对卫星通信及卫星信道的论述

对卫星通信及卫星信道的论述作者：张海深来源：《数字技术与应用》2012年第12期摘要：21世纪是移动通信的世纪，移动终端仅仅在21世纪的第一个10年中就已经显示出了无与伦比的优势，并在21世纪的第二十年从通信行业跨行业第一次超越了计算机占据了互联网的大舞台。

卫星通信做为通信系统的重要组成部分，一直默默地为全球数以十亿计的用户提供着移动通信、语音、视频等服务。

关键词：卫星通信信道模型传播特性移动卫星中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2012）12-0022-02由于卫星系统的优势明显，并且其服务不受天气等自然因素影响，全球覆盖率最高，因此，21世纪终将是一个卫星通信的世纪。

最迟在21世纪中后期，人人都可以通过移动设备随时随地使用通信卫星进行近乎免费的移动通信。

然而，就目前卫星的通信技术来讲，卫星通信中信道问题尤为突出，常见的信道问题有多径衰落、多普勒频移以及影衰落，很好地解决信道问题将可以为人类更快地通向不分区域不分等级地免费使用卫星通信扫清障碍。

1、卫星通信简介1.1 卫星通信及发展过程卫星通信即指以卫星与地面站做为中继，以微波作为传输媒介，有多址技术做为技术依托，为全球任何区域提供统一的无关距离的通信。

卫星移动通信则可以提供全球任意位置的用户之间以及任意用户与任意移动用户或固定用户之间的互联互通，这一点目前的科技早已实现，只是还没有普及到大众使用阶段而已。

卫星移动通信区别于通常的移动通信的最大特点就是提供更大跨度、更大范围、更远距离的无限制漫游，并且可以将服务范围覆盖到所有陆地蜂窝无法覆盖的所有区域。

甚至是在荒无人烟的无人区，在不可能有人类活动的区域不可能有任何一家移动公司为用户建立陆地蜂窝基站，而卫星通信却可以在这样的区域内无限制通话，通话品质与在城市之中没有任何差别。

卫星通信是现代科技与现代通讯技术的完美结合，也是航空航天事业的重大突破。

截止2013年，地球静止轨道上的同步卫星就已经超过500颗，非静止轨道卫星已经超过800颗。

由于静止轨道整个地球只有一条，而且在这一条轨道上不可能放置太多的卫星，否则这些卫星之间就会出现无线电干扰、碰撞等问题，因此静止轨道资源十分有限，目前世界各主要发达国家都在想方设法地抢占静止轨道资源。

我国的航空航天事业也必须加大发射力度，超前占据亚太地区静止轨道资源。

目前，滞空的各类航天器已经超过6000颗，并且这个数量还在每年增长之中。

1.2 卫星通信的优点卫星移动通信方式是真正的“天人合一”的“天地交流”的通信方式，卫星移动通信不仅仅只是人与人的交流，究其本质，其实是人与卫星，卫星与人的交流。

卫星移动通信方式是较为典型的宇宙通信方式。

卫星移动通信不仅可以实现远距离、超远距离的通信，甚至可以实现多个星球之间的通信，假使一个用户在地球，另一个用户在月球，那么这两个用户之间唯一可用的通信方式绝非什么移动、电信、联通，而只有卫星移动通信一种方式可供选择。

对于用户而言，卫星移动通信不仅存在地区不受限制的优势，还有另外一个巨大的优势，那就是通信费用与距离无关，在卫星移动通信领域之内不存在市话与长途的区别，不管你在世界上的哪个角落，不管与你通信的人在世界上的哪个角落，通信费用是固定的，与距离无关。

卫星移动通信不仅不受地理条件限制，而且覆盖面积可以达到全球覆盖，不会出现在现实生活中手机用户经常遇到的这里没有信号那里有死角等无法通话的困扰。

同时，卫星移动通信的频带相对目前的各种移动通信方式而言，频带极宽，因此，传输容量巨大。

卫星通信不同于普通的移动通信，卫星通信可以无视自然灾害，完全不受任何自然灾害的影响，在汶川地震中，卫星通信就在抢险救灾过程中发挥了极其重要的作用，在所有的普通的移动设备都无法使用，甚至没有电力供应的情况下，只有卫星通信畅通无阻。

许多国家级的救灾指令以及党中央的关怀与救灾的部署等都是经由卫星通信达成的。

率先进入灾区的部队与上级之间以及部队与部队之间也都是使用卫星通信。

相对于陆地蜂窝而言，卫星移动通信的建设速度较快而且费用较低，在覆盖率、机动性、业务种类等方面上卫星移动通信的优点更是其他任何目前的通信系统都不法与之比拟的。

2、卫星信道的传输特性卫星通信的信道既不同于普通的移动信道又有别于普通的卫星与地面站的信道。

卫星通信信道是卫星信道与移动通信信道的融合体。

卫星通信信道的传输特性是可用频带非常宽，带宽要求较低，同时卫星信道的近乎缺点的其他传输特性是功率受限、干扰较大、信噪比较低。

因此，卫星通信对于信号调制方式与纠错能力有较强的要求，要求采用较为可靠的信号调制方式以及极强的信号纠错能力才能实现完美的卫星通信。

目前较为可靠的调制与纠错方式主要有DVB-S采用的前向纠错（FEC）与正交移相键控等信道调控方式。

由于在卫星通信中信号的传输距离超远，一般在数万公里，所以信号衰减是一个较为严重的问题，这就使得可靠性问题变成为了决定卫星通信的命运的一个生死攸关的大问题。

值得庆幸的是，QPSK（正交相移键控）的出现使得卫星通信的可靠性得到极大的保证。

这种数字信号调制方式目前在较多的卫星信道中使用，其在电路实现上也相对较为简单。

目前我国许多使用微波天线直接接收卫星电视的接收装置采用的绝大多数都是这种信道调制方式。

2.1 主要影响通信质量的传播特性自从1831年，法拉弟发现了电磁感应现象以后，人类就与无线电结下了不解之缘。

20年之后，麦克斯韦用数学方法对法拉弟的思想进行了严格论证。

又过了24年之后伟大的物理学家赫兹才通过实验既证实了法氏与麦氏理论的正确性，又证实了电磁波的存在。

为了纪念赫兹的伟大功绩无线电通信的单位统一使用赫兹。

无线电的电波的传播特性与光类似，具有反射性，比如，我们发射到电离层的短波就会被反射。

无线电波还具有绕射性与散射性。

在无线电的通信过程中，频率越高的信号其穿透力就越强，这就是为什么普通手机使用的频率都在800MHZ以上的原因。

为了提高穿透力，卫星通信目前普遍采用1——10GHZ之间的频率。

无线电波的传播特性决定了在超远距离传播过程中必然存在着一定程度的衰减，而衰减必然会影响无线电波的传播质量。

在无线电波穿过电离层的大气还会部分被大气吸收，在高速运动状态之下还会产生多普勒效应，此外，许多因素还会引起噪声干扰，这些都是严重影响无线电信号传播质量的重要因素。

2.2 几种重要的传播特性及其解决办法多普勒效应：无线移动通信，特别是卫星移动通信过程中，由于发射机和接收机之间的相对运动，接收端接收到的信号载频所发生的频率的偏移称为多普勒频移。

解决措施：工作频率可适当选低一些；普遍采用差分调制，并且不用相干检测；解调器具有校正多普勒效应的功能；应尽可能在高仰角状态下接收信号。

多径衰落：电波在移动环境中的传播模式是一种多径传播模式，接收天线接收到的是通过直射径和各种反射径、散射径到达的合成波，由于各路径分量的幅度和相位各不相同，造成合成信号起伏很大，这称为多径衰落。

解决措施：采用交织编码与卷积编码相结合；极化成形（在卫星移动通信系统中，一般都是采用圆极化的）；还可以采用多单元天线与空间分集、移动站在小范围内选择场地、重复发送与多数判决等措施来减小多径衰落的影响。

电离层闪烁：当电波通过电离层时，受电离层结构的不均匀性和随机时变性的影响，造成信号的振幅、相位、到达角、极化状态等短周期的不规则变化，形成“电离层闪烁”现象。

解决措施：时间分集或编码分集，包括重复发送与多数判决措施。

3、卫星信道的参考模型为了更好的研究卫星信道传播特性，必须很好的研究卫星信道的模型。

尽管研究信道传播特性对卫星移动通信系统可靠性和有效性影响的最好办法是在实际的通信环境下对信道进行测试和分析，要随时随地的对实际的卫星移动通信信道进行测试常常是很难实现的，所以采用能够很好反映卫星移动通信信道传播特性的信道模型是通常使用的解决方法。

目前国内外常用的卫星移动通信信道传播特性的概率分布模型有：C.Loo模型[1]、Corazza模型[2]和Lutz模型。

这三个典型的概率分布模型都是根据信号在传播路径上受到的遮蔽情况来对卫星移动通信信道的传播特性进行建模的。

其中，C.Loo 模型假设接收信号中只有直射信号分量受到阴影遮蔽的作用而多径信号分量不受阴影遮蔽的作用，因此该模型又称为部分阴影信道模型。

Corazza 模型假设接收信号中的直射信号分量和多径信号分量同时都受到阴影遮蔽的作用，因此该模型又称为全阴影信道模型。

Lutz模型假设接收信号中只有多经信号受阴影遮蔽而直射信号不受阴影遮蔽的作用。

4、卫星通信的发展动向将来卫星通信的发展方向如下：（1）就卫星而言，未来的卫星将采取更容易定制的、面向市场的结构，强调高功率、频率复用和点波束，而对大容量、all-in-one卫星定单将减少。

Ka频段以及更高频段技术的发展一直是卫星通信发展的重要方向之一。

（2）从卫星应用技术上讲，面向最终消费者、发挥广播优势、提供综合性服务基本是当今卫星通信技术发展的潮流。

（3）就地面终端而言，卫星通信地面终端向消费电子产品的方向发展，低成本、多样化、即插即用型的用户设备成为努力方向。

5、结语今天，人们谈论得最多的话题之一是信息化和信息社会。

作为信息系统组成部分之一的通信系统是信息系统的主要通信平台，而卫星通信又是通信平台的重要部分。

当然卫星通信离不开卫星通信系统和卫星信道，所以上面的内容主要对卫星通信、卫星信道传播特性、卫星信道模型等进行了阐述。

参考文献[1]殷贯西，王新梅.卫星移动信道的统计模型及其性能分析. 西安电子科技大学学报，1998，4（25）.[2]全庆一，廖建新，于玲等.卫星移动通信[M].北京：北京邮电大学出版社，2000.。