現代衛星通信系統概述

石林

摘要：隨著衛星通信在全世界的普及，本文從基本理論角度概述現代衛星通信系統的特點及其前景。衛星通信由于具有覆蓋面積大、不受地理條件限制等特性，在通信發展的過程中日益受到人們的重視。衛星系統作為一種新興的技術與業務手段，無論從越洋通信至區域、國內乃至個人通信，還是從GEO/MEO/LEO的固定、半移動、移動通信，DBS/DHT/DAB廣播，DVB-IP多媒體，GPS/RNSS/RDSS導航定位，直至GMDSS應急援救，RSS遙感乃至氣象、地震預報、遠程醫療、教育、空間探測，科學試驗等各行各業的各類應用，21 世紀的衛星通信正在向一個新的水平攀升，寬帶化、數字化、IP 化、個人化、服務綜合化以及低成本化是衛星通信需要達到的理想目標。

關鍵詞：衛星通信技術;GPS;傳輸;天線

一、衛星通信的發展

衛星通信的設想最早由Arthur C.Clarke于1945年在英國的無線電雜志Wireless World上發表的一篇文章提出。1965年世界上第一顆對地靜止衛星“晨鳥”號開始提供跨大西洋的電話業務，實現了20年前Clarke的預言。此后衛星通信獲得突飛猛進的發展。

20世紀70年代和80年代，提供越洋電話以及電視轉播業務的衛星系統發展迅速。Intelsat巨大的商業成功使得許多國家開始投資建設自己的衛星系統。

20 世紀 90 年代以后，人們開始開發能夠提供移動通信的衛星系統，主要實現方案有兩類：一類是由單顆或多顆大功率、大增益天線的對地靜止軌道衛星組成的衛星系統;另一類是由多顆低軌道或中軌道衛星組成的衛星系統。除此之外還有少數由橢圓軌道衛星組成的衛星系統。

二、衛星通信的特點

衛星通信簡單地說就是地球上（包括地面和低層大氣中）的無線電通信站間利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信系統由衛星和地球站兩部分組成。

衛星通信是現代通信技術的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術的基礎上發展起來的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動通信等通信方式相比，衛星通信具有下列特點：

（1）衛星通信覆蓋區域大，通信距離遠。

（2）衛星通信具有多址聯接功能。

（3）衛星通信頻段寬，容量大。

（4）衛星通信機動靈活。

（5）衛星通信質量好，可靠性高。

（6）衛星通信的成本與距離無關。

但衛星通信也有不足之處，主要表現在：

（1）傳輸時延大。

（2）回聲效應。

（3）存在通信盲區。

（4）存在日凌中斷、星蝕和雨衰現象。

三、現代通信系統中的關鍵技術：

（一）數據壓縮技術

數據壓縮技術在數據處理領域已相當成熟。靜態和動態的數據壓縮均可為通信系統在時間、頻帶、能量上帶來高效率。

（二）智能衛星天線系統

由于傳送多媒體信息的需要，通常要求通信系統的帶寬在2500MHz以上，多媒體通信系統因此選擇了Ku甚至Q和V波段。但K以上波段雨衰相當嚴重，而衛星功率亦受限。因此，研究智能高性能天線非常必要。

（三）寬帶IP衛星通信技術的研究

為了使衛星通信能夠適應互聯網的需要，寬帶IP衛星通信技術的研究進一步加快。ITU-R第四研究組于1999年4月就在瑞士日內瓦舉行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4會議。在WP4B會議上，IP和多媒體技術在衛星中的應用作為新技術課題提案獲得了通過，對寬帶衛星通信系統的發展具有重要影響。參加這次大會的有關人士認為：IP很有可能成為未來的主要通信網絡技術，大有取代目前占主導的ATM技術的勢頭。

（四）新型高效的數字調制及信道編碼技術

目前，應用較成熟的有正交頻分復用多載波調制技術（OFBM）和16-QAM調制等。在信道編碼上，可結合天線分集技術采用定時格碼中的定時塊碼、Reed-Solomon碼，亦可采用Turbo乘積碼TPC技術。

（五）全球衛星定位系統（簡稱GPS）

GPS是一種結合衛星及通訊發展的技術，利用導航衛星行測時和測距。經過近十年我國測繪等部門的使用表明，全球衛星定位系統以全天候、高精度、自動化、高效益等特點，成功地應用于大地測量、工程測量、航空攝影、運載工具導航和管制、地殼運動測量、工程變形測量、資源勘察、地球動力學等多種學科，取得了好的經濟效益和社會效益。

四、衛星通信系統類型：

（一）低軌道（LEO）衛星系統：

利用低軌道衛星實現手持機個人通信的優點在于：一方面衛星的軌道高度低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效;另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障。因此，LEO系統被認為是最新最有前途的衛星移動通信系統。

（二）銥（Iridium）衛星移動通信系統：

銥系統是美國Motorola公司提出的一種利用低軌道衛星群實現全球衛星移動通信的方案。銥系統的基礎結構和基礎處理均在星上，蜂窩區隨著地球自轉而快速掃過地球表面。銥系統的越區交換是小區跨越用戶移動，而不是用戶跨越小區，這點與陸地移動通信系統不一樣。可惜由于種種原因，最后銥系統功虧一簣，宣告破產。

（三）全球星（Globalstar）系統：

全球星系統以高技術、低成本作為設計思想的。全球星系統是作為地面蜂窩移動通信系統和其他移動通信系統的延伸，與這些系統具有互運行性。它還是一個類似于無繩電話的無線電話系統，但其服務范圍不受限制，同一手持機就可以在世界上任何的地方、任何時間與任何地方的用戶建立可靠、迅速、經濟的通信聯絡。

五、衛星通信系統發展前景

近年來衛星通信新技術的發展層出不窮。例如甚小口徑天線地球站（VSAT）系統，中低軌道的移動衛星通信系統等都受到了人們廣泛的關注和應用。衛星通信也是未來全球信息高速公路的重要組成部分。它以其覆蓋廣、通信容量大。通信距離遠、不受地理環境限制、質量優、經濟效益高等優點，1972年在我國首次應用，并迅速發展，與光纖通信、數字微波通信一起，成為我國當代遠距離通信的支柱。

進入21世紀的信息全球化及全球巨大的個人多媒體通信流量與無縫隙覆蓋需求，注定了無線寬帶應用，包括各類衛星手段，將會發揮其愈來愈重要的戰略作用。而各類衛星系統的重要特征，涵蓋在下述三個方面：首先在于它在未來全球/區域/國家信息社會中的一系列獨特特征與作用;它對各行各業、各類實際應用的廣泛性與普遍性;以及它在未來寬帶無線演進中通用無線接入及WWAN、WMAN、WLAN與WPAN等各類綜合業務應用，服務內涵中不可缺少的互補支持作用：

參考文獻：

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