衛(wèi)星移動(dòng)通信三大關(guān)鍵技術(shù)

移動(dòng)衛(wèi)星通信關(guān)鍵技術(shù)主要集中在系統(tǒng)、衛(wèi)星、地面三個(gè)方面。當(dāng)前衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展呈現(xiàn)移動(dòng)終端小型化、通信業(yè)務(wù)寬帶化的特點(diǎn)。

自全球第一個(gè)商用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)Inmarsat系統(tǒng)開始，衛(wèi)星移動(dòng)通信發(fā)展迅速。近20年來，各類衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋，通信業(yè)務(wù)已延伸到海洋、陸地及空中。

相比早期的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，當(dāng)前衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展呈現(xiàn)兩個(gè)特點(diǎn)。移動(dòng)終端小型化：支持包括手持機(jī)在內(nèi)的多種移動(dòng)通信終端；通信業(yè)務(wù)寬帶化：除傳統(tǒng)的窄帶話音服務(wù)外，還提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和Internet多媒體通信服務(wù)。

與衛(wèi)星固定通信相比，衛(wèi)星移動(dòng)通信具有如下技術(shù)特點(diǎn)：有限的衛(wèi)星功率與移動(dòng)用戶低天線增益之間的矛盾突出；用戶天線多為具有弱方向性的低增益天線，傳播信道存在多徑效應(yīng)和多普勒頻移；覆蓋范圍廣，眾多用戶共享有限的衛(wèi)星頻率與功率資源；移動(dòng)用戶具有較高的機(jī)動(dòng)性，有小型化及漫游管理要求�？紤]到衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀，衛(wèi)星移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)可分為系統(tǒng)、衛(wèi)星和地面技術(shù)三個(gè)方面。 

系統(tǒng)技術(shù)

體系結(jié)構(gòu)與通信體制：體系結(jié)構(gòu)對(duì)于衛(wèi)星移動(dòng)通系統(tǒng)而言，需要綜合考慮空間段、用戶段和地面段三個(gè)部分。空間段可以由單一衛(wèi)星構(gòu)成，也可以由多顆衛(wèi)星構(gòu)成；地面段采用分布式管理或者集中管理；用戶段包含多種終端類型，單模或多模，甚至可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面網(wǎng)絡(luò)的兼容。這些都影響著整個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。

受通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的限制，通信體制上接入方式可以選用傳統(tǒng)的TDMA方式，如GMR-1，GMR-2等體制，也可以考慮采用較新的CDMA方式，如WCMDA，抑或采用混合體制(上行CDMA，下行TDMA)。通信體制研究的難點(diǎn)問題包括同步技術(shù)、多址接入技術(shù)和功率控制技術(shù)等方面。

移動(dòng)性管理：移動(dòng)性管理是移動(dòng)通信系統(tǒng)必須要解決的問題，它包括位置管理和切換管理兩方面。目前新型的移動(dòng)通信衛(wèi)星多采用多波束實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)區(qū)的無縫覆蓋，伴隨波束越來越窄的趨勢(shì)，移動(dòng)性管理的要求日益突出。雖然地面已有成熟的移動(dòng)性管理技術(shù)，但在衛(wèi)星應(yīng)用上還要做適當(dāng)修改，尤其是對(duì)于低軌衛(wèi)星而言，多星覆蓋及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)時(shí)變化的特點(diǎn)，對(duì)移動(dòng)性管理提出更高的挑戰(zhàn)。 

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通：衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)需要具備與其它網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的能力。一般在與其它網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通方式上，采用網(wǎng)絡(luò)層面完成的松耦合方案。衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與其它地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通僅在網(wǎng)絡(luò)中形成，而各自的無線接入網(wǎng)絡(luò)則保持獨(dú)立。采用輔助地面組件ATC(AncillaryTerrestrialComponent)技術(shù)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，可以構(gòu)成天地一體化的無縫覆蓋移動(dòng)通信系統(tǒng)，終端可以在地面網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星之間自由無縫切換。這一動(dòng)向代表了移動(dòng)衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。 

衛(wèi)星技術(shù)

移動(dòng)通信衛(wèi)星技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)主要集中在星載大型可展開天線技術(shù)、多波束形成技術(shù)、星上處理交換技術(shù)等方面。

星載大型可展開天線與多波束形成技術(shù)：對(duì)于靜止軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)而言，為支持地面手持移動(dòng)終端，克服傳播距離長(zhǎng)導(dǎo)致的信號(hào)衰減和星上發(fā)射功率有限等困難，需要借助大型星載天線技術(shù)和多波束技術(shù)，在保證覆蓋范圍的情況下，提高波束的有效全向輻射功率(EIRP)。 

星載處理交換技術(shù)：目前星載處理交換技術(shù)包括全透明轉(zhuǎn)發(fā)、透明處理轉(zhuǎn)發(fā)和全處理三種模式。全透明轉(zhuǎn)發(fā)具有技術(shù)體制適應(yīng)性強(qiáng)、技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)，但由于需要地面處理交換，雙跳通信的服務(wù)實(shí)時(shí)性差；全處理方式星上一般通過數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，具有服務(wù)實(shí)施性好、資源利用率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是技術(shù)體制適應(yīng)性較弱，技術(shù)難度大，受空間輻射的影響，可靠性差。透明處理轉(zhuǎn)發(fā)則是二者的折中。目前三種方式在星上均有應(yīng)用。 

大型通信衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)：新型移動(dòng)通信衛(wèi)星的有效載荷對(duì)衛(wèi)星平臺(tái)提出了更高的要求�，F(xiàn)有地球靜止軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星平臺(tái)需要支持800kg以上的有效載荷重量，整星功率都在10kW左右。以Inmarsat-IV為例，采用Eurostar-3000平臺(tái)，有效載荷重量為1000kg，衛(wèi)星總重5940kg，整星功率達(dá)到9000W(EOL)。此外，大天線柔性結(jié)構(gòu)對(duì)于衛(wèi)星平臺(tái)控制系統(tǒng)提出了更苛刻的要求。

終端技術(shù) 

伴隨衛(wèi)星技術(shù)的進(jìn)步，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的地面終端小型化、手持化已成為可能。得益于地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的快速發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，制造小型衛(wèi)星移動(dòng)終端已不再是問題。Thurary的手持終端已接近地面蜂窩通信使用的手機(jī)的水平，MSV的手持終端更小。終端應(yīng)用正在向多媒體、寬帶化和嵌入式發(fā)展。目前，終端技術(shù)主要涉及天線和射頻模塊小型化技術(shù)。 通信產(chǎn)

(作者：中國(guó)空間技術(shù)研究院通信衛(wèi)星事業(yè)部　陳東　梁宗闖　劉乃金　李新剛 中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院導(dǎo)彈控制系統(tǒng)仿真國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　馬靜）