卫星通信技术的研究与开发

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卫星移动通信系统的关键技术分析与研究

作者：刘锦超

来源：《中国新通信》2017年第03期

【摘要】 卫星移动通信技术具有覆盖面广、通信频带宽、灵活机动以及不受地域限制等优势，是未来通信技术发展的主流趋势。在军用以及民用通信领域有着非常重要的作用，鉴于此，本文对卫星移动通信系统的关键技术进行详细分析。

【关键词】 卫星移动通信系统 GEO LEO

引言

在现代化科学技术的推动下，移动通信有了突破性的发展，尤其是在全球信息化的大背景下，人们的移动通信业务不断增长，对移动通信系统的依赖程度也越来越高，传统的移动通信系统显然已经无法满足人们日益增长的业务需求，尤其是在高原、荒漠以及偏远海岛等恶劣的地理环境中，传统移动通信技术根本不能进行正常通信。卫星移动通信以通信卫星为主要中继站，轻松实现了移动用户之间或者移动用户与固定用户之间信息互联的现代化通信方式。因此以卫星为依托的移动通信系统，凭借其广阔的覆盖面积、灵活机动等特点，成为了未来移动通信技术发展的主要方向。

一、卫星移动通讯的发展

在卫星移动通信系统发展领域中，根据轨道的不同主要分两种技术形式，一种是大型低轨道卫星系统（Low Earth Orbit，LEO），例如铱星系统；另一种则是利用地球同步轨道卫星（Geosynchronous Orbit，GEO）和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统，例如Thuraya舒拉亚、Inmarsat国际海事卫星以及美国最新装备的MUGS移动用户目标系统等。

卫星移动通信系统根据轨道的不同，卫星大小以及数量的差异导致LEO和GEO两种系统有着非常明显的技术特点。GEO卫星系统数据传输时延百毫秒量级，实时性差，传输损耗大，需要大的天线和功放；其系统建设周期短，寿命长，建设维护费用相对较低，性价比高。卫星相对地面固定，对星容易，不需要复杂跟踪控制系统，单颗卫星即可开展业务，通过增加卫星数量，可提高系统性能和容量。但其体积和重量偏大，发射升空难度大，风险高。轨道位置固定卫星数量少且没有备份卫星，抗干扰能力差，电磁兼容和轨道协调都是重要难题。LEO卫星系统数据传输时延十毫秒量级，实时性能佳、传输损耗小，不需要大天线。卫星体积小，重量轻，研制周期短，发射难度低，并且灵活机动，可搭载发射或一箭多星发射，卫星分不同轨道平面，多个卫星同时运行相互备份，抗毁性强。但系统设计复杂、建设周期长、难度大。LEO卫星要在轨道面形成星座图，并且相对地面高速运动需配有完美的跟踪管理控制系统，龙源期刊网

卫星通信系统ALOHA技术分析论文

ALOHA技术属于一种随机多址通信技术，对于多个分散的用户来讲，借助ALOHA信道便可以使用中心计算机，完成一点到多点的数据通信。该项技术建网简单，多个发射机可共用一个信道，即便通信网络中有多个用户存在，一个高速接口即可满足通信需求，同时可以保证不同用户之间信息发送的实效性[1]。正是由于ALOHA技术所表达出的众多优点，已经被广泛应用于卫星通信系统中。

当前比拟常见的ALOHA技术主要包括纯ALOHA技术、时隙ALOHA技术、扩频ALOHA技术等几种，不同类型技术的工作原理存在一定差异。首先，纯ALOHA技术出现最早，接入方式也最为简单，当站点有帧存在时，便会马上通过信道发送，在规定时间内收到应答，表示发送成功，否那么需重新发送，重发时需要暂时等待，然后在任意应时间点再次发送，直到最后发送成功。卫星通信系统中的纯ALOHA技术，数据是否发送成功确实认时间最短为270ms，该技术信道利用率仅有18.4%。其次，时隙ALOHA技术可以提高信道利用率，最高可达36.8%。在使用时根据每一帧发送所用时间，将其作为一个时间槽，对信道时间进行划分，时槽开始后才可发送站点，如果发送不成功，那么按照纯ALOHA技术重发策略进行重发，直到发送成功[2]。

现阶段，在卫星通信系统中，时隙ALOHA技术的应用最为普遍，但是在工作过程中，信道负载的增大会影响系统稳定性，为防止饱和与振荡现象的出现，需要采取相应的稳态控制策略，比拟常见的主要包括输入控制、重发控制及输入重发控制三种。采用输入控制策略时，为防止造成信道拥塞，应设定系统中的最大加压终端数量，对信道做出限制，当超过设定值后，不允许再接入用户分组。采用重发控制策略时，为防止造成信道拥塞，应设定系统中的最大加压终端数量，并限制分组重发时间，当超过设定值后，延长重发延迟时间。采用输入重发控制策略时，要同时控制信道内积压终端数量和分组重发时间。对于这三种稳定控制策略的实现，要先估算系统的积压终端数，然后将估算结果反应至各个终端。在此根底上，此次研究对稳态控制策略做出了改进，其主要是对积压终端数估计算法进行修正。该算法中运用了伪贝叶斯算法，假设第k个时隙起始时，积压终端数为kn，再结合此时时隙接收状态的不同，对下一个时隙起始时积压终端数进行估算，表示为1kn+。采用该修正估算算法进行仿真分析，最终结果显示，如果终端处于空闲状态，每个时隙产生新分组概率表示为到达率，当其数值较低时，时延最短的为纯ALOHA技术，但是当到达率逐渐变大后，采用输入控制策略的时隙ALOHA技术时延优势越来越明显，这是由于采用稳态控制策略后，即便是到达率不断增大，也可以有效控制积压终端数，降低其发送分组碰撞几率，不会影响吞吐率的持续增大。另外，时隙ALOHA技术引入输入控制策略后，分组丧失率会因为门限的存在而略微增大，但是能够显著缩短系统分组成功传输延迟时间，证明了此次修正算法的有效性。同时，卫星通信系统中经常遇到信号被遮蔽现象，陆地上的树木、建筑及地貌等，都会对信号接收功率造成影响，无法保证信号成功接收。而运用捕获效应可以有效解决这种问题，同时发送多个分组，卫星成功接收到的分组数量仅有一个时，其他分组信号将会被遮蔽，而被接收的分组不会发生碰撞，此时便可以改善遮蔽效益，提高卫星通信系统工作性能。

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浅谈卫星通信技术的应用及发展

作者：孟祥磊

来源：《卷宗》2019年第15期

摘 要：随着现代化科技水平的不断提升，在当前，卫星通信发挥着越来越重要的作用，由于其所依赖的技术种类较多，所以做好相关的研究工作，把握卫星通信技术的未来发展方向，对于整个行业的发展大有裨益。为了进一步提升我国卫星通信技术的国际竞争力，本文通过对卫星通信技术，以及其未来的发展趋势展开探究，希望能够起到一些积极的参考作用。

关键词：卫星通信；技术分析；发展方向；探讨

在实际的分析中发现，卫星通信技术具有较多的优点，像较大的通信容量、高质量的传输、较广的覆盖面积，以及方便的組网形式等等，这些特点决定了其在整个通信行业的发展中，具有极为重要的应用地位，并且进一步的研究中认识到，未来的全球化通信过程中，与之相关的技术内容，将会发挥越来越重要的作用，其中的关键内容，像 CDMA 技术，MPLS 技术，以及抗干扰技术等，尤其需要高度重视。

1 卫星通信技术分析

卫星通信技术主要就是将卫星当作中继站，并利用卫星在高空中不容易遭受干扰的特点，进而在地—空—地之间构成一条高速的信息传输渠道。在卫星通信技术的支持下，将卫星设定为中继站，对无线电波进行转发，数量众多的卫星可以在多个地区之间进行信息的传递，构成卫星通信网络。

2 卫星通信技术的应用分析

2.1 CDMA 技术分析

CDMA技术的工作原理，就是通过对用户的实际需求进行了解，然后将其与卫星信息的相关特征结合起来进行运用，进而是信号频道在输送过程中取得良好的结果，并且在应用上，其也能大幅度降低用户在运用过程中所受到的干扰问题。卫星在收集到相关的数据内容之后，通过网络传递的方法，降低输出方面的干扰，对信息传递的准确性、可靠性进行显著提升。最后，在对这项技术进行应用的时候，其良好的隐蔽性能、保密性能和灵活性能，都发挥着极为重要的意义。

卫星通信一二三部曲的发展历程

卫星通信的发展经历了一系列重要的发展和演变，这些发展可以被称为卫星通信的一二三部曲。卫星通信的一二三部曲代表了卫星通信技术的演进，从最初的原始技术到现代高速广泛的无线通信技术。这篇文章探讨了卫星通信的一二三部曲的发展历程。

一.卫星通信的第一部曲

卫星通信的第一部曲可以追溯到20世纪50年代，当时美国开始研究和开发用于国防目的的卫星通信技术。1957年，苏联发射了世界上第一个人造卫星，这引起了美国政府的注意，促使他们开始大力发展和研究卫星通信技术。

在20世纪60年代，美国和欧洲的科学家和工程师们开始了一系列重要的研究和试验，他们的工作使得卫星通信技术得到了快速发展。这段时期，人造卫星的数量不断增加，通信卫星技术的性能也得到了极大的提升。1962年，卫星通信的先驱Telstar-1发射并工作，这是卫星通信技术的里程碑式成果。此后，全球范围内的通信开始变得更加快速和稳定。

随着卫星通信技术的不断发展，它的应用范围也逐渐扩大，卫星通信技术由军事领域逐渐渗透到了民用领域。

二.卫星通信的第二部曲

卫星通信的第二部曲可以追溯到20世纪80年代末至90年代初，当时卫星通信技术迎来了一个重大的转变。在这个时期，欧洲提出了IDC(Integrated Digital Communications)方案，这方案建议将多种通信技术整合到一起，包括卫星通信技术。

这个IDC方案的提出让卫星通信技术从传统的话音通信向数字通信方向发展，这大大扩展了卫星通信技术的应用范围。在这个时期，卫星通信应用领域也得到了巨大的扩展，数字电视、卫星移动通信及一些卫星导航领域的技术和应用得到了相应的发展。

三.卫星通信的第三部曲

卫星通信的第三部曲起始于21世纪初，随着互联网的普及和信息技术的进一步发展，卫星通信开始迎来了一个新时代。近年来，卫星通信技术得到了革命性的突破，新技术的研发、新应用的推广和新市场的拓展使得卫星通信技术迎来了高速发展。