淺談衛星通信技術的發展

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淺談衛星通信技術的發展:衛星通信技術發展概述

摘要：本文介紹了衛星通信的基本概念、分類、特點以及應用，并在梳理國內外學者的研究成果及文獻資料的基礎上進行了成果展示，以期對以后衛星通信的研究提供一些思路和借鑒。

關鍵詞：衛星通信；發展現狀；概述

一、衛星通信概述

衛星通信是一種微波中繼通信，作為中繼站，與發、收信地球站共同組成衛星通信鏈路。

目前的衛星通信系統，主要有固定業務的衛星系統(FSS)，移動業務的衛星系統(MSS)，和廣播業務的衛星系統(BSS)，它們的組成部分不全都是相同的。一般的衛星通信系統是由空間階段和地面階段兩個范圍組成的，其中控制和管理衛星的檢測站包含在空間段部分內。

衛星通信是指航天器與地球站之間或者地球站相互之間借助通信衛星轉發器而進行傳輸的無線電通信,它主要涵蓋衛星移動通信、衛星固定通信、衛星中繼通信和衛星直接廣播等四大領域。衛星通信技術是現代通信技術不斷發展的重要成就,也是航空航天技術運用到實踐中的重要方面。它具有容量大、覆蓋面廣、頻帶寬、穩定性靈活性強等優點。四十多年以來,它在國際國內通信、軍事民用通信等領域得到了比較廣泛的應用。

衛星通信網絡是指通過人造地球衛星作為傳播無線電波的中繼站，從而達到兩個及其以上的地面站之間進行相互通信的網絡。其中，地面站也稱為地球站，是指設置在在地球表面上的通信站點。通信衛星起到了一個傳輸無線電波的作用。衛星通信網絡按照轉發時間的長短，可分為立即轉發式通信網絡和延遲轉發式通信網絡。當衛星的運行軌道處在低軌道運行時，相對地面站來說，需要進行遠距離的實時的通信，這時除了采用延遲轉發方式之外，同時也可以利用多顆低軌道運行的衛星進行轉發，這種網絡就是一般所指的低軌道移動衛星通信網絡。

二、國外衛星通訊技術發展概述

近年來，國外的衛星通信技術無論是在軍事還是商業領域都有了長足的發展，有新型質量高、功率大、壽命長的衛星不斷發射升空。目前世界最先進的衛星通信技術仍然被包括波音、勞拉、洛馬、阿爾卡特以及休斯等美國和歐洲的幾大實力雄厚的衛星制造商所掌握。歐洲為了縮短與美國的差距，正在努力研制新一代的大型通信衛星平臺阿爾法艙。俄羅斯則是通過與歐洲和日本的國際合作的方式來大力推進本國衛星通信技術的發展。

毋庸置疑，美國是目前世界上通信衛星技術水平最發達的國家，其通信衛星技術發展計劃已經進行了很長時間，并且在軍事、商業等領域都已經形成了系列化的技術先進的衛星產品。目前其通信衛星計劃主要包括美國國防部的轉型衛星通信系統(TSAT)計劃、空軍寬帶填隙衛星(WGS)計劃和先進極高頻(AEHF)衛星計劃以及海軍移動用戶目標系統(MUOS)計劃等。

在歐空局公布的未來通信衛星發展計劃中，計劃在2001-2010年間將逐步提高16-30kw的衛星比例，計劃達到30%，而8-16kw的衛星比重達到40%，這些成果目前已經基本完成，這標志著歐洲通信衛星向著超大功率的方向不斷發展。

俄羅斯于2006年公布了《俄聯邦2006-2015年航天規劃》，計劃在這10年中，俄羅斯計劃將與歐洲和日本聯合建設并發射13顆通信衛星，其中的8顆則是屬于快訊系列衛星。

在俄羅斯公布的一份關于俄羅斯通信業發展的報告中，俄羅斯的航天局對其未來10年（2010-2020年）通信衛星技術的發展趨勢進行了預測。其內容大致包括以下：要掌握微波波段和光學波段技術進行相關項目；構建小型和中型衛星的低速率網絡；寬帶衛星通信利用大型衛星；在通信衛星上進行全部的信號處理；大力提高太陽電池的轉化率。

三、國內衛星通訊技術發展概述

近些年來隨著科技技術的發展，現代小衛星技術取得了長足的進展，這對我國航天技術發展和衛星技術的應用提出了更高的要求，國內的一些科技公司如中科院下屬的所和廠、中國航天科技集團以及國內的許多大專院校如清華大學、北京大學、哈爾濱工業大學、成都電子科技大學等研究人員都對航天編隊飛行星座系統的項目進行了大量的研究，其中有的對航天編隊飛行星座系統提出了初步設想，并進入了專題項目的研究階段，有的已經取得了明顯的成果，如編隊衛星的跟蹤切換技術，激光終端機、單片微波集成接收機等問題已在實驗室中得到很好的解決了，但這些與國外發達國家如美國、俄羅斯的星間通信技術相比，仍有不小的差距。

目前國內在這方面取得的比較明顯的成果主要有以下幾個方面：2004年4月19日，由哈工大牽頭研制的“試驗衛星一號”成功發射，并搭載了一顆科學實驗小衛星“納星一號”?！霸囼炐l星一號”主要用于資源測量和環境監控，它是我國成果研制的第一顆傳輸性立體的測繪小衛星。而“納星一號”是我國研制的首顆納型衛星主要用于研究開發納型平臺測試和進行航空航天的高技術演示。

由中科院上海小衛星工程部進行的“創新一號”衛星研究項目中，以星上計算機一體化設計、低軌小衛星擴頻通信等關鍵問題的解決為重點，并進行低軌道小衛星之間數據通訊的關實驗，以解決存儲轉發通信的問題。

哈爾濱工業大學以解決星間激光通信和衛星編隊飛行而進行的雙星編隊飛行項目也取得了很大進展。

淺談衛星通信技術的發展:衛星通信技術發展應用

摘 要：本文介紹了衛星通信的基本概念及相關技術，重點介紹衛星通信技術在中海油應用領域上的發展以及小站衛星通信方式的應用。

關鍵詞：衛星通信；海上石油衛星；VSAT；自動跟蹤

0 引言

20世紀90年代初，從中海油開始建立第一個衛星端站至今，已經有超過20年的衛星通信技術應用。目前，已經形成了以湛江、天津、深圳、上海這4個中心站點為核心的網狀網絡，且已經具備了鏈路相互備份功能。

1 衛星通信在中海油的發展

1.1 TES衛星系統

TES（TelephonyEarthStation）是基于衛星的全數字話音和數據通信的網狀網，它在多個地球站之間提供網狀連接，支持系統內任意地點遠端站之間的電話、同步、異步數據通信，TES系統在中海油的應用主要用于話音與數據傳輸。運用的是C波段衛星的頻分多址方式FDMA實現與地面站間的通信，使用四相相移鍵控QPSK或二相相移鍵控BPSK調制方式，信道編碼采用編碼效率為1/2或3/4的前向糾錯FEC。TES是中海油海上平臺初期使用的一種主要的衛星通信方式，主要承載的業務為話音業務，所使用的衛星資源前期以亞洲3號衛星為主，后來轉至鑫諾1號衛星。

1.2 VSAT衛星系統

VSAT衛星通信系統的地面部分由中樞站、遠端站和網絡控制單元組成，中樞站的作用是匯集衛星來的數據然后向各個遠端站分發數據，遠端站是衛星通信網絡的主體，VSAT衛星通信網就是由許多的遠端站組成的，一般遠端站直接安裝于用戶處，與用戶的終端設備連接。VSAT衛星通信系統是中海油海上平臺主要的衛星通信應用方式。此系統的特點是天線口徑小、靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接裝在用戶端等特點，利用VSAT用戶數據終端搭配復用器使用，可同時承載話音業務和數據業務。VSAT衛星系統主要配合Netperformer系列復用器使用，Netperformer系列復用器使用了信元中繼cellrelay技術，將語音流和數據流分割為特定的信元cells，然后將不同業務類型的信元cells復用到單一的物理或邏輯鏈接上，根據對時延的敏感程度不同對業務進行分類，并賦予不同的傳輸優先級，能有效保證話音業務質量，為中海油的海上平臺及移動船舶提供穩定的話音及數據業務。目前中海油主要使用的是中星10號的衛星的轉發器來承載衛星話音及數據業務。

1.3 STARWIRE衛星網管系統

STARWIRE系統在網管NCS的支持下可提供PAMA，DAMA等業務，使用了先進的PCMA載波疊加專利技術，能有效地節省衛星轉發器帶寬。主要由NCS網管系統、ST用戶終端、衛星三部分組成。STARWIRE衛星網管系統是第三代按需分配的衛星通信系統，終端設備內置路由功能，直接支持先進的IP網絡互聯業務。NCS網管通過控制信道監控ST的工作，ST之間通過控制信道FOW/ROW建立業務信道。中海油下屬的4個中心站點通過STARWIRE網管系統能夠有效管理所屬轄區內的衛星小站。相對于早期衛星通信技術應用，NCS系統能夠更加有效地對小站進行管理，節省衛星資源帶寬。

1.4 SKYEDGEⅡ衛星網管系統

SKYEDGEⅡ衛星網管系統是一個雙向衛星通信系統，由兩個方向的傳輸構成：入境基于DVB-RCS標準，采用MF-TDMA技術對資源進行預約分配減少數據碰撞；出境基于DVB-S2標準，支持CCM及ACM工作模式，可用于單播和組播數據、VoIP、ABIS等業務數據。系統主要由衛星主站、衛星/轉發器、遠端站三部分組成。SKYEDGEⅡ支持三種基本網絡拓撲結構星型、網狀、多星狀。SKYEDGEⅡ衛星網管系統是目前中海油主要使用的衛星通信系統，利用此網管系統，將中海油的4個海上衛星中心站進行整合，形成了統一的大網管系統，對各中心站點進行鏈路互備，形成一個完整的多功能衛星網管系統。

2 衛星通信技術在中海油的應用形式

2.1 海事衛星A/C/F站的應用

海事衛星共有4顆衛星覆蓋全球海洋，它們分別是大西洋西區、大西洋東區、印度洋區、太平洋區。海事衛星A站于2007年底正式停止運營，中海油海上船舶與移動式鉆井平臺目前以C站、F站為主要的應用。

2.2 固定天線式的衛星通信應用

固定天線式衛星通信主要應用在中海油海上固定式采油平臺、自升式鉆井平臺以及陸地端站上，是一種常規的衛星通信應用。固定式采油平臺及自升式鉆井平臺主要以3.7米C波段的衛星天線為主，Ku波段衛星天線為輔。衛星中心站使用的是大口徑衛星天線來承載衛星通信業務。固定天線式在中海油是最早的衛星通信應用，也是中海油目前最成熟的衛星通信應用，中海油內曾使用直徑為12米的衛星天線作為衛星的主站使用。

2.3 半自動跟蹤天線式的衛星通信應用

半自動跟蹤天線主要應用于中海油自升式鉆井平臺，天線以C波段的半自動跟蹤天線為主。由于工作環境需求，自升式鉆井平臺需要經常更換鉆井位置，期間鉆井平臺需要拖航至新的目的地，使用固定式衛星天線則需要經常性地對天線的方位及俯仰進行調整，且拖航期間無法使用。采用半自動跟蹤天線可以在拖航期間自動尋星，主要缺點是無法360度旋轉，實現不了全自動跟蹤，有時需要人工進行干預。

2.4 自動跟蹤天線式的衛星通信應用

自動跟蹤天線C波段主要以美國的SEATEL的97型全自動跟蹤天線以及西安盤古通信技術有限公司的全自動跟蹤天線為主；Ku波段主要以SEATEL的4006自動跟蹤天線以及國內的一些動中通天線為主。中海油海上半潛式鉆井平臺一般以C波段的自動跟蹤為主要的衛星通信，南海9號鉆井平臺所使用的自動跟蹤天線衛星系統經過測試能夠提供4Mb/s以上的鏈路帶寬。Ku波段的自動跟蹤天線主要應用與海上的移動船舶，包括拖輪及勘探船，這些移動船舶受限于天線的安裝場地要求，而且對鏈路帶寬要求不大，Ku波段的自動跟蹤天線的應用非常適合在這類環境使用。

3 結語

衛星通信技術在中海油海上平臺及移動船舶上有著超過20年的應用，從早期的TES小站的話音應用，到現在的多功能SKYEDGEⅡ網管系統的多業務綜合應用，中海油在衛星通信應用方面已經覆蓋了C、L、Ku等波段。隨著中海油向深海發展，衛星通信技術將在中海油海上勘探、開發、生產方面發揮著重要的作用。

淺談衛星通信技術的發展:衛星通信技術發展研究

摘要：

隨著衛星通信技術的不斷發展，衛星通信系統不僅為航天技術提供了強有力的科學支持，還因其具有頻帶寬、覆蓋面大、容量大等優勢，還被應用到了很多其他的領域之中，并起到了非常好的效果。所以文章對衛星通信技術的發展進程和應用實例進行分析和研究，希望衛星通信技術未來能得到更大的發展。

關鍵詞：

衛星信息技術；發展趨向；應用研究

0引言

衛星通信系統是地球站與航天器之間或者地球站與地球站之間所建立的，通過信號的轉發而進行的無線電通信方式，一般情況下包括衛星移動通信、衛星中繼通信、衛星固定通信與衛星直接廣播四個方式。

1衛星通信技術的發展

1.1衛星通信系統的網絡發展

衛星通信系統的實現是由網絡的形式進行服務的，它在現代的發展中一般可以分為兩類，第一類的組成方式是多星形式的衛星通信網絡；第二類的組成方式是單星形式的衛星通信網絡。其中衛星通信網拓撲結構的發展十分迅速，因此以單星的組成方式為例，來對具體的發展情況進行介紹。通過結構圖我們可以發現，最早使用的結構為星狀網的結構，然后經過了網狀網、網狀與形狀混合網、地面通信鏈路與衛星通信鏈路的混合網，由此可以看出，在單星組成的衛星通信網拓撲結構已經得到了很大的進步[1]。多星組成衛星通信網絡可以提供國際移動式通信的業務的海事衛星系統和國際固定通信業務中的國際衛星系統兩種。這兩種系統分布在全球所有的輔助地面線路和地球站之中，這些系統之間還建立了比較全面的星間鏈路。

1.2衛星通信線路頻段的發展

衛星通信線路頻段的發展中最早所利用的商用通信衛星通信頻段就是C頻段，通過技術的發展，向上擴展到Ku、X和Ka頻段之后，又向下擴展到L、S、VHF和UHF頻段[2]。在以后的發展中還會拓寬到V頻段或者其他更高的頻段，另外，還有可能會利用激光的形式。衛星通信饋電線路是指衛星間通信線路、上行站、關口站與中心站。由此可見，當線路的頻率提升的時候，可用帶寬就會變大，傳輸容量會隨之提高，這一方式比較容易適用在多媒體通信進而高速率數據傳輸之中，如果頻率增加，波束寬度不變，天線尺寸如果變小，那么它的重量也會越輕。通過銥星衛星移動通信系統就，能夠將地球上的任意兩點形成同心，實現的方式是利用星間的線路。

1.3衛星通信體制的發展

衛星的通信體制在近年來也得到了比較快速的發展。體制的改變就是衛星通信系統的工作方式發生了一定程度的進步和改變。例如衛星通信中所使用的信源編碼方式、信號傳輸方式、信號交換方式、基帶信號傳輸方式、基帶信號多路復用方式、信號調制方式、差錯控制的方式、多址方式、交換方式、信道方式和信號處理方式等等，這個結構呈現一種比較復雜的模式，所以用戶會有很多種的選擇方式。基帶信號多路復用方式中分為：時分多路復用和頻分多路復用兩種方式，基帶信號傳輸方式中分為：多路單載波與多路單載波。通過對衛星通信體制工作方式的具體介紹，可以分析出衛星通信體制具有很強的先進性，它在進行通信的過程中可以有效的節省射頻信號的功率和帶寬，還能夠有效的提升信號傳輸的可靠性和質量。所以經過不斷的更新和變化，如今的衛星通信體制的標準主要是產品的生產商和衛星運營商所指定的具體標準，而行業標準與國家標準還比較模糊，在生產的標準上沒有一個完全統一的標準，所以在這種情況下，可以對國外比較先進的調制和編碼技術進行借鑒，有效的改善編碼的調制，讓微信通信的技術適應更多種的實際工作模式。在這一目標上，近年來的嘗試也得到了一定的發展成果，例如互聯網的接入、交互電視、VoIP業務和高清晰度電視等等，其中DVB-S2通信體制的結構就有效地使用了比較先進的編碼等技術方式。

1.4衛星通信中星座和軌道的發展

在衛星通信軌道的發展中最早是使用單星的靜止軌道進行工作的，隨著技術的不斷發展，微信通信的軌道已經從靜止的軌道變為多種軌道的衛星工作，并在工作中組成星座的形式。所以在目前的衛星通信軌道為大橢圓軌道、靜止軌道和低軌道三種并存。其中大橢圓軌道在組網的過程中的衛星系統主要是由三顆天狼星組成，并對全時區域進行了覆蓋。這一組網的軌道形成了美國移動的廣播系統。而靜止軌道分為三類，分別為多星共位組網區域覆蓋工作、單行獨立組網區域覆蓋工作和多星異位組網全球覆蓋工作。

1.5衛星通信中的衛星天線波束的覆蓋發展

在衛星天線波束的覆蓋發展上，最早是使用靜止的衛星通信電線，后來經過發展而變為單重頻率復用單橢圓波束覆蓋、多重頻率復用單橢圓波束覆蓋、多橢圓波束覆蓋，截止到現階段，已經發展為更加多重的覆蓋方式。一般情況下，會按照不同的實際情況使用波束的覆蓋方式，最近出現一種新型的覆蓋方式為蜂窩狀多點波束覆蓋方式，這種方式可以有效的利用波點來對天線增益進行提高，用戶所使用的終端也更小了，從而達到了多次使用的目的。

2衛星通信技術的應用

2.1衛星通信技術中轉發器的應用

衛星通信技術中轉發器的使用可以實現信號的變頻和放大。最早在衛星通信中的轉發器是透明的，包括一次變頻和兩次變頻的轉發器。這種透明的轉發器具有很強的實用性，所以在目前依然使用。經過一段時間的發展，有一部分的衛星通信使用了處理轉發器的設備，從而對衛星收到的信號進行解調制與調制等步驟，還將其進行進一步的加工和處理，就能夠讓衛星通信的過程更加順暢。處理轉發器還分為空間交換轉發器和信息處理成轉發器，同時還有兩種轉發器相結合的處理轉發器。在這之中，空間交換轉發器在應用的時候是將接收到的多波束信號進行交換處理的方式，處理的時候一般都使用基帶交換矩陣網絡的方式和微波交換矩陣的網絡。另外，信息處理轉發器應用的時候，首先要將上行頻率信號進行接收，再將接收到的進行解調，對處理后的信號進行編碼識別、再生、幀結構重新排列等工作，處理完成之后再將這些信號傳輸到地球站當中。轉發器在衛星通信中應用的功能很多，例如對信號進行再生與解調就能夠有效的減少信號中的噪音，從而有效的提升衛星通信信號傳輸中的質量標準；對轉發器的上下鏈路分別進行設計，并對接收到的信號進行解調的工作，就能夠讓上下鏈路具有不一樣的多址方式和調制體制，從而有效的減少了地面設備的復雜性和傳輸的要求；在轉發器進行信號的處理的時候，通過星上處理方式就可以實現用戶線路的頻率、信道、功率與波束的動態分配，才能夠更有效的利用衛星的資源。

2.2衛星通信平臺的應用

衛星通信平臺是衛星通信技術應用中的重要形式，它在運行的時候一般時通過靜止軌道衛星平臺和低軌道衛星平臺兩種，其中靜止軌道衛星平臺要比低軌道衛星平臺更大。近年來衛星的發射質量越來越趨于穩定，其發展趨勢正在朝著高處理技術、大容量和高G/T的方向發展。靜止軌道衛星平臺也在技術的發展過程中越來越趨于穩定，例如羅拉公司所開發的LS衛星平臺。

2.3通信地球站的運行

通信地球站已經開始越來越趨向于便攜式的發展方式了，最早的地球站是重量大尺寸大的固定區域，但是經過技術的發展，重量和尺寸都逐漸的減小，如今最小的地球站已經變為一種手持終端的形式，所以衛星通信技術的應用已經在智能化、人性化的優勢上取得了非常多的成果。

2.4衛星通信技術未來的應用趨勢

除了用戶終端的變化，衛星通信技術的其他方面也得到了長足的發展。電視節目的直播就可以不通過地面中轉的方式，進行實時的傳輸。廣播電視業務也已經實習前了單向到雙向的轉變，衛星固定通信業務雙向通信與衛星直接廣播業務單項通信之間的特性區別已經越來越迷糊，而且技術的發展也讓衛星移動通信、衛星直接廣播和衛星固定通信等業務都向著更加多元化的方向不斷發展。

3結語

綜上所述，隨著衛星技術的不斷發展和進步，未來會利用其的功能會越來越多，其發展的功能也會越來越趨于完備化。目前衛星通信的發展空間還很大，需要相關的人員對技術進行不斷的優化和完善，讓衛星通信技術為人類的生活提供更多的便捷。

作者：李會青 單位：國家新聞出版廣電總局四九一臺