卫星通信关键技术最新进展姓名：唐聪班级：1402015学号：14020150005摘要：随着经济全球化的发展，人们对于移动通信的需求增加，同时军队对于卫星通信的要求也越来越高。

为满足未来移动通讯的发展需要，新一代的卫星通信系统应该具备速率快、覆盖广等优点本文从分析目前卫星通信系统出发，简述卫星通信系统的关键技术及最新进展，并对未来卫星通信系统的发展进行展望，以作为相关人员的参考。

目录0引言 (3)1卫星通信 (3)2卫星通信系统的特点及面临的问题 (3)2.1卫星通信的特点 (3)2.2功能 (3)2.3卫星通信发展历程 (3)2.4卫星通信面临的问题 (4)3卫星通信系统体系结构 (4)3.1体系结构分类 (4)(1)交互式宽带卫星Internet接入系统结构； (4)(2)非对称宽带卫星接入系统结构； (4)(3)宽带卫星骨干传输系统结构。

(4)3.2应用方面 (4)4卫星通信关键技术及进展 (4)4.1随机接入技术 (4)4.2多波束天线 (4)4.3星上处理 (5)4.4星间链路 (5)4.5卫星频谱资源 (6)4.6星地融合通信 (6)4.7卫星宽带通信 (6)5卫星通信发展展望 (7)5.1通信卫星的发展趋势 (7)5.2卫星通信的演进 (7)5.3卫星通信的结合 (8)5.4卫星通信宽带化 (8)6结论 (8)7参考文献 (9)0引言通信卫星始于1964年，当年在美国成立了国际通信卫星组织INTELSAT。

1965年，美国发射了第一颗商用通信卫星晨鸟号（“Early Bird”）。

之后，卫星通信技术及其应用蓬勃发展，取得了巨大的成功。

除了在军事领域中发挥着关键性的作用以外，卫星通信还为人们提供丰富多彩的电视广播和语音广播，为地面蜂窝网络尚未部署的偏远地区、海上和空中提供必要的通信，为发生自然灾害的区域提供宝贵的应急通信，为欠发达或人口密度低的地区提供互联网接入等…但是卫星通信自身存在的弱点却使得它长期以来一直作为地面固定、无线或移动通信系统的一种补充通信方式。

例如：对于网络层存在的传输时延长、丢包率高及链路干扰等问题，需要采用新的算法和协议对网络层进行优化，从而使卫星通信适合于个人移动通信和宽带互联网接入；在物理层，由于卫星通信的视距传输特性，限制了部分区域特别是繁华市区的用户接入卫星网络，需要采用新的通信网络架构来推进卫星通信网络和地面通信网络的融合。

近期，卫星通信新技术的迅速发展和通信商业市场需求的不断增长，极大地促进了卫星通信业务和通信模式的创新发展，使当前成为卫星通信历史上最活跃的时期之一。

1卫星通信卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站的两个或多个地球站相互之间的无线电通信，是微波中继通信技术和航天技术结合的产物。

卫星通信的特点是通信距离远，覆盖面积广，不受地理条件限制，且可以大容量传输，建设周期短，可靠性高等。

2卫星通信系统的特点及面临的问题2.1卫星通信的特点卫星通信与其他通信方式比较，有以下几个方面的特点。

(1)传输速率高；(2)为了独立于地面网络，多数卫星宽带通信系统使用微波或激光星间链路实现卫星互连，构成空间骨干传输网络；(3)由于卫星链路的传输损耗大，在高速传输情况下，要求用户使用具有较大口径的天线。

因此，短时间内卫星宽带系统将无法支持手持终端移动中的高速通信。

(4)通信距离远，且费用与通信距离无关。

从图16.2中可见，利用静止卫星，最大的通信距离达18100km左右。

而且建站费用和运行费用不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上的自然条件恶劣程度而变化。

这在远距离通信上，比微波接力、电缆、光缆、短波通信有明显的优势。

(5)广播方式工作，可以进行多址通信。

通常，其他类型的通信手段只能实现点对点通信，而卫星是以广播方式进行工作的，在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点都可以设置地球站，这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双边或多边通信，即进行多址通信。

另外，一颗在轨卫星，相当于在一定区域内铺设了可以到达任何一点的无数条无形电路，它为通信网络的组成，提供了高效率和灵活性。

(6)通信容量大，适用多种业务传输。

卫星通信使用微波频段，可以使用的频带很宽。

一般C和Ku频段的卫星带宽可达500～800MHz，而Ka频段可达几个GHz。

(7)广域复杂网络拓扑构成能力。

卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术，可按优良的价格性能比提供宽广地域范围的点对点与多点对多点的复杂的网络拓扑构成能力。

2.2功能(1)为用户或用户群提供Internet骨干网的高速接入；(2)作为骨干传输网络，连接不同地理区域的Internet网络运营商。

2.3卫星通信发展历程宽带卫星通信大致可分为三代：第一代：从20世纪80年代到2004年，用户的可用速率为56～256kbit/s。

第二代：2005－2007年发射建立的系统，用户的可用速率为256kbps～5M bps。

第三代：从2008年开始计划的系统，用户的可用速率最高可达到20Mbit/s。

2.4卫星通信面临的问题(1)随着数据传输速率的提高，传输带宽需求也增大，Ka频段可以满足带宽和高速率传输求。

(2)Ka频段数据传输面临的最大问题是降雨衰减问题，雨衰可达20-30dB，链路设计需要留余量。

(3)在保证链路可用度的情况下，降雨储备余量会很大，并且这些储备余量只在一年中的小部分时间里是需要的，而大部分时间将会被闲置起来，没有被充分利用，造成系统资源严重浪费。

3卫星通信系统体系结构3.1体系结构分类(1)交互式宽带卫星Internet接入系统结构；(2)非对称宽带卫星接入系统结构；(3)宽带卫星骨干传输系统结构。

3.2应用方面(1)面向用户和业务需求的变化：从面向节点和团体小用户到面向大量的个人用户。

通信业务从之前主要以话音业务转变为以视频、数据、话音和Interne t等综合业务，形成通信业务与广播、点播业务相结合。

(2)移动卫星通信方面支持手持机。

(3)在宽带多媒体卫星通信方面支持便携的小型终端：0.5m口径以下的小型化终端支持信息下载速率可达每秒几十兆比特。

4卫星通信关键技术及进展4.1随机接入技术随机接入技术随着移动通信系统而逐渐进步发展着。

起初，随机接入技术的提出是为了解决计算机资源紧缺问题，令分散的无线电通信站自由访问中心计算机，其特点是发送与接收过程随机。

随后，将随机接入技术与卫星通信系统进行结合，依照卫星通信系统的标准及特点进行技术方案的改进，逐渐形成了较为成熟的OFDM体制。

随着OFDM体制的发展，由于其实现简单、配置灵活等优点，成为新一代卫星通信系统的备选技术方案。

但由于其功率受限，可能会影响卫星移动通信系统的工作效率。

而作为终端与通信网进行交互的第一步，随机接入技术是影响通信系统能否正常运行的关键。

通过优化随机接入信号格式，并采用卡尔曼滤波的卫星移动终端同自主定位算法等可有效提高随机接入过程的精确度，减小对于卫星移动通信系统的影响。

4.2多波束天线天线技术是卫星通信的关键技术之一，由于卫星通信链路传输距离很远造成了信号衰减很大，为了保证稳定可靠的通信，需要地面站采用高增益天线和高灵敏度接收机，因此天线的尺寸和成本成为限制卫星通信发展的严重障碍。

近期卫星通信天线的发展已经转向了多波束天线。

传统的天线技术为简单的标准圆或椭圆波束天线，后来随着通信卫星的发展，天线技术逐渐发展为多波束成型大天线。

目前，天线技术主要用于地球同步卫星系统。

例如亚洲蜂窝卫星系统采用12米口径和瑟拉亚系统的12．25米口径大天线等。

而应用于低轨卫星星座系统的天线技术需具备双栅、正交、反射器赋形等特性。

实际上，通过天线波束成型、多重波束蜂窝结构及智能化天线技术的应用，可有效提高频谱利用率，从而实现多重频率的再利用，满足通信能力要求。

多波束天线（Multiple Beam Antenna）从2000年开始迅速发展，由于它能够实现高增益的点波束覆盖，又能在广域覆盖范围中实现频率复用，从而在卫星通信天线系统中得到广泛应用。

多波束天线与数字波束成形不同，它使用大量的点波束实现广域范围覆盖，可用带宽被分为很多个子波段，从而在大量空间独立的点波束之间可以实现每个子波段的复用，这与地面蜂窝通信网络相似，显著地增加了频谱利用率和卫星通信容量。

卫星通信系统中使用多波束天线的主要问题是相邻波束之间的干扰，使用频谱分配技术可以降低干扰的影响。

多波束天线技术提高了转发器的功率使用效率和频谱资源利用率，是发展大容量卫星通信系统和增强卫星通信市场竞争力的关键技术。

目前，多波束天线已经广泛应用在移动卫星通信业务（Inmarsat，Thuraya，ACeS，Iridium等），区域性直播星（DTV-4S，DTV-7S，Echostar-10，Echostar-14等），个人通信卫星（ViaSat-1，Jupiter-1，Anik-F等）和军事通信卫星（WGS，MUOS等）之中。

4.3星上处理通过星上处理技术可以满足卫星平台的调制解调、星上交换、星载校准等，此技术的建立成功解决了卫星移动通信系统的传输时延长的问题。

星上处理技术包括三种模式，即全透明转发、部分处理交换和星上交换处理。

其中，全透明转发的优点是技术体制适应性强、风险小，缺点是双跳通信延时长、实时性差。

星上处理交换的优点是服务实时性好、资源利用率高，缺点是技术成熟性不高、适应性差、可靠性差。

而部分处理交换的优缺点介于两者之间。

对于低轨卫星星座系统来说，星上处理技术是其实现全球移动通信所必需的关键技术；而对于地球同步系统而言，由于星上处理技术难度较大，暂且不适用与该系统。

传统的通信卫星特别是GEO卫星采用的是简单的弯管式转发器。

近年来，用户对高数据率传输和无缝覆盖的交互式多媒体服务的需求快速增长，促进了宽带通信卫星的迅速发展，使得采用先进的星上处理（OBP-Onboard Processing）、星上交换技术与现有的综合业务数据网（ISDN）和因特网的融合变得非常有必要，这极大地推动了OBP技术的发展。

OBP可分为再生式和非再生式两种处理方式。

再生式OBP是卫星对接收的信号先在基带解调解码得到所传输的数据流，然后对数据流进行交换和重新合路，再重新将信号编码调制为新的数字调制信号；非再生式OBP是卫星对接收到的信号不进行解调解码而直接做相应的信号处理。

OBP 最重要的作用在于支持星上交换，再生式OBP可在星上获得各路信号所传输的数据流，从而能支持任何方式的交换，如ATM交换、IP交换或电路交换等。

如果在星上实现了IP交换，则卫星网络与地面互联网的融合将变得非常简单和方便，因而兴起了星上IP交换研究与应用的热潮，许多原计划采用ATM交换的卫星通信系统都改用了IP交换，例如Spaceway、Astrolink、SkyBridge等…同时，OBP 技术的使用增强了点波束天线的信号功率和方向性，从而减小了用户终端的尺寸和灵敏度要求，使得用户能够使用小型且廉价的终端进行通信，并可实现高数据率业务（如多媒体视频）。