卫星通信技术发展及其应用(共6页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上卫星通信技术发展及其应用 摘要：本文介绍了卫星通信的基本概念，相关技术，探讨了当前卫星通信技术发展索面领的的一些问题，并探讨了相应的应用；让后再当前卫星通信技术发展的基础上提出了，卫星通信系统特点、卫星抗干扰技术及需要突破的关键技术。关键词：卫星通信；宽带卫星通信；卫星移动通信；空间卫星通信；通信卫星；抗干扰；卫星通信技术今后的趋势1卫星通信基本概念卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz300GHz，即波段lm1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。 空间无线电通信有3种形式 。1 地球站与空间站之间的通信； 2 空间站之间的通信 ；3 通过空间站的转发或反射来进行的地球站相互间的通信, 也就是通常所称的卫星通信， 卫星就是一种空间站。实际上，这三者是密切相关的甚至可以结合为一个大系统，因为地球站与空间站之间以及空间站之间的通信 也常常需要通过通信卫星的转发或中继来进行，并与地面基础设施相联系，从信息传输的角度看，前二者也是一种广义的卫星通信。二十世纪六十年代以来，卫星通信迅速发展，在军事和民事领域获得了广泛的应用；七八十年代达到顶峰。八十年代末九十年代初，由于光纤通信以及蜂窝移动通信的发展，卫星通信逐渐由传统通信领域逐渐转向其他方向。近几年来，卫星通信在美、欧、日等发达国家实现了产业化和国际化年收入达900 多亿美元,年均增长率高达13%。与此同时，在军事应用中卫星通信仍然是其主要的通信手段是其他通信手段所不能取代的；在经济政治和文化领域中卫星通信不仅有效地补充了其他通信手段的不足或不能（如海事、远程航空的通信等），而且作为大众传媒如视频和音频广播“最后一公里到户”的接入，防灾、救灾、处理突发事件的应急通信等均大有作为。此外近年来深空探测和载人航天活动的频繁活动，极大促进了卫星通信的发展也是一大亮点。2.卫星通信系统需解决的主要技术问题卫星通信内在的大覆盖范围，以广播和组播模式工作的特性使得它们能够提供高速因特网连接和多媒体远距离传输。但要发挥这些优势，除了人们所熟知的采用大型星载可展开式天线和多波束相控阵天线增大卫星功率和带宽，使用更高效的星上电源系统采用更先进的高效调制和编码技术等常规措施外。还有下列一些技术问题需要解释。1) 宽带卫星通信系统空中接口的标准化为了推广应用降低成本采用标准接口是发展趋势目前美国电信工业协会TIA 和欧洲电信标准学会ETSI 分别对此规定了几个标准的接口。比较项目 ：ETSI EN 301 790 TIA-1008 ETSI RSM-A网络拓扑 ：星形或网状 星形 星形或网状调制方式 ：QPSK CE-OQPSK CE-OQPSK2) 星上处理及交换技术为满足用户对传输时延 ，终端小型化误码率等方面的要求。宽带通信卫星采用星上处理和交换技术是一种比较好的解决办法。传统的通信卫星一般采用弯管式。转发器卫星只是完成变频放大等基本功能，对信号不进行任何处理。为实现波束间交换，可采用载波处理转发器，卫星是以信号载波为单位在射频或中频上对信号进行交换，但对信息内容不进行处理。最适合宽带卫星通信业务的是全处理转发器，卫星不仅需要完成信号的解调、译码，还需要一定的信令处理和路由选择能力能实现信息的星上交换（比如星载ATM 交换机）。3) 卫星IP IPoS 技术由于卫星信道具有较大的并且可能是可变的分组往返时延RTT、 大的时延带宽积、前/反向道不对称使、用较高的信道误码率及信号衰落等。把为地面网络设计的TCP/IP 直接应用于卫星通信会导致其工作效率低下， 需采取一些措施予以解决。比如在协议上进行改进或对链路进行分段。4) 服务质量QoS保证用户得到所需要的 QoS 是宽带卫星通信业务成功的关键包括以下几个方面：时延 ：把分组从发送方传输到接收方所需的时间；时延抖动： 端端传输时延的变化程度；吞吐量：2 个端点之间能够维持的最大数据传输速率；丢包率: 未成功传输分组数与总传输分组数的比例;可靠性: 网络可用度的百分比,主要决定如降雨和大气这样的环境参数。5) 降雨损耗目前，宽带卫星通信系统主要采用Ka， Ku 频段以获得较宽的可用带宽和较小的地面站天线口径，但这些频带的电波传播特性受降雨衰耗的影响较大。根据实验和实际应用的结果采用上行链路功率控（UPC）和自适应编码调制可以基本解决这个问题。比如NASA 的ACTS 卫星采用了RS 码和卷积码级联晴朗天气情况下其误比特率可达到10_12 有雨衰的情况下至少99% 的时间可以达到10_11。3.卫星移动通信系统的发展现状及关键 技术 卫星移动通信是指利用通信卫星作中继站实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种通信方式。它是传统的卫星固定通信与地面移动通信交叉结合的产物。从表现形式来看它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统，所利用的卫星既可以是GSO卫星，也可以是 NGSO 卫星，如中等高度地球轨道 MEO 低高度地球轨道 LEO和高椭圆轨道 HEO 卫星等。卫星移动通信的特点及其关键技术 与卫星固定通信相比，卫星移动通信具有如下技术特点： 1) 卫星功率有限与移动站低天线增益之间的矛盾十分突出； 2) 电波传播情况复杂 ；系统是在非高斯信道中工作的，由于移动站采用弱方向性的低增益天线并，在移动状态中进行通信多径效应和多普勒频移是不可避免的。 3) 众多的用户共享有限的卫星、频率与功率资源 4) 移动台要求高度的机动性、故小型化及支持用户漫游是基本要求 为此，除了需要解决如下的一些关键技术外，如卫星向覆盖区提供高的有效全向辐射功率，采用必要的抗衰落技术（如分集技术）、网络的运行管理与控制、星地一体化的优化设计，还需着重解决下列关键技术 。 1) 星载多波束天线技术 采用多波束天线是解决大覆盖范围和高天线增益之间矛盾的惟一手段 ，如铱系统采用 48 波束天线 全球星系统采用 16 波束天线。多波束天线是影响我国卫星移动通信发展的核心关键技术。一方面，其重量、功耗直接影响卫星平台的设计指标；另一方面，天线增益对系统所能达到的通信性能起着至关重要的作用。目前，国内已有多波束天线的设计能力，对星用T/R组件也有研制经验，与国外先进水平的差距主要在于星载工艺问题，如何降低功耗和重量是研究的重点 。 2) 星上处理和交换技术 具有星际链路、星上处理和交换能力是对现代卫星移动通信系统的基本要求。 对于星际链路，核心是解决天线的捕获、跟踪和瞄准问题；对于星上处理，目前国内已有星上解调、解扩和解跳的较成熟技术。主要问题在于可靠性、 重量和功耗等。虽然国内已经完成了具有小规模星上处理与交换功能的样机研制， 但受星载器件水平的限制，在星上实现具有综合业务交换功能和动态拓扑条件下移动路由功能的交换机仍是一项需要重点攻关的关键技术。3) 移动性管理技术 移动性管理是移动通信系统必须要解决的问题，它包括位置管理和切换管理两方面。虽然地面已有成熟的移动性管理技术，但在NGSO 卫星移动通信系统中，作为交换节点的通信卫星相对地面作高速移动，导致网络拓扑是变化的，即使用户不移动切换也是频繁发生的。并且用户终端，卫星和关站之间没有固定的连接关系。因此，对于星上处理和交换能力、 系统容量等都很有限的卫星移动通信系统。必须采用适当的移动性管理策略，以便在尽量降低移动性管理开销，星载交换机处理负担和路由更新开销的条件下保证用户信息能够经过星际链路选路到目的地，并且在通信过程中实现卫星之间正确无误地切换、 4) 终端小型化 终端的体积、重量主要由天线、射频模块和电池等决定。从通信技术来说，实现天线和射频模块的小型化是解决终端小型化的关键技术。适应各类移动台结构要求的天线、高稳定度的频率源（考虑到系统通常传输低速率信号、载波间隔小、多普勒频移的影响等，此要求尤为突出）、高效率的功率高效率的功率放大器等都是需要进一步研究的 在小型化天线中，增益与覆盖性能的问题十分突出，如既要求高增益，又要兼顾高、低仰角处增益的均匀性，是有矛盾的。实现天线小型化的基本途径是：研制新颖的天线结构（如螺旋天线、微带贴片的平面天线、天线分集等）和采用新材料（如介质或磁性材料加载等）。 射频模块小型化主要涉及到收发模块和双工器，其构成与地面蜂窝系统手机的构成大体相同，而后者技术已十分成熟，可从中得到借鉴。现有接收和发射电路都已做得很小和很低功耗，工作于UHF和 L/S频段，每个有源器件尺寸在数平方毫米至十几平方毫米之间：在无源器件中 值得关注的是工作于双频段的双工器，它可通过声表面波SAW 器件或低温共烧陶瓷 LTCC 工艺来实现。其中， 利用LTCC工艺制作的双频段双工器在900MHz频段，隔离度达 28dB 插损1.7dB 在1 770MHz 隔离度和插损分别为 19dB 和1.5dB。4.卫星通信系统可能遭受的干扰对卫星通信而言，其上行链路可能遭受的电磁干扰源包括陆地固定式干扰机、车载和舰载移动式干扰机、机载干扰机和干扰卫星，丽干扰卫星和机载式、飞航式、伞挂式干扰机则可对下行链路进行干扰。于扰下行链路时，干扰源对于卫星转发器，虽然在功率和距离方面容易取得较大的优势，但是在覆盖面和信号辐射方向上通常都处于明显的劣势。即使采用机载干扰机在10 km以上的高空施放强干扰，其影响面也只能达一百多公里的半径，更远距离的地面站容易采用旁瓣遮挡技术排除其干扰，况且地面站容易采用综合抗干扰措施排除各种类型的干扰。因此，相对而言，卫星通信的上行链路比较脆弱，是敌方干扰的重点，这样上行链路抗干扰的研究更为重要。无线通信系统中的干扰有很多，按照不同的分类依据，可以有很多分类方法。如按其形成方式可分为欺骗式干扰、搅扰式干扰和压制式干扰；按引导方式可分为定频守候式干扰、连续搜索干扰、重点搜索干扰、跳频跟踪干扰、扩频跟踪干扰和转发式干扰；按频谱形式可分为瞄准式干扰，阻塞式干扰，部分频带式干扰和扫频式干扰；按发射的控制方式可分为人工干扰和自动干扰等。抗干扰的基本目的是通过对信息、信息的载体及传播方式进行特定的处理，提高通信接收端的输出信干比，使其具备较强的区分有用信号和干扰的能力，从而正确地接收所需的信号。卫星通信中常用的抗干扰技术有：抗干扰天线技术、扩展频谱技术、编码调制技术、星上处理技术、限幅和线性化技术等。结束语：本文基本介绍了卫星通信的基本概念，在通信技术上需要面对的主要技术问题，卫星通信系统的发展现状以及主要需要突破的技术障碍，卫星通信干扰。卫星通信作为空间通信的一种，是人类未来发展的不可或缺的重要技术，具有广阔的应用前景以及发展前景，为了满足此类通信技术的发展要求，高效能、小型化的星上处理技术以及有效载荷、多功能的地面处理技术都是不可或缺的。 专心-专注-专业