【doc】通信衛(wèi)星有效載荷發(fā)展動向及建議

1、通信衛(wèi)星有效載荷發(fā)展動向及建議汪一飛(西安空問無線電技術(shù)研究所,西安710000)V2f衛(wèi)星通信以其通信距離遠,費用與距離無關(guān),覆蓋面積太,不受地理條件限制,傳輸容量太,可傳遞多種業(yè)務(wù),進行多址通信,通信線路穩(wěn)定可靠,通信質(zhì)量高,以及可為固定終端,移動終端和個人提供通信等許多特點而成為當(dāng)代通信的一個重要手段.近十年來,衛(wèi)星通信面臨光纖通信的激烈競爭.但由于人們對通信需求不斷增長,特別是在希望實現(xiàn)全球個人通信這一人類通信的理想目標(biāo)的推動下,衛(wèi)星通信仍在迅速發(fā)展.其主要發(fā)展方向是VSAT通信,移動通信,電視直播,竟帶數(shù)字通信.1997年已認定的通信衛(wèi)星數(shù)目超過1500顆.目前有250多顆衛(wèi)星,32

2、00個轉(zhuǎn)發(fā)器在軌工作.在200多個國家中,有800多個VSAT網(wǎng)在運行.不久將有十幾個系統(tǒng),幾百多顆衛(wèi)星為移動用戶提供服務(wù).隨著衛(wèi)星通信發(fā)展由技術(shù)推動轉(zhuǎn)向需求推動,市場需求的影響越來越太.以國際通信衛(wèi)星系統(tǒng)為例,為適應(yīng)出租國內(nèi)業(yè)務(wù)及太容量專用網(wǎng)通信的需要,國際通信衛(wèi)星一7號的規(guī)模,質(zhì)量,轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量都小于國際通信衛(wèi)星一6號,但其E1RP增大了.同樣,為適應(yīng)亞太地區(qū)的需要,國際通信衛(wèi)星一8減少了Ku頻段的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量,增加了C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量,并加大了E1RP,見表1.下面簡述一下衛(wèi)星通信幾個熱點發(fā)展情況及對衛(wèi)星有效載荷技術(shù)提出的要求.1VSAT通信隨著衛(wèi)星通信重點轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ眯l(wèi)星通信網(wǎng)和稀路由衛(wèi)星通信,

3、小型衛(wèi)星地球站(VSAT)異軍突起,成為當(dāng)前衛(wèi)星通信一個重要分支.與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信網(wǎng)相比,VSAT有下列特點:面向用戶而不是面向網(wǎng)絡(luò);天線口徑小,一般分為2.4m,甚至可達O5m;安裝方便,可安裝在離用戶非常近的地方,如屋頂,陽臺等;低功率發(fā)射,一般為幾瓦VSAT站多,且多數(shù)站業(yè)務(wù)量小;一般用作專用網(wǎng),而傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信網(wǎng)多用作公用網(wǎng)傳輸速率一般為低速和中速.為適應(yīng)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的發(fā)展,衛(wèi)星有效載荷趨向采用下列技術(shù)t?采用多波束技術(shù),以提高衛(wèi)星E1RP和G/T值,從而降低對VSAT的E1RP和G/T值的要求.'黯期1】-042空間電子技術(shù)1998年第3期?采用星上處理和交換技術(shù),使衛(wèi)星

4、成為一個交換節(jié)點,改善VSAT同的連接能力;?增大衛(wèi)星功率電平和采用干擾抑制技術(shù),改善VSAT阿性能.?提高星上信令能力,把VSAT網(wǎng)控中一部分功能轉(zhuǎn)移到衛(wèi)星上面,從而縮短VSAT通信的呼叫建立時間.袁1國際通信衛(wèi)星一6號國際通信衛(wèi)星一7號國際通信衛(wèi)星一8號C頻段豐球波束數(shù)222轉(zhuǎn)炭器數(shù)l210l2E1RP(dBW)313334.5區(qū)域波束數(shù)444轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)201020EIRP(dBW)313334.5壘球洼束數(shù)222轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)666EIRP26.52929Ku額段點波束數(shù)232轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)10106ERP(dBW)4445442衛(wèi)星移動通信衛(wèi)星移動通信在某種意義上是移動的VSAT通信系統(tǒng).最早為大眾

5、服務(wù)的移動衛(wèi)星系統(tǒng)是同步軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng).其主要代表者是INMARSAT系統(tǒng).1997年7月,第三代lNMARSAT系統(tǒng)的4顆星全部發(fā)射并投使用,是目前唯一可提供全球海,陸,空衛(wèi)星移動通信的系統(tǒng).INMARSAT一3星上采用先進的多波束天線系統(tǒng)和饋電網(wǎng)絡(luò),有5個可重組的點波束和一個全球波束,個8x8輸出網(wǎng)絡(luò)可對輸出功率按需要動態(tài)分配,采用中頻處理器進行星上處理低軌道移動通信系統(tǒng)具有低時延和低傳輸損耗等優(yōu)點,易于實現(xiàn)手機個人通信8O年代后期出現(xiàn)了研制發(fā)展中低軌道全球移動通信衛(wèi)星星座的熱潮目前國外已有十幾個低中軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案已在開始實施的系統(tǒng)有銥系統(tǒng)和全球星系統(tǒng),即將開始實施的還有l(wèi)

6、CO系統(tǒng)等銥系統(tǒng)將于今年下半年投人使用,該系統(tǒng)采用星上交換和星問鏈路以及多點波束的相控陣技術(shù),是目前唯一能在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)移動用戶直達通信服務(wù)的系統(tǒng)星間鏈路采用Ka頻1998年第3期汪一飛:通信衛(wèi)星有效載荷發(fā)展動向及建議3段,移動鏈路工作在I頻段,信關(guān)地球站與衛(wèi)星間的鏈路也采用Ka頻段.全球星系統(tǒng)由于投有星上處理功能和星間鏈路,為移動用戶所提供的通信業(yè)務(wù)需經(jīng)信關(guān)地球站轉(zhuǎn)接,不能提供移動用戶問的直達業(yè)務(wù).星上采用多波束技術(shù),全球星系統(tǒng)采用碼分多址技術(shù).在衛(wèi)星之間采用軟切換,即用戶與一顆衛(wèi)星保持通信的同時,可用同一信道與相鄰的另一個衛(wèi)星相連接,當(dāng)前一顆衛(wèi)星離去消失時,后一顆衛(wèi)星就可接替它.區(qū)域移動

7、通信可采用同步軌道移動衛(wèi)星系統(tǒng),正在使用的有北美的MAST系統(tǒng),澳大利亞的MOBII.ESAT系統(tǒng)等它們的缺點是不能支持手機通信.為適應(yīng)手機移動通信,休斯公司為我國,新加坡等國研制的亞太移動通信衛(wèi)星(APMT)是這方面的代表.星上I頻段天線直徑1225m(收發(fā)臺一),利用數(shù)字波束技術(shù),形成245個點波束覆蓋整個覆蓋區(qū),每個波束地面覆蓋直徑400km.采用星上數(shù)字交換處理技術(shù)可支持20003000條信道,用于穆動用戶之間的一跳直接通信,并可實現(xiàn)時隙交換.采用BUTLER矩陣實現(xiàn)星上動態(tài)功率分配.有效載荷發(fā)展趨勢:大型天線,多點波束,功率按需分配,星上處理技術(shù),星上路由選擇.3電視直播進入9O年代

8、以來,由于數(shù)字視頻壓縮技術(shù)取得突破性進展,可將衛(wèi)星電視直接送入家庭.目前,一顆衛(wèi)星可傳送150套電視節(jié)目.全球掀起了發(fā)射直播衛(wèi)星的熱潮.成為城市有線電視網(wǎng)的強勁競爭對手.近年來,發(fā)射的直播衛(wèi)星有美國休斯DIRECTV公司的3顆裝有16臺120WKu頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的DBS直播衛(wèi)星,回聲星公司的兩顆裝有16臺130W200WKu轉(zhuǎn)發(fā)器的回聲直播衛(wèi)星,TEMPO公司的兩顆裝有16臺130W200W轉(zhuǎn)發(fā)器的電視直播衛(wèi)星,歐洲3顆熱鳥數(shù)字電視直播衛(wèi)星和ASTRAIE,IF兩顆數(shù)字電視直播衛(wèi)星,日本新一代廣播衛(wèi)星一A和超鳥一c此外,韓國,馬來西亞,泰國,印尼,菲律賓等國家的國內(nèi)通信衛(wèi)星都有多臺大功率Ku頻段直

9、播轉(zhuǎn)發(fā)器.這些衛(wèi)星的有效載荷主要是大功率(110W220W)Ku轉(zhuǎn)發(fā)器.4寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)下一世紀(jì)通信服務(wù)的主體將是以視頻通信為中心的多媒體服務(wù),形成通信與廣播,通信與電子出版等方式之間廣泛綜臺的寬帶多媒體通信網(wǎng)絡(luò).為適應(yīng)這種形勢,同時也為與信息高速公路相接軌,衛(wèi)星通信正向太空信息高速公路發(fā)展.Ka頻段衛(wèi)星通信具有通信頻帶寬,天線小,容量大,無地面微波干擾和保密性能好而成為未來衛(wèi)星通信發(fā)展的方向.日本首先開發(fā)和使用Ka頻段衛(wèi)星通信,接著是歐空局的O1ympus一1衛(wèi)星和意大利星(ITAISAT).1993年,美國發(fā)射先進通信技術(shù)衛(wèi)星(ACTS),該衛(wèi)星將Ka頻段的寬頻帶技術(shù),星上切換,星

10、上再生處理技術(shù),高速時分多址技術(shù),波束切換,波束跳躍和波束操作控制技術(shù)和雨衰自動補償技術(shù)等有機結(jié)合起來,實現(xiàn)了陸地衛(wèi)星移動通信,VSAT站之間單跳通信,寬帶航空移動通信,220Mblt/s的數(shù)據(jù)通信和622Mbit/s巨型計算之間的信息傳輸?shù)韧ㄐ旁囼?用2.4m地球站).在此衛(wèi)星技術(shù)基礎(chǔ)上,國外先后提出了十多個Ka頻段衛(wèi)星系統(tǒng),如休斯空間通信公司的SPACEWAY(太空之路)系統(tǒng),洛馬公司的ASTROIINK(宇宙鏈路)系統(tǒng),空間系統(tǒng)/勞拉爾公司的CYBERSTAR(計算機星),摩托羅拉公司的CEIESTRI系統(tǒng),美國電話電攝公司的VOICESPAN系統(tǒng),法國阿爾卡特空間公司的SKYBR1DG

11、E(太空橋)系統(tǒng),意大利阿萊尼亞公司的EUR0SKYWAY(歐洲天空之路)系統(tǒng)以及美國TElE1)ESIC公司的TEIEDES1C系統(tǒng)等.4空間電子技術(shù)1998年第3期它們大多數(shù)都著眼于利用Ka頻段高速率,寬頻帶的高低軌道星座系統(tǒng)來建成太空信息高速公路.與以前衛(wèi)星系統(tǒng)相比,有下列不同上一代衛(wèi)星新一代衛(wèi)星覆蓋區(qū)區(qū)域壘球或匹域發(fā)囂轉(zhuǎn)直通轉(zhuǎn)發(fā)囂基蒂處理型天線固定波束波束形狀,指向曼活可變通信容量抵大數(shù)據(jù)事抵高衛(wèi)星軌道靜止軌道抵軌.中高軌,靜止軌道和不同軌道混告工作方式單個衛(wèi)星獨立工作有星閘鏈路互聯(lián)成星座服務(wù)對象和通信業(yè)務(wù)發(fā)射前明確確定投入使用后.根據(jù)需要可以變動目前我國使用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器約7O臺(其中公

12、用通信38臺,專用通信lO臺,電視,廣播22臺).前一段時間由于東三第一發(fā)發(fā)射失利,中星7號發(fā)射失敗,中星5號由于超期服役,性能狀態(tài)欠佳,不得不靠租用亞星亞太星和其它衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器等提供各種通信業(yè)務(wù)為授和供需矛盾,國內(nèi)用戶接二連三向國外訂購了幾顆中大型通信廣播衛(wèi)星,其中有向美國洛馬公司訂購的中衛(wèi)一號大型通信廣播衛(wèi)星,預(yù)計l998年5月發(fā)(設(shè)計壽命15年),向法國宇航公司訂購的鑫諾衛(wèi)星一l,預(yù)定1998年發(fā)(設(shè)計壽命l5年),向美國勞拉爾公司訂購的大型通信衛(wèi)星中星一8號,預(yù)計1998年4季度發(fā)(設(shè)計壽命15年).三顆衛(wèi)星共有l(wèi)61臺轉(zhuǎn)發(fā)器,其中c頻段87臺,Ku頻段74臺.預(yù)計下世紀(jì)初我國共需l

13、50臺轉(zhuǎn)發(fā)器,市場情況供大于求.(目前在軌的中星一5,中星一6(東三),亞星及亞太星共七顆衛(wèi)星,可提供轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)為245臺,其中C頻段184臺,Ku頻段61臺.)另外還向美國體斯公司訂購了亞太移動通信衛(wèi)星(APMr).此外,銥系統(tǒng),全球星系統(tǒng)和ICO系統(tǒng)都已打人我國市場,從而形成了外國通信衛(wèi)星占領(lǐng)中國市場的局面.雖然東三F2發(fā)射成功,已很難根本扭轉(zhuǎn)這種局面.所以,在民用通信衛(wèi)星方面,我們面臨的任務(wù)需研制能在15年后接替這些引進星的后續(xù)星有效載荷的艱巨任務(wù),也就是我們面臨強大的國際競爭.四為適應(yīng)這種形勢,必須加強有效載荷的預(yù)先研究工作,使找國通信衛(wèi)星有效載荷技術(shù)有一個突破性的發(fā)展,以便奪回已失去的

14、民用衛(wèi)星通信市場.建議開展下列研究:1.通信衛(wèi)星有效載荷優(yōu)化配置和提高通信系統(tǒng)性能途徑研究;2.各種衛(wèi)星通信系統(tǒng)計算機仿真;3.星載SMART天線技術(shù);4.可展開大口徑(10m以上)反射面天線技術(shù)5,電掃描可控點波柬反射面天線技術(shù)(下持第11頁)1998年第3期段曉明等:寬帶衛(wèi)星通慵的發(fā)展趨勢11未來網(wǎng)絡(luò)中所扮演的角色是其它通信手段均無法替代的.然而,為了使衛(wèi)星通信與地面通信很好地結(jié)合起來,構(gòu)成未來的通信網(wǎng)絡(luò),必須開發(fā)能適應(yīng)衛(wèi)星鏈路較太時延的各種通信協(xié)議和終端設(shè)備,達到充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,提高網(wǎng)絡(luò)工作效率的目的.總之,衛(wèi)星通信完全能滿足人們對未來寬帶通信業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求它所依靠的是多波束天線技術(shù),

15、訶制解調(diào)技術(shù),信道編碼技術(shù),星上交換處理技術(shù)和微波射頻技術(shù),以及VSAT小站技術(shù)等方面的不斷創(chuàng)新和發(fā)展完善.隨著社會的進步和科學(xué)技術(shù)在微波集成電路,數(shù)字信號處理,計算機通信和ATM交換等領(lǐng)域的迅速發(fā)展,可以推測,新一代先進的星上處理衛(wèi)星通信系統(tǒng)將在十年之后獲得成功,并廣泛地應(yīng)用于未來的通信網(wǎng)絡(luò)之中.參考文獻1Araki.K.OhataK,eta1.SatelllteCommunicationSystemsforMuhimediaServices.Prcc.ICDSC一1O,U.K.1995.PP.69O6952航天郜504所科技信忠中心.衛(wèi)星技術(shù)情報研究報告(1995).內(nèi)部費料.19963S

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