衛星通信近期發展綜述

　　從1964年在美國成立了國際通信衛星組織INTELSAT，并于次年發射了第一顆商用通信衛星（“Early Bird”）以來，衛星通信技術及其應用蓬勃發展，取得了巨大的成功。除了在軍事領域中發揮著關鍵性的作用以外，衛星通信已經成為了人們生活中不可或缺的一部分：為人們提供豐富多彩的電視廣播和語音廣播，為地面蜂窩網絡尚未部署的偏遠地區、海上和空中提供必要的通信，為發生自然災害的區域提供寶貴的應急通信，為欠發達或人口密度低的地區提供互聯網接入等。衛星通信與地面通信方式相比主要具有以下特點：（1）覆蓋范圍廣：地球靜止軌道（GEO）衛星距離地面35 786 km，只需要三顆GEO衛星就能覆蓋全球除兩極以外的所有區域；（2）通信系統容量大：衛星頻率資源相當豐富，能提供寬帶通信服務，并可方便地向更高頻段擴展；（3）快速向市場提供服務：建立地面通信設施迅速，開展新的業務和應用周期短；（4）靈活性高：衛星通信系統的建立不受地理條件限制，無論是大城市還是偏遠山區或是海島都可建立通信，且通信距離與成本無關；（5）災難容忍性強：在自然災害如地震、臺風發生時仍能提供穩定的通信；（6）通信鏈路傳輸時延大：信號在GEO衛星與地面之間往返傳輸的時間約為0.25 s，對時間敏感度高的應用如語音通話會受到通信延遲的影響；（7）通信鏈路傳輸衰減大：通信鏈路傳輸距離很遠，造成了信號衰減較大，且高頻段（如Ku/Ka頻段）易受雨衰、雪衰等不利天氣影響；（8）信號視距傳播：采用高頻段信號通信，傳輸易受障礙物影響。然而，長期以來衛星通信一直作為地面固定、無線或移動通信系統的一種補充通信方式。例如，早期的衛星通信只是用在海運領域，這是由于地面通信網絡受限于覆蓋范圍和技術，無法在海上提供服務。衛星通信系統要想在與地面通信系統的競爭中發揮出更重要的作用，還需要克服自身通信特性上的一些不足。例如：對于網絡層存在的傳輸時延長、丟包率高及鏈路干擾等問題，需要采用新的算法和協議對網絡層進行優化，從而使衛星通信適合于個人移動通信和寬帶互聯網接入；在物理層，由于衛星通信的視距傳輸特性，限制了部分區域特別是繁華市區的用戶接入衛星網絡，需要采用新的通信網絡架構來推進衛星通信網絡和地面通信網絡的融合。同時，信息通信技術的發展也促使我們從未來互聯網發展的角度來重新定義衛星通信的作用。未來互聯網一定是全球“任何地方、任何時間”都無處不在，必須能為社會在緊急情況下提供必要的幫助，而且必須是穩定可靠的。地面蜂窩網絡受限于自身的局域覆蓋屬性，不能有效的滿足這些需求。因此，未來互聯網需要構建和融合兩個基本通信網絡：由地面蜂窩網絡組成的局域網部分和由衛星網絡組成的全局網部分。在這種新的通信架構下，衛星通信將充分發揮其全球通信無縫覆蓋的優勢而發展成為主導地位，不僅僅只是地面移動通信的輔助方式。近期，衛星通信新技術的迅速發展和通信商業市場需求的不斷增長，極大地促進了衛星通信業務和通信模式的創新發展，使當前成為衛星通信歷史上最活躍的時期之一。本文總結了衛星通信近期發展的幾種新技術，介紹了當前衛星通信的頻譜資源使用情況，綜述了星地融合通信和衛星寬帶通信，并展望了衛星通信的發展趨勢。