卫星通信作业浅谈卫星通信及移动互联网的发展

1南京航空航天大学卫星通信网络技术浅谈卫星通信及移动互联网的发展专业：探测制导与控制技术二〇一五年十二月目录2卫星通信的现状与发展趋势1.摘要--------------------------------------------32.卫星通信技术的概述-----------------------------------------------43.卫星通信过程中主要应用的技术--------------------------------44.卫星通信技术的发展趋势-----------------------------------------45.全球卫星通信的最新进展-----------------------------------------76.发展前景与策略考虑---------------------------------------------107.VSAT卫星通信技术的发展与应用----------------------------138.空间通信中调制与编码热点技术------------------------------199.卫星通信业务管理信息系统基本框架设计------------------2410.我国新型军事通讯卫星发展与未来战争应用研究--------3011.结语------------------------------------------------------------3212参考文献-----------------------------------------------------------3313.移动互联网的现状与发展趋势--------------------34摘要3卫星是一种高空、高速运行的科学仪器，是集通信、测量、遥感诸多科学于一体的高科技综合体。卫星运行在地球轨道中，可以在独特的角度进行通信、测量、遥感工作，卫星通信是卫星发展的必然，也是卫星正常运行的必要保障。卫星通信系统实现了对地球表面全方位“无缝隙”覆盖。本文以卫星通信系统为研究对象，简要地阐述了卫星通信系统的定义和特点，分析了卫星通信系统发展至今的现实状况，提出了诸如加强规模实力和卫星产业的发展规划,重视卫星与地面网络的无缝隙覆盖与协调,探讨了卫星通信系统的关键技术，与传统的通信和传输方式相比,卫星通信在技术和成本上具有高可用性和高性价比的优势。他可确保在任何情况下,甚至在地面网络无法覆盖或遭到破坏的情况下,都能够及时、快速、可靠、稳定地提供宽带多媒体通信服务,真正做到广域无缝隙覆盖。目前,卫星通信系统已经成为世界电信结构中的重要部分,并一直在为全球几十亿人提供着电话、数据和视频等业务。尽管具有更高容量、更低比特费用的光纤系统不断发展,但卫星通信仍然生存下来,而且人们仍然不断地对新系统进行投资和建设,使之朝着日趋完善的方向发展。关键词卫星通信系统;发展;关键技术;VSAT;调制与编码技术；框架设计；（一）卫星通信技术的概述1.1卫星通信技术的定义卫星通信技术是指利用人造地球卫星高空、高速的特点，将卫星转化为通信的中继站，转发通信信息，实现地面———卫星———地面的联络网络，完成通信任务的技术。卫星通信技术既是通信技术发展到一定阶段必然出现的形式，也是确保卫星安全稳定运行的必备技术。利用人造地球卫星作为中继站,转发或反射空间电磁波来实现信息传输的通信技术。卫星系统的典型特征有:惟一的三维无缝隙覆盖能力;独特的灵活性与普遍服务能力;宏大区域的可搬移性和可移动性;广域复杂网络拓扑构成能力与广域Internet交互连接能力;独有的广域广播与多播能力;对国际/区域/本地连接的不敏感性;较低的初期投入与快速的回报;对应急救灾及故障抢救的快速灵活性和可靠性等。1.2卫星通信网络的定义在卫星通信技术的基础上，利用多颗人造地球卫星进行转发，建立多颗卫星和多座地面站的通信网络形式，就是我们常说的卫星通信网络。1.3卫星通信系统的发展1965年4月美国国家航空航天局发射Intelsat(晨鸟)标志着卫星时代的到来,其后几十年时间中固定卫星通信得到了巨大的发展。1979年7月国际海事卫星通信组织运行的Inmarsat(国际海事卫星通信系统)是世界上第一个提供全球性移动业务的卫星通信系统。其后推出的In-marsatP21系统可以支持膝上终端,服务范围也由海上发展到空中和陆地。20世纪80年代为适应移动通信业务发展的需要,发达国家和地区竞相开发新的、主要提供陆地移动业务的卫星通信系统,其中有加拿大的移动卫星系统(MSAT)、美国的陆地移动卫星通信系统(LMSS)、日本的4ETS陆地移动业务、欧洲的EUTELSAT陆地移动业务和澳大利亚AUSSAT的Mobilesat系统等。然而就真正支持手持终端的移动卫星通信系统而言,静止轨道卫星是无法胜任的。即将投入运营的系统则是面向第3代移动通信的系统,以“全球成为一村落”GlobalVillage为目标,采用崭新的低轨卫星技术,为手持终端提供多种业务的新一代全球卫星移动通信系统。（二)卫星通信过程中主要应用的技术2.1卫星通信CDMA技术卫星通信CDMA技术是根据用户需要和卫星的特点，用功率控制的手段实现导频信号的幅度变化，降低用户对星上功率的要求，减少多址干扰。卫星通信CDMA技术可利用多个卫星分集接收信息实现网络传递，大大降低了系统内耗和干扰的出现，改善了上星通信信息传输的可靠性。卫星通信CDMA技术具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便等特点，使之成为卫星通信中关键的技术核心。2.2卫星通信MPLS网络体系MPLS网络体系可以将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，是目前最有前途的网络通信技术之一。卫星通信MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分，其中用户层包括卫星手持移动终端、小型专用局域网用户、其他网络用户等。各结构和网络体系将信息有效绑定、标注和转发，实现卫星的通信功能。2.3卫星通信的抗干扰技术卫星运行在外太空，电磁环境复杂，统一受到太阳风、强磁暴等空间环境影响，导致出现信息干扰和信息失真，卫星通信的抗干扰技术主要依靠卫星传输链路中不同的抗干扰设备和统完成其功能，抗干扰设备和系统主要有DS/FH混合扩频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。在软硬件共同的作用下阻断电磁干扰、过滤杂波、屏蔽信号污染、实现程序监视等功能。(三）卫星通信技术的发展趋势3.1通信卫星体积的发展趋势通信卫星体积正在向大型化和微型化两个方向发展。其一，各国把通信卫星体积建造得越来越大，以便实现高灵敏和强处理能力。其二，各国推出小型通信卫星，用多颗小卫星组网构成卫星通信网络代替单颗大卫星，具有方便发射和成本低廉等优点。3.2卫星移动通信技术方兴未艾卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互5通信。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展，卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进，用手持机可实现方便接入卫星移动通信网，进行卫星移动通信。3.3卫星互联网技术兴起将卫星通信网络转化为互联网中数据上下交换的链路，可将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，还可以将下载和传输作为下行数据链路，利用卫星的特点实现地面随时连接互联网络。3.4卫星通信向宽带化发展为了满足卫星通信系统用户对大数据量和高负荷的需求，卫星通信技术已向拓展直EHF频段发展，扩大频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象，减少受电磁现象影响引发的信号闪烁和衰落，提高了卫星的抗干扰能力。使卫星通信部件尺寸和重量大大缩小和减轻，方便卫星搭载更多的通信设备。3.5卫星通信光通信化发展卫星光通信是利用激光进行卫星间通信，达到降低卫星通信系统设备质量和体积，提高卫星通信保密性等目的。3.6基于数字视频广播(DVB)的标准卫星数字视频广播(DVBS)和DVB卫星回传信道(DVBRVS)标准已经发展到了可以在家观看数字电视,由于使用的是MPEG2格式包和ATM单元存储数据,此标准同时也可支持基于IP标准的数据业务。DVB标准正在被不断发展和改进。例如:为了能够有效地利用带宽和对抗雨衰,自适应的编码调制方式已经在新的DVBS2标准中涉及到了。3.7星载开关未来宽带卫星网络采用星载开关,且与地面网络(特别是因特网)无缝结合。因此可以在宽带卫星网络中传输基于IP的业务。星载开关的应用使得将来的宽带卫星网络的波谱共享和QoS有了较大的改善。与现存的卫星网络采用2跳不同,星载开关通过连接1跳代替2跳,减少了延迟,节省了带宽和电量。而且,机载开关可以在不同的协议层被执行。使用了星载开关的宽带系统的一个例子是AS-TROlink的星载ATM开关,EuroSkyWay的星载开关(支持DVB,IP,ATM),以及AmerHis(集合DVBS和DVBRCS于一个多点波束的卫星系统)。63.8QoSaware机载开关未来的卫星系统应该支持IPQoS技术(例如IntServ和Diffserv)以便满足宽带多媒体应用的网络要求。在一个服从DVBS和DVBRCS标准的全网状卫星系统中,星载开关是业务传输的基石:他用于接收和集中由所有用户产生的业务,经过处理后将这些业务发送给接收者。这一系列操作过程应该将每一个业务流的QoS参数考虑在内。根据传输数据包种类的不同(使用DiffServ,IntServ,MPLS的IP数据报或MPEG帧),机载开关应该能够同时支持单流(perflow)和单类(percategory)QoS机制。3.9多协议标记交换(MPLS)带有内部卫星链路的非静止轨道卫星星座要建立网络不是一件容易的事情,因为他们的拓扑时刻改变。为了最大限度地使用网络容量,就需要特别关注路由和业务工程。针对这个任务,多协议标记交换是一个很好的候选协议,因为他能够很好地提供扩展业务的可能性并支持当今主流Internet传输协议。在MPLS中,路由分辨的任务就是在网络的边界标记出边缘路由器,如图2所示。这里诸如QoS或者流量工程等各种限制将被考虑在内。MPLS中的标记交换路由器仅需起到简单快速的标记交换的作用。7MPLS已经被提议用于具有多点波的GEO系统,主要起到减少星载开关复杂性的作用。3.10卫星间和平台间的光学连接为了满足日益增加的带宽,光学传输被认为是传统微波传输的替代。光波传输具有短波长的特点,允许采用非常窄的波束,因此可以减少星间链路(ISL)终端的重量、大小和能量消耗,而且由光学终端提供的带宽是无限的。用于星间光学连接(OISL)的德国航空航天中心(DLR)激光通信终端(LCT)由DLR资助的Tesat发展而来,他可以使用其先进的技术传输数Gb/s的数据。未来波长划分多路技术(WDM)将会在未来的系统中使数据率进一步提高。未来光学终端的应用包括GEO和GEO间的连接,地球同步数据转播卫星,光学主干网络,从地球观测卫星的光学下行链路到光学地面站网络等。尽管OISLs仅受卫星的微小振动的干扰,HAPs平台间的连接则遭受了严重的平台振动和大气扰动。紊动的大气导致了严重的振动和波前干扰,这会导致非常严重的衰减。现在的研究正在解决空气传输通道的建模,传输流程的最佳化和减轻大气扰动。上面都是对一些比较前沿的技术介绍,还有一些正在完善和改进的技术,例如:使用频率、天线技术、接入技术、传输层技术、软件无线电技术等等。（四）全球卫星通信的最新进展1)IP对卫星产业发展的驱动以Iirdium为首的GMPcs卫星通信系统的一连串失利给卫星产业的发展蒙上了阴影,但lP及计算机行业的发展却给以IP为基础的卫星产业的发展带来了新机遇。卫星手段的广域连接与广播、多播能力,可充分发挥以IP为基础的Intemet高速连接及多媒体远距离传送的优势。ITU及IETF已取得对电路交换及以IP为基础的网络的单一桥接标准,亦更有利于以IP为基础的业务的开展。一些产业分析资料还指出,200