卫星通信技术论文

卫星通信技术摘要：主要是围绕卫星通信展开一系列介绍，根据卫星通信的发展背景，阐述了卫星通信的发展过程，现状及存在的问题，进一步分析了卫星通信技术的发展趋势。最后阐述了卫星通信技术的应用领域及前景。背景：卫星通信自20世纪40年代提出，并经过半个多世纪的发展，已逐渐成为区域与跨洋通信、国家基础干线通信、国际军事通信、行业及企业专网通信乃至个人通信的重要手段。进入到21世纪，卫星通信面临地面高密度、大容量光纤通信的严峻挑战，但随着信息全球化、互联网、数字多媒体通信以及视频、音频业务的增长，通信个体化、机动性及无缝覆盖的需求，卫星通信已转向其具有独特优势的方向发展。卫星通信是现代通信技术、航空航天技术和计算机技术结合的重要成果。卫星通信是当今主要的通信方式之一，在国际通信、国内通信、国防、移动通信及广播电视等领域，得到了广泛的应用。卫星通信与其他通信手段相比，具有频带宽、容量大、适于多种业务、覆盖面积大、性能稳定、不妥地地理条件限制等诸多优点，特别是国际通信卫星、国际卫星移动通信等是近年来的研究热点。从卫星通信早期的设想到卫星通信广泛应用的今天，卫星通信大致经历了设想阶段、试验阶段和实用阶段。而每一阶段都有一些标志性的重大事件，见证了卫星通信的发展：卫星通信的设想最早出现在1945年10月英国空军雷达专家阿瑟．克拉克在《无线电世界》杂志上发表的著名论文“地球外的中继站”中，他设想在赤道上空、高度为35786km处设置1颗卫星，以与地球同样的角速度绕太阳同步旋转，就可以实现洲际间的通信。二十年后这一设想才变成了现实。通过不断研究和试验，1964年8月美国发射的第三颗”新康姆”卫星定位于东经155°的赤道上空，通过它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验，并于1964年秋用它向美国转播了在日本东京举行的奥林匹克运动会实况。至此，卫星通信的早期试验阶段基本结束。20世纪60年代中期，卫星通信进入实用阶段。1965年4月，西方国家财团组成的”国际卫星通信组织”将第1代”国际通信卫星”(IN—TELSAT—I，简记IS—I，原名晨鸟)射入西经35°w的大西洋上空的静止同步轨道，正式承担欧美大陆之间商业通信和国际通信业务。两周后，原苏联也成功地发射了第一颗非同步通信卫星”闪电一1”进入倾角为65°、远地点为40000km、近地点为500km的准同步轨道(运行周期12h)，对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。这标志着卫星通信开始了国际通信业务。20世纪7O年代初期，卫星通信进入国内通信。1972年，加拿大首次发射了国内通信卫星”ANIK”，率先开展了国内卫星通信业务，获得了明显的规模经济效益。地球站开始采用21m、18m、10m等较小口径天线，用几百瓦级行波管发射级、常温参量放大器接收机等使地球站向小型化迈进，成本也大为下降。此间还出现了海事卫星通信系统，通过大型岸上地球站转接，为海运船只提供通信服务。20世纪80年代，VSAT(VerySmallApertureTerminal，甚小口径终端)卫星通信系统问世，卫星通信进入突破性的发展阶段。VSAT是集通信、电子计算机技术为一体的固态化、智能化的小型无人值守地球站。VSAT技术的发展，为大量专业卫星通信网的发展创造了条件，开拓了卫星通信应用发展的新局面。20世纪90年代，中、低轨道移动卫星通信的出现和发展开辟了全球个人通信的新纪元，大大加速了社会信息化的进程发展趋势：随着卫星通信技术的进步和卫星通信能力的提高，卫星通信应用范围愈来愈广泛，服务水平愈来愈提高。在当今地面通信飞速发展的情况下，卫星通信在发展市场中虽然遇到很大的困难和风险，甚至遭受重大挫折，但由于它的不可替代的特点决定了它仍要发展和应用。因此，从全局和长远来看，未来卫星通信的发展前景仍是光明而美好的。(1)地面电信网通常由交换网、传输网和接入网组成，现代卫星通信技术都可实现上述功能。技术上卫星通信系统已能做到不依赖地面电信网独立成网，直接向公众提供各种通信服务。这对有通信需求但无地面通信设施或建立地面通信设施不经济的地区有重要意义。这些地区是发展卫星通信业务的主要市场。(2)随着卫星固定通信业务和卫星直接广播业务用户终端进一步小型化和可移动性，与卫星移动通信业务用户终端的区别将减小；同样，随着卫星直接广播业务由单向电视和声音广播向双向多媒体通信业务发展，卫星直接广播业务与卫星固定通信业务的区别也将减小；此外，这三种业务都在往宽带多媒体通信业务发展。这三种业务同一性增加、互异性减小的趋势，体现了这三种业务正在往融合方向发展，这种发展将更妤地适应人们进行各种活动的需要。(3)各种卫星通信网与多种地面业务传输网将进一步互连互通,成为地面业务传输网不可缺少的补充和延伸，并与地面通信网一起联合组成全球无缝隙覆盖的海陆空立体通信网。地面电信网、计算机网和有线电视网将继续往三网融合方向发展。自然，作为地面三网补充和延伸的卫星通信网也参与了融合。其步骤是不同性能和用途的卫星通信网先分别接入各种地面通信网发挥它们的作用，然后随着地面三网融合很自然地成为四网融合。(5)宽带多媒体卫星通信将会有重大发展，将成为地面信息高速公路的一个重要组成部分。它将为正在到来的信息化社会提供各种服务。卫星移动通信业务将会由小到大逐渐发展起来，将成为个人通信业务一个不可缺少的组成部分。在第二代地面移动通信业务基础上发展起来的第三代移动通信业务将包含卫星移动通信业务。第三代移动通信业务的开通和进一步发展将使人们进入真正的个人通信时代。存在的问题：卫星通信系统由于远距离传送数据，衰减噪声和干扰等影响，信号在传输过程中将产生畸变。如果要保证通信质量，就需要增大Eb/No。但是，一般的卫星通信都是非实时、功率受限的。对于要求越来越高的卫星通信系统，高的传信率和低的误码率就成为了衡量系统好坏的一个标准。因此必须使用相应的信道编码进行检错和纠错。在数字通信系统中利用信道编码进行差错控制的方式主要有三种：反馈重传方式、前向纠错方式和混合纠错方式。卫星通信区别于地面无线通信的一个明显特点是卫星通信系统的端到端之间存在很大的链路传播延时。前向纠错方式在采用合适的信号编码方案后，可以尽可能小的编码冗余获得优良的差错控制性能，同时避免星上设备过于复杂。目前在卫星通信中，得到公认的较好的差错控制方式是前向纠错方式。①卫星通信信道既是功率和带宽受限的信道，又是非线性信道。随着通信容量的日益增加，频谱资源日趋紧张，致使信道间互相干扰的问题相当突出，这不仅要求调制信号的频带占用尽可能小，频带利用率要尽量提高，而且要求调制信号具有快速高频滚降的频谱特性，从而使调制信号通过带限和非线性处理后具有尽可能小的频谱扩散。②目前，针对卫星通信大容量和星间组网的需求，为提高卫星通信的优势，在成本上、服务质量上必须不断提高水平。卫星只有具有星上交换和处理能力，才能更好地满足要求。这使得星上采用的调制/解调技术必须具有较高的功率和频谱效率、较低的实现复杂等特性。同时当卫星通信使用Ku、Ka等频段时，受雨衰影响较严重，要求调制/解调技术具有好的功率效率，减小信道衰落带来的影响。从卫星系统网络同步要求考虑，调制/解调技术应具有优良的同步性能，并要有与地面通信网的兼容性。③评价各种调制/解调技术的优劣，在满足以上各种要求的基础上，对其实现的复杂性、频带利用率和功率效率应作重点考虑。在具体实现过程中，应尽量采用经过充分验证的成熟技术，采用高效率的解调技术，降低接收机的功耗，尽量减小设备的体积重量，保证实现的可靠性。应用领域与前景：近年来，卫星通信技术尤其是国外卫星通信技术有了长足的发展，无论是在军事还是商业领域都不断有新型高质量、大功率、长寿命的卫星发射升空，新的卫星通信技术不断涌现。社会需求是发展卫星通信技术的原动力。今天和将来人们对信息的需求已不满足于传统的通信服务，更感兴趣的是多媒体之类的服务如：无线Internet；直接到家的娱乐、Direct-TV；移动语音和数据通信；组播和交互TV；3G、I-Phone等。随着卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直接广播3种通信方式融合，地面电信网、计算机网和有线电视网三网融合，各种卫星通信网与各种地面通信网互联互通，未来的通信网必将是一个包括地下的光缆，地面的微波和蜂窝移动通信，低轨道、中轨道以及静止轨道的通信卫星系统组成的服务于全球的混合通信网。它们之间既可以单独组成通信系统，又可以在不同系统间互连互通，真正构成全球无缝隙覆盖的天地一体化的海、陆、空、天共用的能够提供各种宽带和多种业务的综合通信网。它标志着真正个人通信时代的到来。参考文献：《现代通信技术》张敬堂主编，国防工业出版社《卫星通信系统》郭庆、王振永、顾学迈编著，电子工业出版社