浅谈卫星通信技术的发展

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浅谈卫星通信技术的发展:卫星通信技术发展概述

摘要：本文介绍了卫星通信的基本概念、分类、特点以及应用，并在梳理国内外学者的研究成果及文献资料的基础上进行了成果展示，以期对以后卫星通信的研究提供一些思路和借鉴。

关键词：卫星通信；发展现状；概述

一、卫星通信概述

卫星通信是一种微波中继通信，作为中继站，与发、收信地球站共同组成卫星通信链路。

目前的卫星通信系统，主要有固定业务的卫星系统(FSS)，移动业务的卫星系统(MSS)，和广播业务的卫星系统(BSS)，它们的组成部分不全都是相同的。一般的卫星通信系统是由空间阶段和地面阶段两个范围组成的，其中控制和管理卫星的检测站包含在空间段部分内。

卫星通信是指航天器与地球站之间或者地球站相互之间借助通信卫星转发器而进行传输的无线电通信,它主要涵盖卫星移动通信、卫星固定通信、卫星中继通信和卫星直接广播等四大领域。卫星通信技术是现代通信技术不断发展的重要成就,也是航空航天技术运用到实践中的重要方面。它具有容量大、覆盖面广、频带宽、稳定性灵活性强等优点。四十多年以来,它在国际国内通信、军事民用通信等领域得到了比较广泛的应用。

卫星通信网络是指通过人造地球卫星作为传播无线电波的中继站，从而达到两个及其以上的地面站之间进行相互通信的网络。其中，地面站也称为地球站，是指设置在在地球表面上的通信站点。通信卫星起到了一个传输无线电波的作用。卫星通信网络按照转发时间的长短，可分为立即转发式通信网络和延迟转发式通信网络。当卫星的运行轨道处在低轨道运行时，相对地面站来说，需要进行远距离的实时的通信，这时除了采用延迟转发方式之外，同时也可以利用多颗低轨道运行的卫星进行转发，这种网络就是一般所指的低轨道移动卫星通信网络。

二、国外卫星通讯技术发展概述

近年来，国外的卫星通信技术无论是在军事还是商业领域都有了长足的发展，有新型质量高、功率大、寿命长的卫星不断发射升空。目前世界最先进的卫星通信技术仍然被包括波音、劳拉、洛马、阿尔卡特以及休斯等美国和欧洲的几大实力雄厚的卫星制造商所掌握。欧洲为了缩短与美国的差距，正在努力研制新一代的大型通信卫星平台阿尔法舱。俄罗斯则是通过与欧洲和日本的国际合作的方式来大力推进本国卫星通信技术的发展。

毋庸置疑，美国是目前世界上通信卫星技术水平最发达的国家，其通信卫星技术发展计划已经进行了很长时间，并且在军事、商业等领域都已经形成了系列化的技术先进的卫星产品。目前其通信卫星计划主要包括美国国防部的转型卫星通信系统(TSAT)计划、空军宽带填隙卫星(WGS)计划和先进极高频(AEHF)卫星计划以及海军移动用户目标系统(MUOS)计划等。

在欧空局公布的未来通信卫星发展计划中，计划在2001-2010年间将逐步提高16-30kw的卫星比例，计划达到30%，而8-16kw的卫星比重达到40%，这些成果目前已经基本完成，这标志着欧洲通信卫星向着超大功率的方向不断发展。

俄罗斯于2006年公布了《俄联邦2006-2015年航天规划》，计划在这10年中，俄罗斯计划将与欧洲和日本联合建设并发射13颗通信卫星，其中的8颗则是属于快讯系列卫星。

在俄罗斯公布的一份关于俄罗斯通信业发展的报告中，俄罗斯的航天局对其未来10年（2010-2020年）通信卫星技术的发展趋势进行了预测。其内容大致包括以下：要掌握微波波段和光学波段技术进行相关项目；构建小型和中型卫星的低速率网络；宽带卫星通信利用大型卫星；在通信卫星上进行全部的信号处理；大力提高太阳电池的转化率。

三、国内卫星通讯技术发展概述

近些年来随着科技技术的发展，现代小卫星技术取得了长足的进展，这对我国航天技术发展和卫星技术的应用提出了更高的要求，国内的一些科技公司如中科院下属的所和厂、中国航天科技集团以及国内的许多大专院校如清华大学、北京大学、哈尔滨工业大学、成都电子科技大学等研究人员都对航天编队飞行星座系统的项目进行了大量的研究，其中有的对航天编队飞行星座系统提出了初步设想，并进入了专题项目的研究阶段，有的已经取得了明显的成果，如编队卫星的跟踪切换技术，激光终端机、单片微波集成接收机等问题已在实验室中得到很好的解决了，但这些与国外发达国家如美国、俄罗斯的星间通信技术相比，仍有不小的差距。

目前国内在这方面取得的比较明显的成果主要有以下几个方面：2004年4月19日，由哈工大牵头研制的“试验卫星一号”成功发射，并搭载了一颗科学实验小卫星“纳星一号”。“试验卫星一号”主要用于资源测量和环境监控，它是我国成果研制的第一颗传输性立体的测绘小卫星。而“纳星一号”是我国研制的首颗纳型卫星主要用于研究开发纳型平台测试和进行航空航天的高技术演示。

由中科院上海小卫星工程部进行的“创新一号”卫星研究项目中，以星上计算机一体化设计、低轨小卫星扩频通信等关键问题的解决为重点，并进行低轨道小卫星之间数据通讯的关实验，以解决存储转发通信的问题。

哈尔滨工业大学以解决星间激光通信和卫星编队飞行而进行的双星编队飞行项目也取得了很大进展。

浅谈卫星通信技术的发展:卫星通信技术发展应用

摘 要：本文介绍了卫星通信的基本概念及相关技术，重点介绍卫星通信技术在中海油应用领域上的发展以及小站卫星通信方式的应用。

关键词：卫星通信；海上石油卫星；VSAT；自动跟踪

0 引言

20世纪90年代初，从中海油开始建立第一个卫星端站至今，已经有超过20年的卫星通信技术应用。目前，已经形成了以湛江、天津、深圳、上海这4个中心站点为核心的网状网络，且已经具备了链路相互备份功能。

1 卫星通信在中海油的发展

1.1 TES卫星系统

TES（TelephonyEarthStation）是基于卫星的全数字话音和数据通信的网状网，它在多个地球站之间提供网状连接，支持系统内任意地点远端站之间的电话、同步、异步数据通信，TES系统在中海油的应用主要用于话音与数据传输。运用的是C波段卫星的频分多址方式FDMA实现与地面站间的通信，使用四相相移键控QPSK或二相相移键控BPSK调制方式，信道编码采用编码效率为1/2或3/4的前向纠错FEC。TES是中海油海上平台初期使用的一种主要的卫星通信方式，主要承载的业务为话音业务，所使用的卫星资源前期以亚洲3号卫星为主，后来转至鑫诺1号卫星。

1.2 VSAT卫星系统

VSAT卫星通信系统的地面部分由中枢站、远端站和网络控制单元组成，中枢站的作用是汇集卫星来的数据然后向各个远端站分发数据，远端站是卫星通信网络的主体，VSAT卫星通信网就是由许多的远端站组成的，一般远端站直接安装于用户处，与用户的终端设备连接。VSAT卫星通信系统是中海油海上平台主要的卫星通信应用方式。此系统的特点是天线口径小、灵活性强、可靠性高、使用方便及小站可直接装在用户端等特点，利用VSAT用户数据终端搭配复用器使用，可同时承载话音业务和数据业务。VSAT卫星系统主要配合Netperformer系列复用器使用，Netperformer系列复用器使用了信元中继cellrelay技术，将语音流和数据流分割为特定的信元cells，然后将不同业务类型的信元cells复用到单一的物理或逻辑链接上，根据对时延的敏感程度不同对业务进行分类，并赋予不同的传输优先级，能有效保证话音业务质量，为中海油的海上平台及移动船舶提供稳定的话音及数据业务。目前中海油主要使用的是中星10号的卫星的转发器来承载卫星话音及数据业务。

1.3 STARWIRE卫星网管系统

STARWIRE系统在网管NCS的支持下可提供PAMA，DAMA等业务，使用了先进的PCMA载波叠加专利技术，能有效地节省卫星转发器带宽。主要由NCS网管系统、ST用户终端、卫星三部分组成。STARWIRE卫星网管系统是第三代按需分配的卫星通信系统，终端设备内置路由功能，直接支持先进的IP网络互联业务。NCS网管通过控制信道监控ST的工作，ST之间通过控制信道FOW/ROW建立业务信道。中海油下属的4个中心站点通过STARWIRE网管系统能够有效管理所属辖区内的卫星小站。相对于早期卫星通信技术应用，NCS系统能够更加有效地对小站进行管理，节省卫星资源带宽。

1.4 SKYEDGEⅡ卫星网管系统

SKYEDGEⅡ卫星网管系统是一个双向卫星通信系统，由两个方向的传输构成：入境基于DVB-RCS标准，采用MF-TDMA技术对资源进行预约分配减少数据碰撞；出境基于DVB-S2标准，支持CCM及ACM工作模式，可用于单播和组播数据、VoIP、ABIS等业务数据。系统主要由卫星主站、卫星/转发器、远端站三部分组成。SKYEDGEⅡ支持三种基本网络拓扑结构星型、网状、多星状。SKYEDGEⅡ卫星网管系统是目前中海油主要使用的卫星通信系统，利用此网管系统，将中海油的4个海上卫星中心站进行整合，形成了统一的大网管系统，对各中心站点进行链路互备，形成一个完整的多功能卫星网管系统。

2 卫星通信技术在中海油的应用形式

2.1 海事卫星A/C/F站的应用

海事卫星共有4颗卫星覆盖全球海洋，它们分别是大西洋西区、大西洋东区、印度洋区、太平洋区。海事卫星A站于2007年底正式停止运营，中海油海上船舶与移动式钻井平台目前以C站、F站为主要的应用。

2.2 固定天线式的卫星通信应用

固定天线式卫星通信主要应用在中海油海上固定式采油平台、自升式钻井平台以及陆地端站上，是一种常规的卫星通信应用。固定式采油平台及自升式钻井平台主要以3.7米C波段的卫星天线为主，Ku波段卫星天线为辅。卫星中心站使用的是大口径卫星天线来承载卫星通信业务。固定天线式在中海油是最早的卫星通信应用，也是中海油目前最成熟的卫星通信应用，中海油内曾使用直径为12米的卫星天线作为卫星的主站使用。

2.3 半自动跟踪天线式的卫星通信应用

半自动跟踪天线主要应用于中海油自升式钻井平台，天线以C波段的半自动跟踪天线为主。由于工作环境需求，自升式钻井平台需要经常更换钻井位置，期间钻井平台需要拖航至新的目的地，使用固定式卫星天线则需要经常性地对天线的方位及俯仰进行调整，且拖航期间无法使用。采用半自动跟踪天线可以在拖航期间自动寻星，主要缺点是无法360度旋转，实现不了全自动跟踪，有时需要人工进行干预。

2.4 自动跟踪天线式的卫星通信应用

自动跟踪天线C波段主要以美国的SEATEL的97型全自动跟踪天线以及西安盘古通信技术有限公司的全自动跟踪天线为主；Ku波段主要以SEATEL的4006自动跟踪天线以及国内的一些动中通天线为主。中海油海上半潜式钻井平台一般以C波段的自动跟踪为主要的卫星通信，南海9号钻井平台所使用的自动跟踪天线卫星系统经过测试能够提供4Mb/s以上的链路带宽。Ku波段的自动跟踪天线主要应用与海上的移动船舶，包括拖轮及勘探船，这些移动船舶受限于天线的安装场地要求，而且对链路带宽要求不大，Ku波段的自动跟踪天线的应用非常适合在这类环境使用。

3 结语

卫星通信技术在中海油海上平台及移动船舶上有着超过20年的应用，从早期的TES小站的话音应用，到现在的多功能SKYEDGEⅡ网管系统的多业务综合应用，中海油在卫星通信应用方面已经覆盖了C、L、Ku等波段。随着中海油向深海发展，卫星通信技术将在中海油海上勘探、开发、生产方面发挥着重要的作用。

浅谈卫星通信技术的发展:卫星通信技术发展研究

摘要：

随着卫星通信技术的不断发展，卫星通信系统不仅为航天技术提供了强有力的科学支持，还因其具有频带宽、覆盖面大、容量大等优势，还被应用到了很多其他的领域之中，并起到了非常好的效果。所以文章对卫星通信技术的发展进程和应用实例进行分析和研究，希望卫星通信技术未来能得到更大的发展。

关键词：

卫星信息技术；发展趋向；应用研究

0引言

卫星通信系统是地球站与航天器之间或者地球站与地球站之间所建立的，通过信号的转发而进行的无线电通信方式，一般情况下包括卫星移动通信、卫星中继通信、卫星固定通信与卫星直接广播四个方式。

1卫星通信技术的发展

1.1卫星通信系统的网络发展

卫星通信系统的实现是由网络的形式进行服务的，它在现代的发展中一般可以分为两类，第一类的组成方式是多星形式的卫星通信网络；第二类的组成方式是单星形式的卫星通信网络。其中卫星通信网拓扑结构的发展十分迅速，因此以单星的组成方式为例，来对具体的发展情况进行介绍。通过结构图我们可以发现，最早使用的结构为星状网的结构，然后经过了网状网、网状与形状混合网、地面通信链路与卫星通信链路的混合网，由此可以看出，在单星组成的卫星通信网拓扑结构已经得到了很大的进步[1]。多星组成卫星通信网络可以提供国际移动式通信的业务的海事卫星系统和国际固定通信业务中的国际卫星系统两种。这两种系统分布在全球所有的辅助地面线路和地球站之中，这些系统之间还建立了比较全面的星间链路。

1.2卫星通信线路频段的发展

卫星通信线路频段的发展中最早所利用的商用通信卫星通信频段就是C频段，通过技术的发展，向上扩展到Ku、X和Ka频段之后，又向下扩展到L、S、VHF和UHF频段[2]。在以后的发展中还会拓宽到V频段或者其他更高的频段，另外，还有可能会利用激光的形式。卫星通信馈电线路是指卫星间通信线路、上行站、关口站与中心站。由此可见，当线路的频率提升的时候，可用带宽就会变大，传输容量会随之提高，这一方式比较容易适用在多媒体通信进而高速率数据传输之中，如果频率增加，波束宽度不变，天线尺寸如果变小，那么它的重量也会越轻。通过铱星卫星移动通信系统就，能够将地球上的任意两点形成同心，实现的方式是利用星间的线路。

1.3卫星通信体制的发展

卫星的通信体制在近年来也得到了比较快速的发展。体制的改变就是卫星通信系统的工作方式发生了一定程度的进步和改变。例如卫星通信中所使用的信源编码方式、信号传输方式、信号交换方式、基带信号传输方式、基带信号多路复用方式、信号调制方式、差错控制的方式、多址方式、交换方式、信道方式和信号处理方式等等，这个结构呈现一种比较复杂的模式，所以用户会有很多种的选择方式。基带信号多路复用方式中分为：时分多路复用和频分多路复用两种方式，基带信号传输方式中分为：多路单载波与多路单载波。通过对卫星通信体制工作方式的具体介绍，可以分析出卫星通信体制具有很强的先进性，它在进行通信的过程中可以有效的节省射频信号的功率和带宽，还能够有效的提升信号传输的可靠性和质量。所以经过不断的更新和变化，如今的卫星通信体制的标准主要是产品的生产商和卫星运营商所指定的具体标准，而行业标准与国家标准还比较模糊，在生产的标准上没有一个完全统一的标准，所以在这种情况下，可以对国外比较先进的调制和编码技术进行借鉴，有效的改善编码的调制，让微信通信的技术适应更多种的实际工作模式。在这一目标上，近年来的尝试也得到了一定的发展成果，例如互联网的接入、交互电视、VoIP业务和高清晰度电视等等，其中DVB-S2通信体制的结构就有效地使用了比较先进的编码等技术方式。

1.4卫星通信中星座和轨道的发展

在卫星通信轨道的发展中最早是使用单星的静止轨道进行工作的，随着技术的不断发展，微信通信的轨道已经从静止的轨道变为多种轨道的卫星工作，并在工作中组成星座的形式。所以在目前的卫星通信轨道为大椭圆轨道、静止轨道和低轨道三种并存。其中大椭圆轨道在组网的过程中的卫星系统主要是由三颗天狼星组成，并对全时区域进行了覆盖。这一组网的轨道形成了美国移动的广播系统。而静止轨道分为三类，分别为多星共位组网区域覆盖工作、单行独立组网区域覆盖工作和多星异位组网全球覆盖工作。

1.5卫星通信中的卫星天线波束的覆盖发展

在卫星天线波束的覆盖发展上，最早是使用静止的卫星通信电线，后来经过发展而变为单重频率复用单椭圆波束覆盖、多重频率复用单椭圆波束覆盖、多椭圆波束覆盖，截止到现阶段，已经发展为更加多重的覆盖方式。一般情况下，会按照不同的实际情况使用波束的覆盖方式，最近出现一种新型的覆盖方式为蜂窝状多点波束覆盖方式，这种方式可以有效的利用波点来对天线增益进行提高，用户所使用的终端也更小了，从而达到了多次使用的目的。

2卫星通信技术的应用

2.1卫星通信技术中转发器的应用

卫星通信技术中转发器的使用可以实现信号的变频和放大。最早在卫星通信中的转发器是透明的，包括一次变频和两次变频的转发器。这种透明的转发器具有很强的实用性，所以在目前依然使用。经过一段时间的发展，有一部分的卫星通信使用了处理转发器的设备，从而对卫星收到的信号进行解调制与调制等步骤，还将其进行进一步的加工和处理，就能够让卫星通信的过程更加顺畅。处理转发器还分为空间交换转发器和信息处理成转发器，同时还有两种转发器相结合的处理转发器。在这之中，空间交换转发器在应用的时候是将接收到的多波束信号进行交换处理的方式，处理的时候一般都使用基带交换矩阵网络的方式和微波交换矩阵的网络。另外，信息处理转发器应用的时候，首先要将上行频率信号进行接收，再将接收到的进行解调，对处理后的信号进行编码识别、再生、帧结构重新排列等工作，处理完成之后再将这些信号传输到地球站当中。转发器在卫星通信中应用的功能很多，例如对信号进行再生与解调就能够有效的减少信号中的噪音，从而有效的提升卫星通信信号传输中的质量标准；对转发器的上下链路分别进行设计，并对接收到的信号进行解调的工作，就能够让上下链路具有不一样的多址方式和调制体制，从而有效的减少了地面设备的复杂性和传输的要求；在转发器进行信号的处理的时候，通过星上处理方式就可以实现用户线路的频率、信道、功率与波束的动态分配，才能够更有效的利用卫星的资源。

2.2卫星通信平台的应用

卫星通信平台是卫星通信技术应用中的重要形式，它在运行的时候一般时通过静止轨道卫星平台和低轨道卫星平台两种，其中静止轨道卫星平台要比低轨道卫星平台更大。近年来卫星的发射质量越来越趋于稳定，其发展趋势正在朝着高处理技术、大容量和高G/T的方向发展。静止轨道卫星平台也在技术的发展过程中越来越趋于稳定，例如罗拉公司所开发的LS卫星平台。

2.3通信地球站的运行

通信地球站已经开始越来越趋向于便携式的发展方式了，最早的地球站是重量大尺寸大的固定区域，但是经过技术的发展，重量和尺寸都逐渐的减小，如今最小的地球站已经变为一种手持终端的形式，所以卫星通信技术的应用已经在智能化、人性化的优势上取得了非常多的成果。

2.4卫星通信技术未来的应用趋势

除了用户终端的变化，卫星通信技术的其他方面也得到了长足的发展。电视节目的直播就可以不通过地面中转的方式，进行实时的传输。广播电视业务也已经实习前了单向到双向的转变，卫星固定通信业务双向通信与卫星直接广播业务单项通信之间的特性区别已经越来越迷糊，而且技术的发展也让卫星移动通信、卫星直接广播和卫星固定通信等业务都向着更加多元化的方向不断发展。

3结语

综上所述，随着卫星技术的不断发展和进步，未来会利用其的功能会越来越多，其发展的功能也会越来越趋于完备化。目前卫星通信的发展空间还很大，需要相关的人员对技术进行不断的优化和完善，让卫星通信技术为人类的生活提供更多的便捷。

作者：李会青 单位：国家新闻出版广电总局四九一台