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1、卫星移动通信系统关键技术分析【摘要】卫星移动通信系统可以为全球用户提供大跨度与大范围的移动通信服务，且这种移动通信服务不会受到地形的限制，在偏远的山区、海岛等区域依然有着良好的通信优势。为此，大力发展卫星移动通信事业是非常有必要的，其有着十分重要的战略意义。本文先对现有的静止轨道（GEO）和低轨道（LEO）这两种卫星移动通信系统作简要的介绍，进而重点分析星上处理技术、天线技术、星间链路这3种卫星移动通信系统关键技术的应用要点，最后对卫星移动通信系统的未来发展作了阐述。【关键词】卫星移动通信系统；静止轨道；低轨道；地面移动通信技术1引言社会的发展大大推动了移动通信业务的发展，人们对移动通信服务的
2、依赖程度越来越高，同时要求也越来越高。单纯依靠地面移动通信系统已然无法满足需求，发展卫星移动通信事业非常有必要。卫星有着巨大的覆盖面积，仅仅需要3颗同步卫星便可以完成除北极之外所有地区的通信服务，可以满足人们近距离和洲际通信的需求1。就目前的卫星移动通信系统来说，若是按照轨道来划分，可以分为3种，即静止轨道（GEO）、低轨道（LEO）、中轨道（MEO）。以其中的LEO系统为例来说，其拥有传输延时的特性，且路径损耗小，更易实现全球覆盖。在技术应用方面，目前所使用的技术以星上处理技术、天线技术、星间链路为主，有很好的应用优势。为更好地促进卫星移动通信系统的发展，进一步明确和掌握卫星移动通信系统关键
3、技术的应用要点尤为关键，要给予高度的重视。2卫星移动通信系统介绍按照卫星运行轨道的不同，目前实现卫星移动通信服务的技术主要有两种，一种是借助LEO来实现全球性的移动通信，最为典型的系统有两种，即全球星（Globalstar）和铱星（Iridium）；另外一种是借助GEO和大型可展开多波束天线技术来实现全球性的移动通信，最为典型的系统有两种，即澳大利亚卫星移动通信系统Mobilesat系统、北美卫星移动系统MSAT。GEO与LEO两种系统因为轨道高度有所不同，且卫星数量与质量方面也存在较大的差异，因而两种系统有着较为显著的风格特点，集中体现在传输性能、系统性能、卫星性能和成本经费。在传输性能上，
4、GEO的传输延时可以达到半毫秒量级，实时性较差，且传输过程中的损耗会很大，而LEO的传输延时可以达到10毫秒量级，有很好的实时性能力，且传输过程所产生的能耗小。在系统性能上，GEO的系统建设相对来说较为简单，与地面对星容易，不需要一些复杂性的跟踪控制系统。更为重要的一点是，借助单颗卫星便可以有效开展业务。而LEO系统整体有着较高的复杂性，且难度大，需要完美的跟踪控制系统。另外，只有当所有的卫星在轨道内运行时，才可以实现提供全球移动通信服务的目的。在成本费用方面，GEO的使用寿命较长，日常维护费用较低，有很高的性价比。而LEO无论是卫星研制还是维护费用均有一定的复杂性，且所花费的费用高于GEO。
5、总的来说，两种卫星移动通信系统有着各自显著的优势与不足，在使用时需要充分考虑这些因素，若是要实现人口密集区域的移动通信服务，则可以优先考虑使用GEO系统，若是要建立无缝覆盖的移动通信系统，则可以优先考虑使用LEO系统。3卫星移动通信系统关键技术的应用要点3.1星上处理技术对于移动通信系统来说，所存在的传输延时、传输质量不佳和系统容量低的问题往往会导致移动通信质量受限，为很好地解决这一类问题，要求卫星必须拥有星上交换、调制解调、波束成型等诸多的星上处理能力。目前来看，卫星移动通信系统中的星上处理技术主要有3种，即星上处理交换、全透明转发、部分处理交换。星上处理技术可以通过数字的方式来实现，其显著
6、优势在于有很高的资源利用率，且通信服务的实时性显著，但也存在着一些突出的缺点，比如当前的技术体制还不够成熟，导致实际应用时的适应性不足，且极易受到空间辐射的影响，导致稳定性和可靠性较差2。结合当前阶段我国的卫星事业发展情况来看，星上处理技术应用在GEO卫星系统上还无法有效实现，但要想解决卫星通信传输延时这一不足，必须发展好星上处理技术。对于LEO卫星系统来说，因为无法在全球范围内建立信关站，因而必须使用星上处理技术，以此来实现全球范围内的移动通信。3.2天线技术通信卫星天线的发展经历了很长的时间，在此过程中出现了很多形式的天线，包括标准圆的简单天线、反射器赋形的天线与多馈源波束赋形的天线、多波
7、束成型大天线。以多波束成型大天线为例来说，当前有较为广泛的应用，尤其是在GEO系统中应用效果良好，比如Thuraya系统的12.25m口径天线，可以产生250300个波束，再比如Inmarsat系统也采用了多波束天线。对于LEO卫星系统来说，其天线设计主要有4种形式，即双栅、但馈源、正交、反射器赋形，比如Globalstar系统采用了S波段的有源相控阵天线。就目前天线技术的应用与发展来看，可以有效提升频谱利用率的途径主要有3种，一种是利用天线的波束成形，一种是多点波束蜂窝结构，另一种是智能天线技术。3种途径均可以很好地实现频率再利用的目标。若是选择将天线技术与多址技术有机结合起来，势必可以很好
8、地提升卫星通信上行与下行的通信能力，尤其是可以提升卫星通信下行的通信能力。3.3星间链路技术星间链路技术可以很好地连接相邻卫星，属于一种通信链路，其优势在于可以将星座中的各个卫星连接成为一体，由此可以确保系统内用户的通信链路不再需要地面通信网的支撑。通过应用星间链路技术，可以大大提升整个移动通信系统的抗干扰能力和抗摧毁能力，能够由此扩大系统的覆盖范围3。就LEO卫星系统来说，其因为覆盖范围很小，通常情况下是无法有效设置固定地球站的，而选择使用星间链路技术时，可以此来对卫星加以控制，移动用户可以通过星间链路接入到地面通信网络中去。目前来看，使用星间链路技术的只有一种系统，即LEO卫星的Iridi
9、um系统。就星间链路技术的应用形式来说，其主要有两种形式，即激光通信和微波通信，以微波通信技术的应用最为常见。微波通信技术虽然有着较为广泛的应用，但实际应用时也存在着一些较为明显的不足，比如应用过程中极易受到频带宽度、体积、价格等多方面因素的影响，因而无法大限度地去提升传输速率。对于激光通信来说，其也有显著的应用优势，所拥有的宽广频谱带宽可以很好地提升卫星通信的潜在容量，在减少卫星载荷体积和重量中发挥着重要的作用4。更为重要的一点是，目前所使用的激光通信技术可以实现广域大跨越的单跳连接，能够减小通信延时。但激光通信技术在应用时的缺点也是十分显著的，比如若是选用激光星间链路技术，则要求有着十分良
10、好的卫星姿态控制能力，尤其是要确保卫星姿态始终处于稳定状态，原因在于卫星姿态一旦不稳定则极易导致移动通信发生中断。4卫星移动通信系统的未来发展对于一个国家来说，卫星移动通信系统属于国家通信和航天领域高度发展的重要标志，同时也是一个国家通信基础设施建设的补充手段，是必须拥有的尖端技术。目前来看，虽然近些年来我国在卫星移动通信系统事业上取得了很好的成效，但与发达国家相比还存在着很大的差距，且星上数字处理技术被一些国家所垄断。总的来说，我国目前还没有建设出自主研发的卫星移动通信系统，可以覆盖到我国的GEO卫星有Aces和Inmarsat系统，但是因为卫星的用户链路多采用L/S波段，如何抢占有限的空间
11、资源与业务尤为关键。因此，必须进一步加大卫星移动通信系统的自主研发力度，建设属于自己的卫星移动通信系统。结合我国当前在卫星移动通信系统建设中的诸多因素，今后卫星移动通信系统建设应该有一个明确的方向。在卫星移动通信系统建设思路上，要将区域覆盖作为重点，将兼顾全球作为辅，将宽带业务作为重点发展业务，并综合利用LEO和GEO卫星，更好地支持小型的手持终端，确保可以实现实时语音服务。另外，要将满足军事通信作为卫星移动通信系统建设与发展的重要目标之一，前期的投资可以依靠军队，后续的发展可以通过商用来实现。按照当前我国在卫星移动通信系统建设上所取得的成就来说，卫星移动通信系统的发展是有着很好的技术支撑和资
12、金支撑的，提供服务的能力也大大增强。今后要将卫星移动通信系统的建设工作放在4个点上：（1）促进卫星系统独立建网；（2）促进卫星移动通信系统可以与地面网络有更好的融合；（3）拓宽业务；（4）发展好个人移动卫星通信。在卫星系统独立建网上，今后要降低对地面电信网的依赖程度，并最终不去依赖地面电信网，确保可以直接向公众提供通信服务。在多业务开发上，目前卫星通信业务已然呈现出多元化的特点，兼容多种服务的综合卫星业务可以为人们提供更多的优质服务，在地面业务传输网中发挥着重要的作用。更为重要的一点是，将卫星移动通信系统与地面通信网联合使用时，可以打造一种覆盖全球的海陆空立体通信网络体系。在个人移动卫星通信发
13、展上，要发挥好卫星移动通信系统覆盖范围广泛、可靠性强、传输效率高的优势，进一步发展好移动通信业务，更好地保证个人移动卫星通信的安全性与稳定性。就当前阶段个人移动卫星通信的发展情况来说，在民用领域已经得到了十分广泛的应用，尤其是在远洋运输、航海、石油天然气勘探、远程教育、科学考察、林业病虫害监测中的应用十分普遍和有效。5结语卫星移动通信系统对于一个国家的发展尤为重要，必须积极做好卫星移动通信系统的建设工作。随着5G技术的发展，其大大提升了卫星移动通信系统的实用性和应用效率，对推动卫星移动通信系统发展有重要的意义。今后要认清楚卫星移动通信系统发展的机遇与挑战，进一步加大对卫星移动通信系统的研究力度，以此发挥好卫星移动通信系统的诸多优势。【参考文献】1吴承洲，苏泳涛，刘剑锋，等.面向卫星移动通信的系统级仿真平台设计与实现J.通信技术，2020，53(4)：890-897.2李殷乔，熊玮，孙治国.中国高轨移动通信卫星系统发展的机遇与挑战J.国际太空，2020(4)：36-41.3杨廷卿，林善亮.卫星移动通信系统组成及应用的探讨J.通讯世界，2020，27(1)：120-121.4翟华.融合5G的卫星移动通信系统J.空间电子技术，2020，17(5)：71-76.作者：贾卫红 单位：鹤壁天海电子信息系统有限公司
