卫星通信系统的发展及其关键技术_罗文

２０１３年第１期（总第１２３期）

信息通信

INFORMATION&COMMUNICATIONS

２０１３

（Ｓｕｍ．Ｎｏ１２３）

卫星通信系统的发展及其关键技术

罗

文

（中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局，广西南宁530048）

摘要：卫星通信技术中星上处理(OBP)和异步传输模式(ATM)被认为是未来通信的发展方向和核心技术，本文针对卫星

通信技术目前的发展现状，通过分析其在当今通信行业中所处的地位、作用以及面临的挑战，总结其关键技术，给出未来通信的发展方向，这对以后的卫星通信研究具有重要意义。关键词：星上处理；异步转移模式；宽带IP；卫星通信中图分类号：TN927.2文献标识码：A文章编号：1673-1131（2013）01-0157-02

1卫星通信系统的发展现状及难点

1.1卫星通信发展现状

卫星通信技术发展十分迅速，20世纪60年代时，卫星通信只是在军事上得到了应用，到了70年代时，卫星通信的发展达到了顶峰，90年代时，光纤通信诞生了，这对卫星通信造成了一次冲击，但卫星有它自己独特的特点，如卫星具有多址连接方式、可以按需分配带宽等特点，这些是光纤通信所不能及的，所以卫星通信在偏远地区，越洋通信中被优先选用。星上交换作为卫星通信的核心部分，受到国内外学者的深度研究，星上技术结合ATM，使得卫星ATM技术成为卫星领域的一个研究热点。目前许多国家就卫星ATM已经展开了深入研究，期望在未来有一个质的飞跃。

2.2智能天线系统

降雨以及大地对电磁波的吸收从很大程度上导致高频段

的卫星ATM网络产生突发错误，而且卫星本身也存在各种限制和随机错误，这就需要通过智能天线的多波束来覆盖到更广的区域，例如，可以采用多波束快速跳变系统；同时在低轨道系统中采用蜂窝式天线来实现跟踪和同频复用功能；星上和同步轨道系统要想构成蜂窝式覆盖图就必须要采用相控阵列天线。

2.3多址接入技术

针对接入方式，ATM/TDMA多址接入方式比FDMA和CDMA更适合星上处理卫星对多址接入的要求，因为此种方式有较好的信息传输角度、网络应用灵活性好等特点。但是，TDMA方式对速率和发射功率要求很高，这在无形中就增加了解调器的实现难度，同时也增加了载波功率与噪声功率密度的比值的要求。为了克服上述问题，该领域专家提出了一种新的方式，采用多频质的TDMA，即MF-TDMA(MultipleFrequency-TDMA)多址接入技术，它是将FDMA于TDMA相结合，这样可以降低每个TDMA链路的接入速率和调制解调器的工作速率，同时对上行链路的值C/N0(C/N0=E/N0*Rb)的要求也减弱了。

1.2现今卫星通信遇到的难点

（1）卫星通信的成本因素。众所周知，在长距离通信中，最需要的技术就是卫星通信，因为卫星通信具有通信容量大、覆盖地域广、不受地理条件限制和通信方式机动灵活等优点。但是随着对通信资费的调整后，长途通信费用大幅下降，但卫星的转发器费用却并没有因此而改变，因此使得卫星通信成本还是很高。

（2）卫星通信中宽带IP问题。当前，宽带IP卫星通信中基本上都是采用ATM传输技术，因为ATM的性能可以满足欧美等地的性能指标要求。但当系统采用RS块编码、交织以及FEC技术时，虽然提高了卫星链路的传输质量，却也在无形中增加了卫星ATM实现的复杂度，这与现在运用的卫星通信技术是不相同的。

（3）卫星通信中数据速率问题。当前是信息时代，需要有更加快捷的方式来及时地传输信息，而传统的基于频分复用和码分复用技术已经无法满足卫星通信的需求，随之出现了分组交换技术；同时，长距离的传输也带来了延时问题，这就需要通过快而有效的方法来解决延时对实时数据的影响问题。

2.4卫星激光通信技术

卫星通信要求速率很高，这就需要采用激光进行通信。卫星通信采用激光可以提升卫星的通信量和保密性，减轻了卫星的重量和大小；在大气层外，没有大气的干扰，通信更加准确，同时也降低了误码率；运用激光可以提升数据的传输速率以及系统的可靠性；同时卫星通信也互不干扰，最主要的是，采用激光通信可以大幅度地降低延时，使信息能够得到及时传输，激光的这些优点都被发挥得淋漓尽致。有专家预测，激光技术运用到卫星通信中将是很有前途的，对通信行业的发展起到不可替代的作用。

2卫星通信系统中的关键技术

2.1数据压缩技术

随着科学技术的发展，数据压缩技术已经发展得很成熟，尤其是在数据处理相关领域。数据压缩可以给通信带来很大的方便，例如节约了时间、提高了频带利用率、节约了存储空间等。数据压缩标准有很多，但被人们广泛采用的标准主要是对静止图像压缩编码的ISO标准以及CCITT的H.26标准。而在卫星通信中主要采用的是MPEG62，该项技术主要是面向对象的，而且在多媒体同步方面发挥了很好的作用，同时它的实时交换、实施表现等方面也做得很完美。

2.5信道纠错编码技术

众所周知，在卫星通信中难免会产生错误，尤其是在卫星

通信的过程中。ATM信元在面对突发错误时会产生很大的错误。在ATM信元中，位于ATM信头的最后一个字节是信头差错控制(HEC),它主要是通过检测和纠正单比特错误以及检测是否有多比特来保护ATM信头。所以，在出现丢失信元或者信元误插现象时，主要是由于HEC在多比特发生错误时没有发生作用。因此提出了采用交织技术来降低信元丢失率和检测不出错误的概率来保护ATM信头、改善信息的传输质量。采用MF-TDMA的多址接入方式的星上ATM系统可为不同的地球站提供不同的QoS服务，而不同的QoS需要不同

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