衛星移動通信系統關鍵技術分析

樂恒志，楊文芳，王 璐

（91977 部隊，北京 100080）

0 引 言

隨著社會文明程度的提升，人們對移動通信服務的依賴性越來越強，對移動通信的質量要求越來越高，僅靠地面移動通信已經難以滿足現代化信息服務的需求。在這種情形下，發展衛星移動通信技術勢在必行。隨著人們的活動范圍不斷擴大，衛星通信以精確度高、覆蓋面廣的優勢在通信領域占據重要地位，逐漸成為未來通信發展的主流趨勢。

1 衛星移動通信系統概述

1.1 衛星移動通信系統的分類

衛星移動通信系統可以根據其應用環境進行分類，也可以按照技術手段進行分類。根據應用環境，可以分為海事衛星移動通信系統（Maritime Mobile Satellite System，MMSS）、航空衛星移動通信系統（Aeronautical Mobile Satellite System，AMSS）、陸地衛星移動通信系統（Land Mobile Satellite System，LMSS）。

海事衛星移動通信系統主要用于海上救援工作，可提高船舶管理水平和救援效率，有效提升海上通信服務質量，為用戶提供移動衛星業務（Mobile Satellite Service，MSS）。利用衛星作為中繼站，不但包括對地靜止衛星，還包括對地非靜止衛星，如中軌道衛星、低軌道衛星、高橢圓軌道衛星等。航空衛星移動通信系統主要用于飛機和地面的聯系。陸地衛星移動通信系統用于行駛在陸地上的車輛通信[1]。

1.2 系統優缺點對比

由于軌道的高度不同，衛星的數量、質量、體積不同，采用的技術手段也不同，導致低軌道衛星系統和地球同步軌道衛星系統的性能存在差異，如表1所示。

表1 系統性能對比

分析這2 種衛星移動通信系統可知，地球同步軌道衛星適合在人口密集的地區使用，低軌道衛星移動通信系統適合在全球范圍內建設。

2 衛星移動通信技術的應用

2.1 星上處理技術

星上處理技術通過數字化方式實現，優點是實時性強、資源利用率高、抗干擾能力強，缺點是技術成熟度不高[2]。目前，星上處理技術主要用于解決衛星移動通信系統的傳輸延時長、傳輸質量差、損耗多以及系統容量不足等問題。

根據我國衛星移動通信領域的發展現狀，由于低軌道衛星移動通信系統無法實現全球范圍的覆蓋，在實際應用中需要以星上處理技術作為輔助，從而實現全球范圍內的移動通信。

2.2 隨機接入技術

隨機接入技術屬于一種新興技術，隨著衛星移動通信技術的發展而發展起來。最初這項技術用于解決計算機資源局限性，讓一些分散的無線電通信站能夠自主訪問計算機。隨機接入技術的主要任務是實現信號的發送、傳輸、接收。隨著衛星移動通信技術的發展，隨機接入技術也在逐漸改進、完善，應用范圍愈發廣泛。接入系統是整個通信系統的重要組成，因此應加大對接入系統信號精確度的研究力度，提高整個系統的運行效率。

2.3 天線技術

衛星移動通信系統的發展經歷了一個漫長的過程。由最開始簡單的天線形式逐漸發展，逐漸出現標準的圓形簡單天線、反射器賦形的天線、多波束成型的大天線等。現階段，這些天線技術已經廣泛使用，主要用在地球同步軌道衛星系統，取得了良好的運用效果。例如，在Thuraya 系統中使用的12.25 m 口徑天線，能夠產生250 ～300 個波束。對于低軌道衛星系統，天線的設置主要有4 種形式，分別是正交天線、反射器賦形天線、單饋源天線以及雙柵天線。針對我國天線應用現狀，提高頻譜利用率的途徑有3 種，分別是利用天線的波束成形、多點波束蜂窩結構、智能天線技術。將其與多址技術相結合，能夠增強衛星通信能力[3]。

2.4 星間鏈路技術

星間鏈路技術是將相關衛星高效地與相鄰衛星建立聯系，屬于一種通信鏈路技術。該技術可以將星座中的衛星連接成一個整體，采用這種模式能夠促使系統內的用戶通信鏈路擺脫地面通信的支持。簡而言之，應用星間鏈路技術能夠有效增強衛星移動系統運行中的抗損害能力和抗干擾能力，促使衛星移動通信系統的實際覆蓋范圍得到拓展。例如，低軌道衛星移動通信系統的覆蓋范圍較小，一般情況下無法建立地球通信站，將星間鏈路技術應用其中則可以實現對衛星的控制，也可以將星間鏈路連接到地面通信網絡。現階段，使用星間鏈路技術的是低軌道衛星移動系統中的銥系統（Iridium），主要以2 種形式實現通信，分別是激光通信、微波通信。微波通信模塊的組成如圖1 所示。

圖1 微波通信模塊組成

微波通信技術在實際應用中存在一定的局限性，如受頻帶寬度和體積的影響，無法最大限度提升傳輸的速率。激光通信的優勢是潛在容量較大，能減小衛星荷載的體積和質量[4]。現階段使用激光通信能實現廣域大跨越單跳連接，有效避免通信延時，與微波通信相比更有優越性。但是激光通信也有局限性，其在使用過程中需要控制衛星姿態，確保衛星處于安全穩定的狀態，否則會造成通信中斷。

3 衛星移動通信技術的未來發展

3.1 我國衛星移動通信技術的發展

分析我國衛星移動通信系統的發展現狀可知，衛星鏈路大部分采用L/S 波段，未來發展的重點將轉向自主研發衛星移動通信系統。衛星移動通信系統受自身容量和便捷性的限制，應用范圍有限，難以和現有的移動通信系統相媲美。從成本、技術以及市場發展角度來看，我國對衛星移動通信系統的態度應以區域覆蓋為主，鞏固和加強地面移動通信系統的主體地位，促使兩者相互促進、相互協調。同時，應充分利用低軌道衛星移動通信系統和地球同步軌道衛星的特點，發展小型移動性和便捷性終端設備，并確保它們能提供清晰的語音服務[5]。

3.2 衛星移動通信技術的應用前景

在我國科學技術不斷發展的背景下，衛星移動通信技術逐漸成熟。在未來的通信領域發展中，衛星移動通信技術具有廣闊的前景。

3.2.1 衛星系統獨立建網

衛星系統獨立建網主要是擺脫衛星移動系統對地面移動通信系統的依賴性，直接為用戶提供通信服務。這樣不但能為軍事領域的通信提供支撐，還能在危難時刻為受災地區的救援提供便利[6]。

3.2.2 與地面網絡的融合

未來可以進一步加強衛星移動通信和地面通信的緊密性，從網絡融合、設備融合發展到系統融合。這將使衛星移動通信系統能夠實現與地面移動通信系統之間的功能切換，為用戶提供更加全面、便捷的通信服務體驗。

3.2.3 業務多樣化

衛星移動通信系統的業務多樣化是未來發展的重點方向，不僅需要與地面移動通信系統建立聯系，還要與海陸空等領域建立通信聯系，構建一個立體的通信網絡。

3.2.4 個人移動衛星通信

衛星移動通信具有覆蓋面廣、通信質量好、傳輸時效性強等諸多優勢，對于保障作戰通信具有良好發展前景。此外，它在惡劣環境下能實現正常通信工作，在應急通信方面至關重要。在平時，衛星移動通信可以作為地面移動通信服務的補充。個人移動衛星通信通過衛星信號實現個人手持設備之間的通信，具有全球覆蓋、通信距離遠、信號穩定等優點，廣泛應用于航空航天、海洋等領域的通信。個人移動衛星通信系統主要由衛星、地面站以及手持設備3 部分組成。衛星負責在空間中傳輸信號，地面站負責接收和發送信號，手持設備則是用戶端，可以實現與其他個人或設備的通信。

3.2.5 與5G 技術的融合

5G 技術具有網絡設備拓展速度快、網絡消耗能量少、利用率高以及可靠性強等優勢，是對4G 技術的延伸，能夠提高無線覆蓋性能，豐富用戶的體驗，提升使用安全性，是未來發展的主要趨勢。衛星移動通信技術可以將5G 技術和自身相融合，找到兩者的交叉點，利用5G 技術助力衛星移動通信系統的發展，促使我國的移動通信事業蓬勃發展。

4 結 論

衛星移動通信技術的逐漸成熟，標志著我國在航天領域的探索取得重要進展。雖然目前我國的衛星移動通信技術已經取得許多成就，但是在部分領域仍存在不足，部分核心技術需進一步完善。衛星移動通信技術前景廣闊，其高效、可靠、覆蓋范圍廣的優勢將為未來通信領域帶來更多可能性。未來，衛星移動通信技術將進一步優化通信協議和頻譜利用技術，提高數據傳輸速率和頻譜利用率。同時，結合高精度衛星導航和定位技術，提供更加優質的服務體驗，滿足更多領域和場景的需求。