技木 肖跃、秦红祥 熊猫电子集团 随着信息化时代的到来，全球个 是增长最快的：视频传输、ＩＰＴＶ、移 通信将在未来通信中发挥重要作 在经济、笋 政治和文化领域中，三星通信 广播业务将在２（）１４前后达到稳定状态， 目前，国际卫星通信应用产业的发 用。本文首先概述了卫星通信的产 不仅有效地补充了其他通信手段的不足 而宽带和网络业务在下一个十年将有很 业发展情况，详细讨论了卫星通信 或不能更是在抢险、防灾、救灾、处 大发展…。 ，的发展现状以及技术发展趋势，结 理突发事件的应急通信中大有作为。此 合现有的先进卫星通信系统中先进 外，深空通信的迅速发展极大促进了卫 展具有如下特点： 技术的应用情况，提出了我国卫星 星通信的发展，成为卫星通信的又一新 （１）卫星通信产业增长的主要驱 通信产业的发展趋势。 领域。 动力来自而向大众消费市场的卫星多媒 关键词：卫星通信；卫墨多媒体广 在２１世纪的头一个十年内，卫星通 体广播（ＤＭＢ）业务的快速发展。从 播（ＢＭＢ）；天基路由；动中通 信又有了长足的发展。从地理上看，增 卫星音频广播（ＤＡＢ）到卫星视频广播 长最快的地区将在北美、中国、南亚、 （ＤＶＢ），再到ＤＭＢ，通过卫星广播 ２０ｌ卫星与网络 势最好的是欧美、日本和韩国。 （２）卫星电视直播成为卫星应用 的支柱产业。随着各国数字电视进程的 加快、卫星高清晰度电视（ＨＤＴＶ）的 推广应用以及大型体育和媒体盛事的催 化，付费卫星电视平台得以迅速增加和 发展。在美国，卫星直播电视用户已达 到２１６０万户，欧洲是３５００万户，日本 也达到了１２００万户。目前卫星直播产 业是唯一能与地面有线电视网络进行竞 争，并拥有一定优势的产业。 （３）宽带多媒体卫星通信正在成 为信息基础设施的一个重要组成部分。 图１卫星广播业务市场预测 宽带多媒体卫星通信是上世纪９Ｏ年代中 期发展起来的一种新型卫星通信，是商 用卫星通信业务的主要发展方向。随着 卫星终端设备费用的不断下降，以及用 户对高速因特网接入需求的迅速增长， 宽带卫星通信用户数量不断增长。 （４）移动卫星通信仍然是目前卫 星通信发展较快的业务之一。 （５）卫星通信在军事通信、环境 数据采集和监测、国家应急救援和救灾 通信等政府、军用业务领域中的重要作 用在不断加强。 ２卫星通信产业技术发展现状 卫星通信系统按其提供的业务可以 分为宽带卫星通信系统、卫星固定通信 系统和卫星移动通信系统。 图２卫星宽带业务市场预测 ２．１宽带卫星通信系统 宽带卫星通信是指利用通信卫星 作为中继站在地面站之间转发高速率 通信业务，是宽带业务需求与现代卫星 通信技术相结合的产物，也是当前卫星 通信的主要发展方向之一。宽带卫星通 墨 信系统是与互联网技术相联系的，运行 ＴＣＰ／ＩＰ协议族的卫星通信系统。它是 数字多媒体、卫星广播、互联网的有机 －５ 结合，为一系列新的应用提供了统一的 服务平台，是卫星通信宽带化的一个方 向。宽带卫星通信网络结构是地面宽带 ＩＰ技术在通信领域内的演变和应用，是 § 适应卫星分组业务和降低系统复杂性的 一种尝试，目的在于廉价地提供用户 满意的大流量分组数据业务，而无须 图３卫星网络业务市场预测 ２ｏ１０，０７聪第９６期 ｆ ２１ ＡＴＭ的干预。它以卫星系统为基础， Ｉｒｉｄｉｕｍ系统等。 Ｉｎｍａｒｓａｔ系统的第四代业务ＢＧＡＮ 容之一。 以ＩＰ为网络服务平台，以Ｉｎｔｅｒｎｅｔ应用 （３）随着宽带多媒体业务在卫星 为服务对象。宽带是通信的发展方向， 系统可通过手持终端向全球同时提供话 通信市场份额的扩大，地面多媒体业务 卫星通信在卫星产业中占主导地位，因 音和宽带数据业务，兼容３Ｇ系统，可 的标准协议对卫星通信领域的适应性研 此，宽带卫星通信对卫星应用产业来讲 以为全球任何地方的用户提供最高达 究也在成为热点。例如适合多媒体不 可为举足轻重。 ４９２ｋｂ／ｓ的网络数据传输、移动视频、 对称传输的基于卫星的ＤＶＢ（ＤＶＢ—Ｓ、 （ＤＶＢ－ＲＣＳ，Ｓａｔｍｏｄｅ）标准研究和 以下从卫星通信系统、星上处理技 ２）和基于卫星的回传链路 目前正在使用的宽带通信卫星，包 视频会议、传真、电子邮件、局域网 ＤＶＢ—Ｓ 括泰国的ＩＰＳＴＡＲ、美国的Ｗｉｌｄｂｌｕｅ一 接入等多种业务。Ｔｈｕｒａｙａ系统是个区 ｆ２／３，欧洲的宽带多媒体卫星通信系统 球１／３的区域，系统终端整合了卫星、Ａｍｅｒｈｉｓ等。 １和ＳｐａｃｅＷａｙ一３，加拿大的Ａｎｉｋ— 域性静止卫星移动通信系统，覆盖全 实现等。ＧＳＭ、ＧＰＳ三种功能。可以向用户提供 术、先进卫星技术、终端技术和卫星通 语音、短信、数据、传真、ＧＰＳ定位等 信应用等几个方面简要分析卫星通信的 ２．２卫星固定通信系统 发展趋势。 固定通信作为卫星通信的传统业 业务。２００９年７月，最新一代静止轨道移 ３ １卫星通信系统发展 务，主要用于电信服务、广播电视、内 １．１宽带卫星通信技术 部专网、数据采集等领域。近年来。各 动通信卫星——“ＴｅｒｒｅＳｔａｒ一１”发 ３．基于目前Ｌ，Ｓ，Ｃ，Ｋｕ频谱资源 类卫星宽带业务发展较快，尤其是基于 射升空。该星携带的Ｓ频段有效载荷天 ＩＰ的业务，如电视会议、远程教育、远 线展开直径达１８ｍ，星上利用地面波束 及ＧＥＯ卫星轨道资源的紧缺与拥塞，越 程医疗、流媒体等。 成型技术产生点波束数量超过５００个。 来越多的卫星通信将采用ＥＨＦ频段，甚 大部分静止轨道卫星通信系统都 另外，该星通过与“辅助地面组件”能提供固定通信业务，比较著名的系统 至更高的Ｑ／Ｆ（４０／６０ ＧＨｚ）频段。当 （ＡＴＣ）相结合，融合了地面网络与卫 然，从市场发展前后相兼容角度看，在 有国际通信卫星（Ｉｎｔｅｌｓａｔ）系统、欧 星网络各自的优势，真正实现了移动通 不少场合Ｋｕ／Ｋａ混合结构不失为一种 安全与明智的选择，它们的发展将成为 洲通信卫星公司（Ｅｕｔｅｌｓａｔ）、俄罗斯 信的无缝覆盖。 联邦国际卫星组织（Ｉｎｔｅｒｓｐｕｔｎｉｋ）、 全球信息高速公路的重要组成部分，实 美国泛美卫星（ＰａｎＡｍｓａｔ）、新天空 ３卫星通信产业技术发展趋势 卫星（ＮｅｗＳｋｉｅｓ）等。２００９年发射的 美国国防部研制的太空路由器（ＩＲＩＳ） 了太空。 现全球无缝个人通信和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ空中高 未来卫星通信将最大限度地发挥自 速通道。１－２以ＩＰ为基础的多种通信网络的融 Ｉｎｔｅｌｓａｔ一１４卫星，携带了思科公司为 身优势，在天地融合中越来越趋向“一 ３．切为客户着想”的端至 端服务，把所需 合 有效载荷，将地面基于ＩＰ的路由器搬上 要的内容和通信服务直接传送到客户， 宽带基础信息网络建设是多媒体 “泛在通信”，就必须综合运用有线、 蜂窝、Ｗｉｍａｘ，卫星等多种手段，因此 如卫星电视直播、移动数字音频／视频／ 业务传输的基础。为了能够实现理想的 固定通信系统地面设备中ＶｓＡＴ小 数据广播、因特网内容投送、远程教育 站作为一种体积小、重量轻、组网灵活 和远程监控等。 方便的站型，在信息广播分发、采集与 随着卫通产业的发展，卫星通信技 未来的信息基础网络将是异构网络的融 合。无论接入网域和核心网域采用何种 远程监视、因特网接入、村村通工程等 术也呈现出如下特点： Ｐ都是发展的主要目标，宽带 （１）新业务新需求的出现，对 体制，全Ｉ领域有着广泛的应用。 ２．３卫星移动通信系统 卫星通信的发展起到了重要的牵引 和移动应用将成为网络发展的主要着眼 卫星移动通信是指利用卫星实现 作用。更高的通信频段，更大的通 点。组播、流媒体、内容分发和宽带接 移动用户与移动用户或固定用户问相互 信容量成为卫星通信技术研究的主 入等多种应用，使得宽带业务呈爆炸式 。Ｑ频段（３３～５５ＧＨｚ）、Ｕ频段 的增长，因此需要能够提供高带宽和服 通信的方式。利用静止轨道提供全球覆 流 Ｉ 盖的卫星移动通信系统的有Ｉｎｍａｒｓａｔ （４０～６０ＧＨｚ）的卫星及通信有效载荷 务质量保障的网络。 系统；提供区域覆盖的有ＭＳＡＴ系统 研究是目前研究重点之一。ＡＣｅＳ系统、Ｔｈｕｒａｙａ系统。通过非静 通过与地面系统的结合，卫星通信 （２）随着通信卫星星上交换能力 将在两个方面发挥更大的效用。一是因 止轨道卫星提供全球覆盖的卫星移动 的增强，基于互联网协议ＩＰ包交换的体 特网信息的干线传送，特别是远距离的 通信系统有Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ、Ｏｒｂｃｏｍｍ和 制研究成为卫星通信技术的重点研究内 跨国传输。二是宽带接入服务，主要是 ２２Ｉ卫星与网络 信道化将上行链路带宽分成了将近 ｌ９００个独立的２．６ＭＨｚ的子信道，可提 供任意覆盖区之间的连通能力（包括Ｘ到 Ｋａ和Ｋａ￣Ｊ］Ｘ的交叉链路），使操作的灵 活性达到最大程度。此外，利用数字信 道化器还可支持组播和广播服务，并为 网络控制段提供极其有效、灵活的上行 链路频谱监测能力，并实现Ｘ频段和Ｋａ 频段的互连。美军的ＷＧＳ系统就应用了 这种数字信道化器。 ３．１．６空间激光通信技术 空间激光通信模式是指以激光光波 作为载波、大气作为传输介质的光通信 技术。空间激光通信结合了光纤通信与 为用户提供直接入户的卫星宽带接入服 统能够在任何拥有信息和通过安全认证 务。系统出境载波采用ＩＰ ｏｖｅｒ ＤＶＢ技 的用户之间建立通信链路。这种基于ＩＰ 微波通信的优点，除具有尺寸、功率和 带宽优势外，其波段窄、波束小，比现 术，将大量下载信息用卫星传送，回传 的新型系统，将现有的卫星通信系统转 有的通信系统更难以被截获和干扰，安 全性能较高。目前，通过激光通信方式 则可通过卫星或地面线路（互联网或无线 型成为动态的、端到端的连接，消除了 ５～１０ Ｇｂ／ｓ的传输速率。 接入）。通过卫星向用户广播大量大众化 在容量、控制、适应性、响应能力和覆 可以提供２．其他系统技术还包括无缝链接技 。 节目，同时在小区设立服务器（或用户终 盖率等方面的限制 ｊ 端的大容量硬盘）投送海量文件，借助服 目前，在高速调制解调技术、软件 术、链路模拟器技术、多点波束技术、务器边缘化、内容推进本地下载等技术 无线电技术、自适应调制编码技术、抗 射频通信技术、同步光网络技术和现 代编码调制技术等，在此就不再一一赘 构成新型的ＩＰＴＶ网。图４是一种利用卫 衰落技术和高增益多波束天线发展的条 述。这些先进的技术正影响着未来卫星 星通信系统构建ＩＰＴＶ网的结构：卫星 件下，卫星宽带通信技术日趋成熟。目 通信系统的发展，使得通信卫星能更好 的ＤＶＢ电视信号，进行二次制作，转换 前在宽带多媒体卫星通信系统中，关注 为ＭＰＥＧ４高清格式，再进行ＩＰ打包， 更多是如何更好地与以ＩＰ业务为主的因 地为用户提供更加有效和方便的服务。通过卫星传送只提供“最后一公里”视 特网相结合，如何保证业务的服务质量 ３．２星上处理技术发展 频的服务提供商 １。 ３．１．３空间因特网协议技术 间形成一个类似于因特网的通信系统， 连接空间、空中和地面节点，在全球范 （ＱｏＳ），如何将ＩＩ层的ＱｏＳ保障机制映射 到卫星传输层，如何基于卫星通信特点 ３．１．４自适应信道分配技术 随着信息高速公路概念的提出，宽 带传输业务、ＩＰ业务和个人ＰＣ通信漫 游业务的需求日益高涨，卫星星上处理 技术越来越多的利用在卫星转发器的设 空间因特网协议技术是指在卫星之 开发具有特色的多媒体业务。 自适应信道分配技术能自适应资 计中。星上处理技术使卫星波束的成型 和调整、路由的分配和频率的转换等实 围内接入／部署移动用户。该技术将利 源分配，处理变化的业务流，有很强的 用ＩＰｖ６协议以及卫星ＩＰ协议来提高速度 自组织性和灵活性，使低码率与高码率 现了可编程，解决了频率和时隙的预分 和带宽，通过ＡＩＳＲ和ＳＩＳＲ实时地把空 的用户能够共存，综合固定移动广播网 配，实现了波束的灵活调整、信道的灵 中和空间数据传到地面，高度保证自动 络或其他的一些规则，实现对这些功能 活交换、频率的最佳利用、功率的按需 的、动态的、网络运行状态，实现了地 体积分布的控制。支持交互式多媒体业 分配以及端到端之间的话音通信。 ２．１天基路由技术 面终端联接一颗卫星只需一条上行链路 务，如视频会议、无线因特网等，提供 ３．２００９年Ｉ１月２３日， “国际通信卫 和一条下行链路，一旦用户连接到陆地 更广泛的服务和应用，从而使移动网络 基础结构及其支撑的地面系统，他们就 服务趋于多样化。 可以访问任何其他用户和数据。这种系 ３．１．５信道化技术 星”（ＩＳ）一ｌ４商业通信卫星由宇宙神５ 运载火箭发射升空。该卫星携带了美国 ２０１ ０／Ｏ７／总第９６期 ｌ ２３ 国防部的“太空互联网路由”（ＩＲＩＳ）载 荷，将验证利用互联网路由技术进行军 事卫星通信的可能性。ＩＲＩＳ的结构和设 ｏｒ） 计能够实现灵活的三层ＩＰ信息包编路。 通过按需编路、重新配置，实现多点分 配，ＩＲＩＳ载荷将提供太空中的主动路由 节点，为用户提供灵活的ＩＰ网络，进行 声音、视频和数据通信。利用天基路由 技术进行卫星通信可以大大提高通信容 量、缩短通信时间，通信容量甚至能达 到目前普通卫星通信的５倍 】。 ３．２．２星载多波束相控阵天线 上世纪九十年代，有源相控阵技 统信道数量是采用模拟波束形成网络 群，即如图６所示…： 术开始用于通信卫星星载天线，它具有 的２倍，而两者的等效质量基本相同。 且利用阵列天线的空间分集效果在地球 技术产生ｌ６个宽波束、２２８个点波束， 此种卫星簇被称为ＳｋｙＬＡＮ（空间 颗大卫星分成数颗小卫星组成卫星簇， 图６卫星簇 损耗低、可大角度动态扫描的优势，而 Ｉｍｎａ ｒｓａｔ一４卫星利用数字波束成形 局域网）。ＳｋｙＬＡＮ的基本概念是将一 表面实现多波束覆盖，通过波束间频率 提供全球无缝移动语音和因特网宽带 各小卫星间用星际链路来完成有关任 复用，极大提高了卫星通信系统的用户 业务。图５是一个典型的星载相控阵天 务，各小卫星集成功能同于大卫星。 容量。有源相控阵天线可通过馈电网络 线。 在射频实现模拟波束形成，或者通过数 ３．３先进卫星技术发展 字域处理在基带或中频实现。近年来， 目前的卫星通信系统越来越受制 ３．４终端技术发展 ３．４．１认知无线电技术 近年来，全球消费电子产品在产品 采用数字技术实现波束形成受到了广泛 于卫星本身的体积、重量等方面的限 定义、外观设计和功能应用等方面正在 关注。与模拟波束形成网络相比，数字 制。为了解决这些问题，下一代卫星将 发生巨大的变化，其中最值得关注的是 波束形成网络具有不漂移、不老化、工 在星体结构上有很大创新，传感器、处 “绿色技术正在成为消费电子创新源泉 作可靠、可自检、可编程、精度高等一 理器、通信器分开，做成可装配式，硬 之一”，“小的、而且是美的”，“服 系列优点。而且数字波束形成技术配置 件、软件都可以随时更换，而不必更换 务、网络、内容与消费电子产品的一体 灵活，支持动态在轨重构。它们重量更 整个卫星。卫星功能也可以快速变更， 化设计”四大趋势。目前，在许多行业 轻，体积更小，使得相控阵天线更易做 通信卫星可以变成侦查卫星或是遥感卫 中“能量转换效率”等概念已到了产品 到小型化、低功耗。因此数字波束形 星。“卫星簇”就是其中一种方法。同 竞争的前沿。ＩＣＴ行业的节能减排意识 成技术成为相控阵天线的发展趋势， 一“卫星簇”中各卫星处于同一轨道 也在持续高涨，英特尔和ＡＭＤ两大芯 欧洲的Ａｒｔｅｍｉｓ卫星采用ＤＢＦ技术的系 位置，彼此有通信链路直接联结的卫星 片巨头以及一大批系统制造厂商纷纷以 ２４Ｉ卫星与网络 ，Ｋｎ波段卫星 上交换、星上处理、星间链路技术、越 区切换技术和信关站有关的技术； （４）网络管理和控制及网络动态 ．车载站 分配处理的自动化技术； 大 幕或 （５）卫星通信网的网络安全、保 密技术； 目 年 ．（６）与我国卫星通信设备产业化 发展有关的生产、工艺加工技术等等。 展望未来，卫星通信将获得重大发 展。各种新技术，如光信息处理、智能 ．ｉｉ ｂ 摄像机便携电脑 电话讥 化星上网控、超导、新发射工具和新轨 道技术的实现，将使卫星通信产生革命 性的变化。卫星通信将对我国的国民经 绿服人。欧胜微电子推出了把高质量的 信产品方面的市场份额就将突破１０００ 济发展，对产业信息化产生巨大的促进 立体声音频编码解码器和电源管理功能 亿元人民币，可带动电子制造、汽车改 作用。０ 集成在一块芯片上的ＷＭ８５３０，表明半 装、通信系统集成等相关产业５０００亿元 导体产业已经为高性能与节能做好了准 的市场规模，再加上在卫星电视、卫星 备。 （文章来源于卫星通信产业发展研讨 会文集） 电话和远程教育等方面的应用，卫星通 以应急通信为例，我国地域广阔， 下一代卫星通信终端的将以自适应 信市场的发展潜力惊人。 性低功耗、个性化为其特点。为此，必 须大力开发认知无线电技术。认知无线 各类灾害的发生具有地点分散、时间随 电技术是通信设备对外界传输环境，包 机的特点，而卫星通信具有地面网络所 括传输信道特性实时感知，然后自适应 不具备的备份性、广泛覆盖性和灵活 地改变通信参数，如频率、功率、调制 性，不受距离和地形的限制，不需要布 编码、数码率、天线方向等，以适应信 设通信基站，不依赖地面通信条件等优 Ａ．Ｂｒａｕｋｈａｎｅ，Ｍ．Ａｒｚａ，Ｍ． 参考资料： Ｂａｃｈｅｒ，ｅｔ ａ１．ＦｏｒｍＳａｔ，ａ Ｓｃａｌａｂｌｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｆｌｙｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ 道的特性，产生最佳的通信效果。 ３．４．２“动中通”技术 动过程中实时地跟踪卫星或升空平台， 势，在没有光纤、没有无线通信条件 下，或发生突发事件地面通信网络遭受 频和数据通信服务。图７是一个典型的 “动中通”是指移动的载体在运 破坏时，卫星通信仍可以实现话音、视 不间断地传递语音、数据、图像等多媒 应急通信系统。 Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ】．ＩＥＥＥ ＡＣ．２０１０ Ｋｙｕｎｇ Ｓｏｏ Ｃｈｏｉ，Ｊｉｎ Ｈｏ Ｊｏ， ＭＯＯｎ Ｈｅｅ ＹＯｕ ａｎｄ Ｓｅｏｎｇ Ｐａｌ Ｌｅｅ．Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｓ ｆｏｒ Ｋａ ｂａｎｄ 体信息。在载体运动过程中，测量出载 ４我国卫星通信产业技术发展趋势 体姿态的变化，通过数学平台的运算， 我国今后卫星通信技术发展趋势 变换为天线的误差角，通过伺服机构调 为： Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ＣＯＭＳ【Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ 整天线方位角、俯仰角、极化角，保证 （１）开发新频段，提高现有频段 ｏｆ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｆｅｂ， ２０１０ 载体在变化过程中天线对星在规定范围 的频谱利用率。使用频率向高端发展， 内，使卫星发射天线在载体运动中实时 使用Ｋｕ、Ｋａ、Ｖ（４０／５０ＧＨｚ）波段。 跟踪地球同步卫星。 “动中通”跟踪方 （２）开展卫星通信网与其它异构 式有自跟踪和惯导跟踪两种。美军最新 网的互通、互联、网络同步与交换技 型卫星系统均具有较强的“动中通”能 术，完成卫通网与异构网协议变换，信 力，机动部队能在快速移动条件下进行 令呼叫接口技术等； 李广侠，冯少栋，甘仲民，张更 新．宽带多媒体卫星通信系统现状及 发展趋势（上）【Ｊ］数字通信世界．２００９ 年．第０１期． 王世强，侯妍．卫星通信系统技 术研究及其未来发展【Ｊ】＿现代电子技 术．２００９（１７） 通信，不必停下来架设天线、调节方 向。 （３）移动卫星通信网将积极发展 与同步轨道移动卫星通信系统相关的技 术，如同步卫星上的大天线的制造与展 ３＿５卫星通信应用发展 李云，陈萱．２００９年天基路由技索 取得新进展【Ｊ】中国航天．２０１０年．第１期 和其他通信产业相比，卫星通信市 开、折收技术；小型多模卫星通信手持 场仍有待发展。据估计，仅卫星应急通 机技术；星上多波束切换技术和信关站 ２ｏ１ ｏ／Ｏ７／总第９６期 Ｉ ２５