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卫星通信
2010/8/2 09:31

卫星移动通信三大关键技术

通信产业报  

移动卫星通信关键技术主要集中在系统、卫星、地面三个方面。当前卫星移动通信的发展呈现移动终端小型化、通信业务宽带化的特点。

自全球第一个商用卫星移动通信系统Inmarsat系统开始,卫星移动通信发展迅速。近20年来,各类卫星移动通信系统已实现了全球覆盖,通信业务已延伸到海洋、陆地及空中。

相比早期的卫星移动通信系统,当前卫星移动通信的发展呈现两个特点。移动终端小型化:支持包括手持机在内的多种移动通信终端;通信业务宽带化:除传统的窄带话音服务外,还提供高速数据业务和Internet多媒体通信服务。

与卫星固定通信相比,卫星移动通信具有如下技术特点:有限的卫星功率与移动用户低天线增益之间的矛盾突出;用户天线多为具有弱方向性的低增益天线,传播信道存在多径效应和多普勒频移;覆盖范围广,众多用户共享有限的卫星频率与功率资源;移动用户具有较高的机动性,有小型化及漫游管理要求。考虑到卫星移动通信系统的特点及发展现状,卫星移动通信的关键技术可分为系统、卫星和地面技术三个方面。 

系统技术

体系结构与通信体制:体系结构对于卫星移动通系统而言,需要综合考虑空间段、用户段和地面段三个部分。空间段可以由单一卫星构成,也可以由多颗卫星构成;地面段采用分布式管理或者集中管理;用户段包含多种终端类型,单模或多模,甚至可以实现卫星网络和地面网络的兼容。这些都影响着整个卫星移动通信网络的体系结构。

受通信卫星实现的限制,通信体制上接入方式可以选用传统的TDMA方式,如GMR-1,GMR-2等体制,也可以考虑采用较新的CDMA方式,如WCMDA,抑或采用混合体制(上行CDMA,下行TDMA)。通信体制研究的难点问题包括同步技术、多址接入技术和功率控制技术等方面。

移动性管理:移动性管理是移动通信系统必须要解决的问题,它包括位置管理和切换管理两方面。目前新型的移动通信卫星多采用多波束实现对服务区的无缝覆盖,伴随波束越来越窄的趋势,移动性管理的要求日益突出。虽然地面已有成熟的移动性管理技术,但在卫星应用上还要做适当修改,尤其是对于低轨卫星而言,多星覆盖及网络拓扑时时变化的特点,对移动性管理提出更高的挑战。 

网络互联互通:卫星移动通信系统需要具备与其它网络互联互通的能力。一般在与其它网络的互联互通方式上,采用网络层面完成的松耦合方案。卫星移动通信网络与其它地面网络的互联互通仅在网络中形成,而各自的无线接入网络则保持独立。采用辅助地面组件ATC(AncillaryTerrestrialComponent)技术的卫星移动通信系统,可以构成天地一体化的无缝覆盖移动通信系统,终端可以在地面网络和卫星之间自由无缝切换。这一动向代表了移动卫星通信技术的发展趋势。 

卫星技术

移动通信卫星技术的关键技术主要集中在星载大型可展开天线技术、多波束形成技术、星上处理交换技术等方面。

星载大型可展开天线与多波束形成技术:对于静止轨道移动通信卫星系统而言,为支持地面手持移动终端,克服传播距离长导致的信号衰减和星上发射功率有限等困难,需要借助大型星载天线技术和多波束技术,在保证覆盖范围的情况下,提高波束的有效全向辐射功率(EIRP)。 

星载处理交换技术:目前星载处理交换技术包括全透明转发、透明处理转发和全处理三种模式。全透明转发具有技术体制适应性强、技术成熟、风险小的特点,但由于需要地面处理交换,双跳通信的服务实时性差;全处理方式星上一般通过数字方式实现,具有服务实施性好、资源利用率高,抗干扰能力强等优点,缺点是技术体制适应性较弱,技术难度大,受空间辐射的影响,可靠性差。透明处理转发则是二者的折中。目前三种方式在星上均有应用。 

大型通信卫星平台技术:新型移动通信卫星的有效载荷对卫星平台提出了更高的要求。现有地球静止轨道移动通信卫星平台需要支持800kg以上的有效载荷重量,整星功率都在10kW左右。以Inmarsat-IV为例,采用Eurostar-3000平台,有效载荷重量为1000kg,卫星总重5940kg,整星功率达到9000W(EOL)。此外,大天线柔性结构对于卫星平台控制系统提出了更苛刻的要求。

终端技术 

伴随卫星技术的进步,卫星移动通信系统的地面终端小型化、手持化已成为可能。得益于地面移动通信系统的快速发展和技术进步,制造小型卫星移动终端已不再是问题。Thurary的手持终端已接近地面蜂窝通信使用的手机的水平,MSV的手持终端更小。终端应用正在向多媒体、宽带化和嵌入式发展。目前,终端技术主要涉及天线和射频模块小型化技术。 通信产

(作者:中国空间技术研究院通信卫星事业部 陈东 梁宗闯 刘乃金 李新刚 中国航天科工集团第二研究院导弹控制系统仿真国防科技重点实验室 马静)

 

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