卫星移动通信系统关键技术

卫星移动通信系统关键技术

王彬

东方红卫星移动通信有限公司  重庆市渝北区  401120

摘要：卫星通信系统的高效运行不是通过单一设备工作的，而是依靠多个设备协调工作的。随着经济水平与科学技术水平的提升，促进了卫星通信系统的发展与完善。大量的信息不断涌入卫星通信系统，如何对这些信息进行分类和整理成了一个重大难题，系统的最大作用就是分门别类地整理这些信息，会根据不同的来源、不同的种类将信息储存、发送。然而需要说明的是，卫星通信系统在容量和发射功率方面有上限，不可能无限制地进行存储与保留。因此，系统需要及时对所收到的信息和资源进行更新，并适当删除部分年代久远的技术数据，将存储容量空闲出来，给予新的数据必要的存储空间，“减负提速”才能将卫星通信系统的作用发挥到极致。

关键词：卫星；移动通信系统；关键技术

引言

可以预见的是，未来无线通信将不再仅仅关注人与人之间的连接，而是更加注重人与物、物与物之间的连接，从而最终实现“万物互联”。然而，现有的陆地无线网络仅能覆盖地球表面一半左右的区域，在山区、沙漠、海洋等偏远地区，终端设备无法或仍需要以较高的成本接入互联网。在陆地无线网络不能或不足以提供互联网接入服务的区域，卫星由于其更广的视野范围，能够以较低成本为大量终端设备提供互联网接入服务，已经受到人们广泛的关注。

1.卫星移动通信系统的简要概述

根据卫星在太空中实际运行轨道的不同，当前的卫星移动通信服务的相关技术主要分成两种，第一种是依靠LEO来实现全球性的移动通信服务，而这种类别下又分成了两个非常典型的种类，也就是全球星以及铱星；另外一种则是依靠GEO以及较为大型并且可展开的多波束天线技术来具体地实现全球性的移动通信技术，而在这个类别当中，同样地也有两种非常典型的卫星移动通信系统，一种是澳大利亚的卫星移动通信系统，其名称为Mobilesat系统，另一种则是北美卫星移动系统，该系统名为MSAT系统。LEO与GEO这两种卫星移动通信系统在实际的运行过程中也分别呈现出了非常明显的风格特点，主要体现在进行信号传输的实际性能、所拥有的系统性能、卫星自身的性能以及在实际运行过程中所需要耗费的经济成本等方面上。在进行信号传输的性能方面，GEO所具有的传输延时能够达到半秒的量级，因此GEO所拥有的传输的实时性比较差，并且在进行信号的实际传输过程中会造成比较大的损耗，而LEO在进行信号传输的实际过程中，所具有的信号传输延时能够达到十毫秒的量级，这也就意味着LEO拥有比GEO更好的传输实时性的能力，并且LEO在进行信号的实际传输过程中，所产生的能源消耗远远小于GEO在实际的传输过程中所造成的能源消耗。而在卫星移动通信系统的实际性能方面，GEO卫星移动通信系统在实际的建设过程中则更加地简便，因为GEO卫星移动通信系统并不需要一些较为复杂的跟踪系统进行控制。而其中更为重要的一个点就是，GEO卫星移动通信系统可以借助单颗卫星就能够非常有效地开展一系列的通信业务。

2.卫星移动通信系统关键技术的实际应用要点

2.1星上处理技术

对于当前所应用的卫星移动通信系统来说，在实际应用过程中所存在的一系列信号传输延迟、信号实际的传输质量不佳以及卫星移动通信系统的实际容量较低的问题，往往会在导致卫星移动通信的实际质量受到很严重的限制，为了能够更好地解决卫星移动通信的实际质量受到限制这一类的现实问题，就必须要求卫星在实际的应用过程中必须能够拥有星上交换、调制调解以及波束成形等非常多的星上处理能力。从目前的卫星移动通信系统的实际应用现状来看，当前卫星移动通信系统所应用的星上处理技术主要有三种，即星上处理交换、全透明转发以及部分处理交换。

2.2编码技术

通常情况下，传统编码技术涉及到Turbo码、LDPC码、BCH码、级联码、RS码和分组级前向纠错删码等。但是，与香农理论进行对比发现，传统编码技术存在2-3dB的差距，而Turbo码差距仅为0.7dB，非常接近，因此Turbo码是比较常见的编码技术。Turbo码前称为并行级联卷积码，其优势在于具备迭代译码特性，通过外译码器将输出信息传输至内译码器，从而保证相互独立的两个译码器间可以实现信息的相互利用，进而达到长码的效果。Turbo码一般涉及到双重Turbo码和多重Turbo码，前者在卫星通信中得到广泛应用，然而对香农理论进行分析发现，如果信息速率大于一定信道容量时，就会持续增大编码长度，不仅可以提高其抗干扰性能，而且还可以实现无误通信。同时，多重Turbo码也可以有效控制信道中误码率，但是现阶段还处于测试研发阶段。实际上，在卫星通信编码过程中，选择联合卷积码+Turbo串行方案，其既可以降低其复杂度，同时也能够确保系统整体性能的发挥，进而提高其运行效率。

2.3基于大规模MIMO的低轨卫星通信系统

大规模MIMO系统的性能增益依赖于发送端获取的信道信息质量。目前，大多数研究假设发送端可以获得瞬时信道信息。然而，在实际的卫星通信系统中，由于存在较大的多普勒频移和传输时延，发送端通常难以获得准确的瞬时信道信息。在时分双工（TimepisionDuplex,TDD）系统中，卫星首先估计上行的信道信息，然后直接将其用于下行传输。当下行发送信号到达用户时，所得到的上行信道信息估计值可能已经过时。在频分双工（FrequencypisionDuplex,FDD）系统中，用户首先估计下行信道信息，然后将其反馈给卫星。所需反馈开销与卫星侧天线数呈正比，这对大规模MIMOLEO卫星通信系统来说是难以接受的。此外，由于较大的传输时延，用户反馈的下行信道信息估计值，当到达卫星侧时可能也会过时。相比于瞬时信道信息，统计信道信息变化更加缓慢，更加易于发送端及时准确地获取信息。因此，一种更加合理的假设是，发送端仅可以利用统计信道信息进行发送设计。

3.卫星通信视频传输技术发展前景

随着科学技术的发展，对卫星通信数据率提出了较高要求，希望可以达到高清以及超高清视频质量。通常情况下，卫星与地面、卫星与卫星间的信息传输主要是以微波通信来完成，然而因为受载波频率影响，使得单通道传输速率提升至每秒百兆比特数量级，可以更好的满足视频图像传输质量。通常情况下，激光通信能够达到无线通信与大容量激光相融合的目的，进而实现全球无缝连接覆盖的效果。在卫星通信过程中，借助激光通信技术还可以避免大气层的影响，进而使激光的优点得到充分发挥。

结束语

卫星通信系统不是时代的潮流，却是当今社会必不可少的。移动通信现在已经成为人们广泛关注的问题，新时代的生活中几乎人人都有一部手机，家家户户都配备了计算机、电视、iPad等，这些电子设备都依赖于卫星通信系统，如果缺少了卫星通信系统传播信息的功能，那么这些高科技产品就将缺少很多功能，由此可见，卫星通信系统对于人类的现代生活发挥着至关重要的作用。然而，随着科学技术的不断发展，对于卫星通信系统的要求也越来越高，功率控制是卫星通信系统的重要组成部分之一，同时功率也属于通信系统的硬性条件，为了给人们更好的通信体验，卫星通信系统的相关工作人员，唯有吸取经验，立足于人们的实际需求，不断研究和探索，把握适度的功率控制，才能打造一个完善的卫星通信系统，促进卫星通信事业的不断发展。

参考文献

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