衛星移動通信發展現狀與未來發展研究

宋傳志

摘? ?要：與其他技術體制相比，衛星移動通信系統的最大特點就是可以為全球或區域范圍的移動用戶之間提供通信服務，如車輛、飛機、船舶甚至個人的通信，而且具有覆蓋區域更廣、不受地理障礙約束和用戶運動限制等優勢，所以越來越受到重視和歡迎。本文簡單介紹衛星通信系統，以及就目前衛星通信技術發展現狀進行描述，最后展望其未來發展趨勢。

關鍵詞：衛星通信? 現狀發展? 未來發展

中圖分類號：TN927.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）03（c）-0121-02

與其他通信技術相比，移動衛星通信技術具有通信距離遠、覆蓋地域廣、通信容量大、信道穩定、不受地理條件限制等優點。衛星移動通信系統的應用范圍非常廣泛，可以提供話音、數據、傳真、視頻等業務，既適用于國內通信，也可用于國際通信;既適用于民用通信，也適用于軍事通信。本文主要介紹衛星通信系統的組成、特點及發展現狀，從空天地海一體化通信、多種功能融合及5G衛星通信融合等探討未來發展趨勢。

1? 衛星通信系統

1.1 衛星通信系統的組成

衛星移動通信是指利用通信衛星作為中繼站，在移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間進行的通信，系統一般可以分為三大組成部分，包括空間段、地面段和用戶段。

空間段主要是指通信衛星，可以是地球靜止軌道衛星，也可以是中、低軌道衛星。作為中繼站，提供移動終端與信關站之間的連接。

地面段一般由信關站、網絡控制中心以及衛星控制中心組成，主要作用是將移動終端接入核心網、控制整個衛星通信網絡的正常運營以及衛星的管理與控制。

用戶段是指手持、車載、艦載、機載等不同移動平臺終端用戶。

1.2 衛星通信特點

（1）可以實現廣泛地域范圍的覆蓋通信，以及遠距離傳輸。地球同步軌道（GEO）衛星只需一顆，就能實現1萬多公里的超遠距離通信;使用3顆GEO衛星，就可以覆蓋地球表面除兩極緯度76°以上以外的地區。

（2）不受通信兩點間任何復雜地理條件的限制，無論是大城市還是邊遠山區、海洋島嶼，隨地可以通信。

（3）通信頻帶寬、傳輸容量大。衛星通信使用微波以上頻率范圍的信號實現星地通信，具有相當豐富的頻率資源，可以提供大容量傳輸。

（4）信道傳輸質量高、信息傳輸性能穩定。由于衛星通信傳輸鏈路，都是自由空間傳播的視距通信，傳輸損耗穩定并且可準確預算，多徑效應一般可忽略不計。

（5）通信設備的成本是與通信距離無關的，因而特別適于人類活動稀少地區以及遠距離的通信。

2? 衛星通信發展現狀

按照衛星通信軌道、覆蓋范圍等分類，比較有代表性的系統有以下幾個。

2.1 靜止軌道衛星通信系統

一顆地球靜止軌道衛星就可以實現1/3地球表面的通信，只要在地球靜止軌道上均勻放置三顆通信衛星，就可以實現除南北兩極以外的全球覆蓋，現已成為全球洲際及遠程通信的重要工具。對于區域移動衛星通信系統，采用靜止軌道一般只需要一顆衛星，形成一個區域性通信系統，該系統可以為其衛星覆蓋范圍內的任何地點提供服務，建設成本較低，因此應用廣泛。

2.2 中軌道衛星通信系統

中軌道衛星（MEO）通信系統由離地高度約10000km左右的衛星群（星座）構成移動通信系統，衛星一般采用網狀星座，運行軌道為傾斜軌道，用較少數目的中軌道衛星即可構成全球覆蓋的移動通信系統。由于降低了衛星軌道高度，可以避免高軌道衛星通信的缺點，從而能夠實現用戶移動終端設備的小型化。

2.3 低軌道衛星通信系統

與中高軌衛星通信系統相比，低軌衛星由于軌道的降低，使其具有空間傳輸損耗小、傳輸時延短以及研制周期短、發射成本低等無法替代的優點，衛星終端可以做到手機化，是實現全球個人移動通信的有效手段之一，現已成為移動通信衛星發展的熱點。比較具代表性的星座組網方案，國外有Iridium系統、Globalstar系統、Orbcomm系統、OneWeb系統和Starlink系統等，國內有“鴻雁”系統和“虹云”系統等。

3? 衛星通信未來發展趨勢

3.1 多種功能融合

目前，衛星移動通信系統的主要業務內容是面向全球或區域范圍內用戶提供話音、數據、短消息等移動通信服務。下一步，通過融合導航增強、多樣化遙感等多種技術手段，擴展衛星移動通信系統的服務功能，將能實現通、導、遙的信息一體化。這樣衛星移動通信系統終端在支持衛星移動通信的同時，還可以提供導航增強、航空監視和熱點信息廣播等服務。因此，下一代的衛星移動通信系統必將擴展它的業務范圍，實現多種功能的融合發展。

3.2 衛星激光通信

由于激光具備方向性強、單色性好、光功率集中、相干性強等特點，下一代的衛星通信還可以開辟全新的通信頻道，向著利用激光束作為通信鏈路的方向發展。用激光進行衛星間通信，使得衛星激光通信能夠具有傳輸速率高、可利用頻帶寬、安全性（可靠性）高、保密性強以及終端設備體積小、質量輕、功耗低等優點。通過發展小衛星星座間激光星間鏈路，可以解決現有通信容量有限的問題，用來支持大型節點的高速數據或國際干線間的超大容量信息傳輸。

3.3 海地空天一體化通信

在傳統地面移動網絡的基礎上，發展與深海遠洋通信（水下通信）和衛星移動通信（非陸地通信）的深度融合，擴展現有各類通信手段的覆蓋廣度和深度，實現海地空天一體化通信的目標。海地空天一體化網絡是以地面網絡為基礎、以空間網絡為延伸，覆蓋海洋、陸地、太空、空中等自然空間，為海基（海洋水下、遠洋船只、懸浮島嶼等通信網絡）、陸基（地面蜂窩網絡）、天基（衛星通信網絡）、空基（飛機、無人機等通信網絡）等各類用戶的活動提供信息傳輸的基礎設施，將具備泛在覆蓋、地面網絡依賴程度低、網絡彈性更高等特點，為用戶的信息傳遞提供不受時間、不受空間限制的海地空天四位一體的融合服務。

3.4 衛星通信與5G融合

5G網絡的部署給了衛星通信發展新的機會，作為實現5G網絡萬物互聯愿景中不可或缺的重要一環，衛星通信利用高、中、低軌組網可以實現區域乃至全球覆蓋。地面5G網絡與衛星移動通信系統相融互通，取長補短，地面第五代移動通信（5G）具備靈活高效的應用服務模式、巨大的用戶群體、完善的產業鏈等巨大優勢得以充分發揮，滿足用戶無處不在的多種業務需求，共同構建空天一體化的全球無縫覆蓋的綜合通信網。地面5G網絡與衛星移動通信系統融合后，可以通過衛星移動通信系統將地面5G網絡延伸到原先無法到達的山區、海島以及飛機、艦船上，為不同類型用戶提供經濟可靠的多樣化網絡服務。衛星移動通信系統還可以大幅度增強5G系統在移動平臺的服務支撐能力，可以為物聯網設備以及汽車、火車、輪船、飛機等移動平臺提供連續不間斷的網絡連接。利用衛星優越的廣播/多播能力，還可以拓展地面5G網絡的業務服務范圍，為網絡邊緣及用戶終端提供更加高效的數據分發服務。

參考文獻

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