宽带卫星通信系统关键技术探讨

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[摘 要]本文从宽带卫星通信系统的概念入手，简单介绍了宽带通信卫星星座系统，有静止轨道、中低轨道以及静止轨道和非静止轨道卫星的混合。然后阐述了现代宽带卫星所面临的问题，比如说：延时太长和时延抖动、功率的管理繁忙等。接着深入探讨了宽带卫星通信系统的技术，即卫星ATM网络、星上处理技术、星间链路、波束成形技术等。

[关键词]宽带卫星 通信系统 关键技术

中图分类号：F840.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）40-0308-01

随着经济的快速发展，科学技术也火力全开的发展着，因此，技术研发和人们日常生活对通信技术的要求也变得越来越高。因为很多通信的项目，都需要质量的保证，因此，对卫星通信的系统的依赖便越来越强。近年来，宽带卫星通信系统由于自身重量轻，信号覆盖面积广，性能稳定，以及研制和发射费用都较低的独特优势，在全世界内得到了广泛的研究和应用，逐渐成为现代信息传播的重要手段。为促进卫星通信系统的发展，对其关键技术的探讨也是必不可少的。

1 宽带卫星通信系统

1.1概念

卫星宽带通信系统，俗称卫星宽带或卫星上网，就是卫星通信与互联网相结合的产物，具体来说指的是通过卫星进行语音、数据、图像和视像的处理和传送。通过同步轨道卫星、非静止轨道卫星或两者的混合卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。常见的宽带卫星业务基本是使用Ku频段和C频段，但Ku频段的应用已经非常拥挤，故计划中的宽带卫星通信网基本是采用Ka频段。

1.2 宽带通信卫星星座系统

由于轨道低，每一颗卫星所能覆盖的通信范围相对较小，如果要使全球都能被覆盖上通信信号，那么需要把几十颗卫星按照一定的形状进行编队，从而组建成一个全球系统，形成卫星星座。目前国际上已发射或者是即将发射的系统有十几个，这些系统采用的技术手段也是多种多样。

1.2.1静止轨道

在赤道的平面上运行的卫星一般是静止轨道的通信卫星星座系统，因为它实现覆盖全球的功能只需要使用三颗卫星，目前已经存在的是美国的ASTROLINK系统、日本的WINDS系统、欧洲的EUROSKYWAY系统等。但就实际情况而言，因为卫星的轨道高度相对较高，传播路径的损耗较大，使得传播的信号会有一段较长时间的延迟，大概是250-280ms，而且音频和视频的传输质量也不太令人满意。

1.2.2中低轨道

可以在任意两个用户之间建立实时通讯、完成实时交互式的业务，是中轨道和低轨道通信卫星系统能满足的，因为他们的传播信号延时情况只有110-130ms、20-23ms。而且系统中的卫星都是可以进行批量化生产，形成规模经济，从而降低每一颗卫星的造价和发射费用。但不足之处是这些系统中的卫星会带来一个较为复杂和系统控制和网络管理问题；除此之外，中轨道和低轨道的卫星通信系统需要很多数量的卫星，才能完成覆盖全球的功能。比如说：美国的TELEDESIC卫星系统最初使用了840颗卫星，欧洲的SKYBRIDGE由最初的64颗增加到80颗。

1.2.3静止轨道和非静止轨道卫星的混合

静止轨道的卫星在语音和交互式视频业务方面，因为延时的长度太长而不如非静止的卫星，但就使用的卫星数量和发射费用而言，静止轨道又比非静止的卫星造价更低。因此，如果建立静止轨道和非静止轨道卫星的混合星座系统，可以更广范围的进行覆盖，更短延时的进行信号传播，比较适合一些组播和广播等项目，比如说，美国的CYBERSTAR和欧洲的SKYBRIDGE就组成了一个混合系统，形成战略联盟进而轻松的开拓卫星市场的相关业务。

2 现代宽带卫星所面临的问题

2.1 延时太长和时延抖动

传输过程的时延、星上交换和处理的时延、上下行链路传播的时延等基本构成了宽带卫星系统在传输信号和数据时所经历的各种时延，这些时延的长度也就组成了总时延的长度。因为静止卫星系统一般情况下是固定的，相对于地面而言，所以在信号传播的过程中基本上没有切换，因此拥有相对固定的时延。非静止卫星系统虽然时延比静止系统短小，但因为其会随着卫星的移动、切换等状态而发生变化，出现一些细小的时延。

2.2 功率的管理繁忙

C频段是经常会发生拥挤现象的一个频段，主要是因为运作大型业务的通信卫星常常运行在4-6GHz的C频段，拥挤发生后又会导致信号的堵塞、时延的加长，造成信号传播的不畅。为了改善这一现象，运营商多开始使用11-14GHz的Ku频段，一般是采用两者结合的方式进行保守的发展。一旦Ku频段也发生拥挤现象时，则运营商会继续投入到全Ka频段的通信竞争中。

3 宽带卫星通信系统的技术

3.1 卫星ATM网络

基于ATM技术发展的复杂的星上交换、星上处理、星上路由等技术可以直接将信息从上行链路传递到指定的下行链路点波束上，这种方式能够在一定程度上减短信号传播的时间。多频时多分址接入技术、时分复用技术的采用，对于在Ka频段工作的静止轨道系统而言，能够在不同地区、但在同一点波束内的用户接入其中，从而实现语音、视频和数据的传播，实现用户之间的资源共享。

3.2 星上处理技术

卫星、用户站和网络主控制站组成了一个传统意义上的弯管模式卫星系统。在这个系统内的用户必须建立TDMA同步和时隙同步。当结成同步状态后，用户把关于目的地、吞吐量等请求发送至网络主控制站，然后主控制站开始检查卫星的相关资源，比如说：频道是否可用、发射功率是否在标准范围内等。当这些检查都通过以后，主控制站即接受连接的请求并为客户分配信道，然后进行数据的传输。

3.3 星间链路

卫星之间的通信链路就是星间链路，即是指在空间内建立一个通信子网，利用卫星之间的可靠性和高容量性进行通信，尽可能的节约地面的资源。星间链路既可以存在于同一轨道的卫星之间，也可以存在于异轨道中，且都会产生一部分传播时延。非静止卫星系统会因为卫星的移动状态和自适应路由技术而不间断的改变星间链路，而静止卫星系统中的星间链路时延是不会改变的。

3.4 波束成形技术

通信天线是宽带卫星通信系统中常用的天线，主要包括全球波束、区域波束、点波束天线等。全球波束天线的半功率角宽度恰好覆盖卫星对地球的整个视区。而区域波束和点波束天线则拥有较小的半功率角宽度，能够集中的满足某一特殊地区的通信要求。

4 结语

对于宽带卫星通信系统的研究已经进入第四代了，这种结合了IP、ATM和相关的卫星技术的通信网络具有众多的优点：高利用率的带宽、覆盖地面广等。但在实际的运用过程中，人们要求的通信质量问题还存在一定的缺陷，因此在这一方面还需要有关研究人员深入探索，积极研发，发展更高级的卫星通信网络，提高通信系统的使用质量。

参考文献：

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