3-4成。

3.運用蜂窩狀多波束特征天線。多波束蜂窩覆蓋天線可以提高衛星的頻道效率、有效輻射功率、系統接收性能和容量等。

4.星上使用功率動態分配器。對業務量大或者雨衰情況明顯的區域加大發射功率。

5.采用透明轉發器或處理轉發器。

6.高效的抗雨衰技術。雨衰現象在Ka這種波段上相對顯著，為徹底處置限制Ka波段對應衛星通信過程中的雨衰情況，運用控制上行/多波束功率、自適應、分集接受等多種技術，以便減少雨衰造成的影響。從當前實際運用而言，下列技術顯然能夠更好處理雨衰現象：

1）控制上行功率的AUPC技術

衛星站將雨衰情況考慮在內，適當的保留了一些上行功率，并且持續關注上行鏈路上是否有雨衰現象，如果發現有雨衰導致的信號衰落，則增大相應上行鏈路的發射功率，使衛星的接受電平處在一定的合理區間以內，保證衛星地面站與衛星的通信質量。

2）自適應技術

ACM——自適應編碼和調制。根據天氣狀況自動設定編碼格式。VCM——可變編碼和調制。若處于單模式時，衛星沒有收到回傳信號（測試用）時，本技術將無法啟動，但可針對具有固定編碼、施行調制業務可運用。DLA——動態鏈路自適應技術。根據鏈路信號情況改變調制/編碼的格式，以便動態消除雨衰冗余。

Ka波段將逐漸成為太空通信技術的主流，并且已經有不少國際衛星公司都開始著手開發基于Ka波段衛星的科研項目和相關業務。將來在民航客機上采用基于Ka波段衛星的數據交互技術不僅能夠擁有高帶寬，高吞吐量的優勢，還能獲得較高的有效輻射功率值，減小終端天線尺寸，從而給航空公司的無線上網業務提供更多支持。

四、抵消機載衛星通信的多普勒頻移技術

飛機的高速飛行會產生多普勒效應，因此伴隨多普勒頻移量來改變接收設備頻率，使其提供的補償量與頻率漂移量應該盡量保持一致，只有這樣輸出信號（中頻）的頻率才會較為穩定，達到抵消多普勒效應的作用。

依照接收信號設備檢測所得多普勒頻移和波動率，便能夠用已經得知的收發頻率比經過計算求解發出頻率的補償需求，隨后調整發射設備本振信號，使得頻率改變達到提前補償多普勒頻移的目的。

通過上述手段調糾頻移的關鍵在于實現多普勒頻差的精準預估，預估此頻差的方法通常有兩種：

第一種，開環檢測法，本方法充分運用多種傳到設備（機載ADIRU，GPS等）得到其載體運動的實時姿態、所處位置等參數，再經與地球軌道同步的衛星、飛機位移（相對）、信號頻率等數據完成建模，并初略核算出頻移；

第二種，導頻跟蹤法，本方法利用接收設備密切跟蹤某一確知其頻率的載波，通過對比載波和設備所得頻率之間差值，求解通信點位頻移大小。

五、 結論

基于Ka波段的衛星寬帶接入技術將逐漸成為跨洋航班的上網解決方案，我國民航班機也將利用我國自主發射的Ku/Ka衛星網絡實現互聯網接入，并覆蓋大部分跨洋航線，通過飛機上機載接收機將衛星信號轉化成機艙內的Wifi信號，讓乘客在飛行中也可以享受接入互聯網服務。