卫星移动通信发展现状与未来发展研究
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作者:宋传志
摘 要：与其他技术体制相比，卫星移动通信系统的最大特点就是可以为全球或区域范围的移动用户之间提供通信服务，如车辆、飞机、船舶甚至个人的通信，而且具有覆盖区域更广、不受地理障碍约束和用户运动限制等优势，所以越来越受到重视和欢迎。本文简单介绍卫星通信系统，以及就目前卫星通信技术发展现状进行描述，最后展望其未来发展趋势。
关键词：卫星通信 现状发展 未来发展
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）03（c）-0121-02
与其他通信技术相比，移动卫星通信技术具有通信距离远、覆盖地域广、通信容量大、信道稳定、不受地理条件限制等优点。卫星移动通信系统的应用范围非常广泛，可以提供话音、数据、传真、视频等业务，既适用于国内通信，也可用于国际通信;既适用于民用通信，也适用于军事通信。本文主要介绍卫星通信系统的组成、特点及发展现状，从空天地海一体化通信、多种功能融合及5G卫星通信融合等探讨未来发展趋势。
1 卫星通信系统
1.1 卫星通信系统的组成
卫星移动通信是指利用通信卫星作为中继站，在移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的通信，系统一般可以分為三大组成部分，包括空间段、地面段和用户段。
空间段主要是指通信卫星，可以是地球静止轨道卫星，也可以是中、低轨道卫星。作为中继站，提供移动终端与信关站之间的连接。
地面段一般由信关站、网络控制中心以及卫星控制中心组成，主要作用是将移动终端接入核心网、控制整个卫星通信网络的正常运营以及卫星的管理与控制。
用户段是指手持、车载、舰载、机载等不同移动平台终端用户。
1.2 卫星通信特点
（1）可以实现广泛地域范围的覆盖通信，以及远距离传输。地球同步轨道（GEO）卫星只需一颗，就能实现1万多公里的超远距离通信;使用3颗GEO卫星，就可以覆盖地球表面除两极纬度76°以上以外的地区。
（2）不受通信两点间任何复杂地理条件的限制，无论是大城市还是边远山区、海洋岛屿，随地可以通信。
（3）通信频带宽、传输容量大。卫星通信使用微波以上频率范围的信号实现星地通信，具有相当丰富的频率资源，可以提供大容量传输。
（4）信道传输质量高、信息传输性能稳定。由于卫星通信传输链路，都是自由空间传播的视距通信，传输损耗稳定并且可准确预算，多径效应一般可忽略不计。
（5）通信设备的成本是与通信距离无关的，因而特别适于人类活动稀少地区以及远距离的通信。
2 卫星通信发展现状
按照卫星通信轨道、覆盖范围等分类，比较有代表性的系统有以下几个。
2.1 静止轨道卫星通信系统
一颗地球静止轨道卫星就可以实现1/3地球表面的通信，只要在地球静止轨道上均匀放置三颗通信卫星，就可以实现除南北两极以外的全球覆盖，现已成为全球洲际及远程通信的重要工具。对于区域移动卫星通信系统，采用静止轨道一般只需要一颗卫星，形成一个区域性通信系统，该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务，建设成本较低，因此应用广泛。
2.2 中轨道卫星通信系统
中轨道卫星（MEO）通信系统由离地高度约10000km左右的卫星群（星座）构成移动通信系统，卫星一般采用网状星座，运行轨道为倾斜轨道，用较少数目的中轨道卫星即可构成全球覆盖的移动通信系统。由于降低了卫星轨道高度，可以避免高轨道卫星通信的缺点，从而能够实现用户移动终端设备的小型化。
2.3 低轨道卫星通信系统
与中高轨卫星通信系统相比，低轨卫星由于轨道的降低，使其具有空间传输损耗小、传输时延短以及研制周期短、发射成本低等无法替代的优点，卫星终端可以做到手机化，是实现全球个人移动通信的有效手段之一，现已成为移动通信卫星发展的热点。比较具代表性的星座组网方案，国外有Iridium系统、Globalstar系统、Orbcomm系统、OneWeb系统和Starlink系统等，国内有“鸿雁”系统和“虹云”系统等。
3 卫星通信未来发展趋势
3.1 多种功能融合
目前，卫星移动通信系统的主要业务内容是面向全球或区域范围内用户提供话音、数据、短消息等移动通信服务。下一步，通过融合导航增强、多样化遥感等多种技术手段，扩展卫星移动通信系统的服务功能，将能实现通、导、遥的信息一体化。这样卫星移动通信系统终端在支持卫星移动通信的同时，还可以提供导航增强、航空监视和热点信息广播等服务。因此，下一代的卫星移动通信系统必将扩展它的业务范围，实现多种功能的融合发展。
3.2 卫星激光通信
由于激光具备方向性强、单色性好、光功率集中、相干性强等特点，下一代的卫星通信还可以开辟全新的通信频道，向着利用激光束作为通信链路的方向发展。用激光进行卫星间通信，使得卫星激光通信能够具有传输速率高、可利用频带宽、安全性（可靠性）高、保密性强以及终端设备体积小、质量轻、功耗低等优点。通过发展小卫星星座间激光星间链路，可以解决现有通信容量有限的问题，用来支持大型节点的高速数据或国际干线间的超大容量信息传输。
3.3 海地空天一体化通信
在传统地面移动网络的基础上，发展与深海远洋通信（水下通信）和卫星移动通信（非陆地通信）的深度融合，扩展现有各类通信手段的覆盖广度和深度，实现海地空天一体化通信的目标。海地空天一体化网络是以地面网络为基础、以空间网络为延伸，覆盖海洋、陆地、太空、空中等自然空间，为海基（海洋水下、远洋船只、悬浮岛屿等通信网络）、陆基（地面蜂窝网络）、天基（卫星通信网络）、空基（飞机、无人机等通信网络）等各类用户的活动提供信息传输的基础设施，将具备泛在覆盖、地面网络依赖程度低、网络弹性更高等特点，为用户的信息传递提供不受时间、不受空间限制的海地空天四位一体的融合服务。
3.4 卫星通信与5G融合
5G网络的部署给了卫星通信发展新的机会，作为实现5G网络万物互联愿景中不可或缺的重要一环，卫星通信利用高、中、低轨组网可以实现区域乃至全球覆盖。地面5G网络与卫星移动通信系统相融互通，取长补短，地面第五代移动通信（5G）具备灵活高效的应用服务模式、巨大的用户群体、完善的产业链等巨大优势得以充分发挥，满足用户无处不在的多种业务需求，共同构建空天一体化的全球无缝覆盖的综合通信网。地面5G网络与卫星移动通信系统融合后，可以通过卫星移动通信系统将地面5G网络延伸到原先无法到达的山区、海岛以及飞机、舰船上，为不同类型用户提供经济可靠的多样化网络服务。卫星移动通信系统还可以大幅度增强5G系统在移动平台的服务支撑能力，可以为物联网设备以及汽车、火车、轮船、飞机等移动平台提供连续不间断的网络连接。利用卫星优越的广播/多播能力，还可以拓展地面5G网络的业务服务范围，为网络边缘及用户终端提供更加高效的数据分发服务。
参考文献
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