摘要:

隨著對泛在通信和高數(shù)據(jù)速率通信服務(wù)需求的不斷增加，衛(wèi)星通信的無縫覆蓋和大通信容量優(yōu)勢將在新一代通信系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，衛(wèi)星通信技術(shù)和信息通信產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生巨大變化。本文綜述了近年來衛(wèi)星通信的新技術(shù)和發(fā)展熱點(diǎn)。綜述了多波束天線、星載處理和衛(wèi)星頻譜資源利用的發(fā)展現(xiàn)狀。綜述了星地統(tǒng)一通信和衛(wèi)星寬帶通信。分析了發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)，展望了衛(wèi)星通信的發(fā)展前景。

中文報(bào)價(jià)格式:郝、、。引用該論文王志平，王志平，王志平.電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42 (8): 11-15，20

英文引用格式:郝、、。引用該論文王志平，王志平，王志平.電子技術(shù)應(yīng)用，2016，42 (8): 11-15，20

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0簡介

自1964年國際通信衛(wèi)星組織在美國成立并于次年發(fā)射第一顆商業(yè)通信衛(wèi)星(“早期鳥”)以來，衛(wèi)星通信技術(shù)及其應(yīng)用蓬勃發(fā)展，取得了巨大成功。除了在軍事領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用之外，衛(wèi)星通信已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分:為人們提供彩色電視廣播和語音廣播，為沒有部署地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)的偏遠(yuǎn)地區(qū)、海上和內(nèi)陸地區(qū)提供必要的通信，為發(fā)生自然災(zāi)害的地區(qū)提供寶貴的緊急通信，為不發(fā)達(dá)或人口密度低的地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入。

與地面通信相比，衛(wèi)星通信具有以下特點(diǎn)[2-4]: (1)覆蓋面廣:地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星距地面35786km，只需三顆GEO衛(wèi)星即可覆蓋除兩極以外的世界所有地區(qū)；(2)通信系統(tǒng)容量大:衛(wèi)星頻率資源豐富，可以提供寬帶通信業(yè)務(wù)，容易擴(kuò)展到更高的頻段；(3)快速向市場提供服務(wù):地面通信設(shè)施建立迅速，新業(yè)務(wù)和應(yīng)用周期短；(4)靈活性高:衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建立不受地理?xiàng)l件限制，可以在大城市、偏遠(yuǎn)山區(qū)或島嶼建立通信，通信距離與成本無關(guān)；(5)容災(zāi)能力強(qiáng):在地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)仍能提供穩(wěn)定的通信；(6)通信鏈路傳輸延遲大:GEO衛(wèi)星與地面之間的信號傳輸時(shí)間約為0.25 s，語音通話等時(shí)間敏感性高的應(yīng)用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長，導(dǎo)致信號衰減大，高頻帶(如Ku/Ka波段)易受雨雪衰減等惡劣天氣影響；(8)信號視距傳播:采用高頻信號通信，傳輸易受障礙物影響。

然而，長期以來，衛(wèi)星通信一直被視為陸地固定、無線或移動(dòng)通信系統(tǒng)的補(bǔ)充通信模式。例如，早期的衛(wèi)星通信只用于海上領(lǐng)域，因?yàn)榈孛嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)受到其覆蓋范圍和技術(shù)的限制，不能在海上提供服務(wù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)要想在與地面通信系統(tǒng)的競爭中發(fā)揮更大的作用，還需要克服自身通信特性的一些缺點(diǎn)。例如，對于網(wǎng)絡(luò)層傳輸時(shí)間長、丟包率高、鏈路干擾等問題，需要采用新的算法和協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行優(yōu)化，使衛(wèi)星通信適合個(gè)人移動(dòng)通信和寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入；在物理層，由于衛(wèi)星通信的視線傳輸特性，一些地區(qū)的用戶，特別是繁華的城市地區(qū)的用戶，被限制接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，需要一種新的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來促進(jìn)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面通信網(wǎng)絡(luò)的融合[6-8]。同時(shí)，信息通信技術(shù)的發(fā)展也促使我們從未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的角度重新定義衛(wèi)星通信的作用。文獻(xiàn)[9]指出，未來的互聯(lián)網(wǎng)必須遍布世界各地，必須能夠在緊急情況下為社會提供必要的幫助，必須穩(wěn)定可靠。地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)受其自身本地覆蓋特性的限制，不能有效地滿足這些要求。因此，在未來，互聯(lián)網(wǎng)需要建設(shè)和集成兩個(gè)基本的通信網(wǎng)絡(luò):由陸地蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的局域網(wǎng)部分和由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組成的全球網(wǎng)絡(luò)部分。在這種新的通信架構(gòu)下，衛(wèi)星通信將充分發(fā)揮其無縫覆蓋全球通信的優(yōu)勢，發(fā)展成為主導(dǎo)地位，而不僅僅是陸地移動(dòng)通信的輔助模式。

近年來，衛(wèi)星通信新技術(shù)的快速發(fā)展和通信商業(yè)市場需求的不斷增長，極大地推動(dòng)了衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)和通信方式的創(chuàng)新發(fā)展，使之成為衛(wèi)星通信史上最活躍的時(shí)期之一。摘要:綜述了近年來衛(wèi)星通信的幾種新技術(shù)，介紹了目前衛(wèi)星通信頻譜資源的利用情況，總結(jié)了通信現(xiàn)狀，展望了衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢。

1 .衛(wèi)星通信新技術(shù)

1.1多波束天線

天線技術(shù)是衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)之一。衛(wèi)星通信鏈路傳輸距離長，導(dǎo)致信號衰減大。比如GEO衛(wèi)星的C波段信號(3.4 GHz-4.2 GHz)的鏈路衰減一般在200 dB左右。為了保證穩(wěn)定可靠的通信，地面站必須采用高增益天線和高靈敏度接收機(jī)，因此天線的尺寸和成本已經(jīng)成為衛(wèi)星通信發(fā)展的嚴(yán)重障礙[10]。在早期，VSAT(甚小孔徑終端)技術(shù)被用來緩解這個(gè)問題。天線系統(tǒng)由一個(gè)大型中心站和大量小口徑天線終端站組成星形網(wǎng)絡(luò)。利用中心站天線的高G/T值(天線增益與噪聲溫度比)的優(yōu)勢，彌補(bǔ)了天線孔徑小、增益低造成的鏈路余量不足的弱點(diǎn)[11]。然而，VSAT天線系統(tǒng)不夠靈活，不能利用頻率復(fù)用技術(shù)來提高頻譜效率。衛(wèi)星通信天線的發(fā)展已經(jīng)轉(zhuǎn)向多波束天線。

多波束天線自2000年以來發(fā)展迅速。由于它可以實(shí)現(xiàn)高增益點(diǎn)波束覆蓋和廣域覆蓋下的頻率復(fù)用，因此在衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。與數(shù)字波束形成不同，多波束天線使用大量點(diǎn)波束來實(shí)現(xiàn)廣域覆蓋，可用帶寬被劃分為多個(gè)子帶，使得每個(gè)子帶可以在大量空獨(dú)立點(diǎn)波束之間重用，類似于陸地蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，顯著提高了頻譜利用率和衛(wèi)星通信容量[12-13]。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用多波束天線的主要問題是相鄰波束之間的干擾[14]。參考文獻(xiàn)[15-16]提出了幾種利用多波束天線的衛(wèi)星系統(tǒng)，利用頻譜分配技術(shù)來降低干擾的影響。

多波束天線技術(shù)提高了轉(zhuǎn)發(fā)器的功率效率和頻譜資源利用率，是發(fā)展大容量衛(wèi)星通信系統(tǒng)、增強(qiáng)衛(wèi)星通信市場競爭力的關(guān)鍵技術(shù)。目前，多波束天線已廣泛應(yīng)用于移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)(Inmarsat、Thuraya、ACeS、銥星等)。)，區(qū)域直播衛(wèi)星(DTV-4S、DTV-7S、Echostar-10、Echostar-14等。)，個(gè)人通信衛(wèi)星(ViaSat-1，Jupiter-1，Anik-)

1.2車載處理

傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星，尤其是GEO衛(wèi)星，使用的是簡單的肘形轉(zhuǎn)發(fā)器。近年來，用戶對高數(shù)據(jù)速率傳輸和無縫覆蓋的交互式多媒體服務(wù)的需求迅速增加，推動(dòng)了寬帶通信衛(wèi)星的快速發(fā)展，使得有必要采用先進(jìn)的OBP星載處理和星載交換技術(shù)與現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)[[18-19]相結(jié)合，極大地促進(jìn)了OBP技術(shù)的發(fā)展。

OBP可分為再生和非再生治療方法。再生OBP是指衛(wèi)星在基帶對接收信號進(jìn)行解調(diào)和解碼，得到發(fā)射的數(shù)據(jù)流，然后對數(shù)據(jù)流進(jìn)行交換和重組，再將信號編碼調(diào)制成新的數(shù)字調(diào)制信號；非再生OBP意味著衛(wèi)星不解調(diào)和解碼接收信號，而是直接處理相應(yīng)的信號。

OBP最重要的作用是支持車載轉(zhuǎn)換。再生OBP可以獲得船上各種信號傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，從而支持任何類型的交換，如自動(dòng)柜員機(jī)交換、IP交換或電路交換。如果在衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)IP交換，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面互聯(lián)網(wǎng)的融合將變得非常簡單和方便[[10]，這導(dǎo)致了衛(wèi)星上IP交換的研究和應(yīng)用熱潮。許多原本打算采用ATM交換的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，已經(jīng)切換到IP交換，如Spaceway、Astrolink、SkyBridge等。

同時(shí)，OBP技術(shù)的使用增強(qiáng)了點(diǎn)波束天線的信號功率和方向性，從而降低了用戶終端的尺寸和靈敏度要求，使用戶能夠使用小而便宜的終端進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率服務(wù)(如多媒體視頻)。此外，由于OBP技術(shù)降低了衛(wèi)星通信系統(tǒng)對發(fā)射功率的要求，它將減少衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的非線性特性造成的不利影響，并減少相鄰信道干擾[[20]。

2衛(wèi)星頻譜資源

目前，衛(wèi)星通信發(fā)展的主要限制因素是頻譜資源不能滿足日益增長的新業(yè)務(wù)需求，導(dǎo)致頻譜擁塞和衛(wèi)星干擾問題日益嚴(yán)重。與此同時(shí)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面移動(dòng)通信系統(tǒng)之間對頻譜資源的競爭也越來越激烈。2015年11月，在日內(nèi)瓦舉行的世界無線電通信大會(2015年11月15日至16日，WRC)決定，在C、Ku或Ka頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)中，尚未完成全球統(tǒng)一的頻段將被納入新WRC-19的議題，并計(jì)劃從中選擇合適的頻譜，未來分配給IMT/5G。2016年2月，ITU-R-WP5D在北京舉行，重點(diǎn)關(guān)注5G通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間的頻譜資源共存與分配。在6 GHz以下的候選頻譜中，3 400 MHz-3 600 MHz和4 800 MHz-4 990 MHz與目前的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)之間存在一些干擾問題；6千兆赫以上的頻帶將在2019年世界無線電通信會議(WRC-19)上討論。未來，地面通信系統(tǒng)和衛(wèi)星通信在高頻波段的頻譜資源競爭將更加激烈。

為了滿足日益增長的帶寬和數(shù)據(jù)速率的需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要從常用的C/Ku頻帶(每個(gè)具有500 MHz帶寬)擴(kuò)展到更高的頻率Ka(2.5 GHz帶寬)、Q/V(每個(gè)具有10 GHz帶寬)甚至更高的頻帶。近年來，Ka頻段是衛(wèi)星通信中使用最廣泛的頻譜資源。目前，國際電信聯(lián)盟(ITU)將Ka頻段的頻譜使用分為17.3-17.7 GHz、17.7-19.7 GHz和27.5-29.5 GHz三個(gè)區(qū)段。詳細(xì)分布見表1。

與Ku頻段或其他低頻段相比，衛(wèi)星通信中使用的Ka頻段具有明顯的優(yōu)勢。Ka波段天線不僅可用帶寬更大，而且比同尺寸的低波段天線增益更高。Ka頻段的缺點(diǎn)是容易受到惡劣天氣的影響，雨雪嚴(yán)重下降會導(dǎo)致通信質(zhì)量顯著下降。因此，有必要在空設(shè)計(jì)合適的地面通信系統(tǒng)和可靠的傳輸鏈路。通過調(diào)整自適應(yīng)編碼調(diào)制(ACM)等通信系統(tǒng)參數(shù)，可以減少降雨衰減對通信的影響[21-22]。

目前，正在研究40 ~ 60千兆赫的EHF(極高頻率)頻帶，以探索這一高頻帶在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用[23]。隨著寬帶衛(wèi)星通信的快速發(fā)展，高通量衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。HTS系統(tǒng)結(jié)合頻譜復(fù)用和點(diǎn)波束天線技術(shù)，采用高階調(diào)制，使用超寬帶應(yīng)答機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)前所未有的帶寬和吞吐量，將大大降低傳輸單位比特?cái)?shù)據(jù)的價(jià)格。

雖然頻譜資源正在向更高的頻段擴(kuò)展，但有限的頻譜資源始終是制約衛(wèi)星通信發(fā)展的關(guān)鍵因素?？梢灶A(yù)見，隨著越來越多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用在Ka波段的廣泛應(yīng)用，頻譜擁塞將使得未來Ka波段業(yè)務(wù)的發(fā)展非常困難。HTS系統(tǒng)提供的高性能服務(wù)受到了Ka波段頻譜稀缺的影響[25]。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜管理和規(guī)劃將在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要作用。為了進(jìn)一步提高衛(wèi)星頻譜資源的利用率，一些研究人員開始設(shè)計(jì)基于衛(wèi)星Ka波段分配的認(rèn)知無線電[26]，允許衛(wèi)星通信在可接受干擾的情況下共享使用頻譜。

3衛(wèi)星通信的最新發(fā)展

衛(wèi)星通信的快速發(fā)展得益于通信技術(shù)、信號處理技術(shù)、通信設(shè)備制造水平的提高和通信業(yè)務(wù)需求的不斷增加。目前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)正試圖與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)共存，提供多樣化的接入服務(wù)。未來，衛(wèi)星通信不僅是地面通信系統(tǒng)的補(bǔ)充，還將與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)和寬帶互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合。星地統(tǒng)一通信和衛(wèi)星寬帶通信將是近期發(fā)展的熱點(diǎn)。

3.1星統(tǒng)一通信

地面通信系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)真正的無縫覆蓋。在人口密度低的農(nóng)村地區(qū)，通常沒有足夠的蜂窩網(wǎng)絡(luò)，在海洋和導(dǎo)航空領(lǐng)域，無法通過陸地網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)通信。衛(wèi)星通信成功的關(guān)鍵是它的廣域覆蓋和向市場快速提供新服務(wù)。衛(wèi)星通信將在市場相對較小的海洋和航空空領(lǐng)域長期保持主導(dǎo)地位，但對于市場巨大的陸地領(lǐng)域，如固定、移動(dòng)通信和廣播服務(wù)，將依靠衛(wèi)星網(wǎng)和地面通信網(wǎng)統(tǒng)一通信(unified communication)。多波束天線和星載處理等新衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，正在使星地統(tǒng)一通信成為現(xiàn)實(shí)[27]。

長期以來，由于地面蜂窩移動(dòng)通信可以提供可靠且價(jià)格合理的服務(wù)，而衛(wèi)星通信所需的視線傳播在城市地區(qū)難以保證，激烈的市場競爭和自身通信特性的限制導(dǎo)致了移動(dòng)衛(wèi)星通信服務(wù)的普及率較低。21世紀(jì)初，為了克服上述一些問題，幫助衛(wèi)星通信進(jìn)入主流市場，衛(wèi)星通信運(yùn)營商成功獲得電信管理部門的授權(quán)，在世界許多地方建立了星地統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)，并通過增加地面部分?jǐn)U大衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，開辟了真正無處不在的衛(wèi)星通信，從而徹底改變了移動(dòng)衛(wèi)星通信[5]。美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)和歐洲委員會已經(jīng)授權(quán)衛(wèi)星運(yùn)營商向衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)添加ATC(輔助地面組件)。星地統(tǒng)一通信網(wǎng)將綜合利用地面蜂窩移動(dòng)通信(頻率復(fù)用和非視距傳播特性)和衛(wèi)星通信(廣域覆蓋特性)的共同優(yōu)勢。比如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的生存能力和地面4G網(wǎng)絡(luò)的高效率，可以用來為天災(zāi)人禍提供應(yīng)急通信[28]。典型的衛(wèi)星對地面統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

星地統(tǒng)一通信系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是補(bǔ)充移動(dòng)衛(wèi)星通信的覆蓋盲區(qū)，增加衛(wèi)星通信容量，實(shí)現(xiàn)無處不在的數(shù)字通信。從通信發(fā)展趨勢來看，5G通信未來的發(fā)展應(yīng)該是多層次的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，包括地面蜂窩2G/3G、4G、局域網(wǎng)、地面廣播和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。星地通信網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵是衛(wèi)星通信和地面通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)的協(xié)作，使系統(tǒng)獲得最佳的使用效率和用戶體驗(yàn)。

同時(shí)，星地統(tǒng)一通信系統(tǒng)也面臨著一些挑戰(zhàn):

(1)無縫切換:通信網(wǎng)絡(luò)融合的基本要求是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)衛(wèi)星通信與地面通信網(wǎng)絡(luò)的無縫切換。為了設(shè)計(jì)可靠的切換機(jī)制，必須考慮衛(wèi)星通信和地面通信系統(tǒng)之間的傳輸功率和傳輸延遲之間的差異。文獻(xiàn)[29]提出了一種自適應(yīng)切換算法，通過估計(jì)衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)的接收信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)閾值的概率，可以實(shí)現(xiàn)無縫切換。

(2)通信兼容性:兼容性要求衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)可以使用相同的設(shè)備，需要重新設(shè)計(jì)空中的接口和兩者的物理層，以保證用戶終端具有相同的使用頻率和基帶芯片[30]。

(3)干擾:干擾是星地統(tǒng)一通信網(wǎng)的主要問題之一，網(wǎng)內(nèi)或星地通信網(wǎng)之間可能存在干擾。最嚴(yán)重的干擾是地面用戶使用相同的上行頻率向衛(wèi)星發(fā)射，星地統(tǒng)一通信運(yùn)營商需要在空管基站和衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)同時(shí)采用干擾抵消技術(shù)[31-32]。此外，設(shè)計(jì)優(yōu)化的頻譜管理策略來提高衛(wèi)星和地面部分的頻率復(fù)用效率也是減少衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)之間干擾的有效方法。

3.2衛(wèi)星寬帶通信

就互聯(lián)網(wǎng)接入而言，當(dāng)傳統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)(如3G、電纜或ADSL)無法為用戶提供服務(wù)時(shí)，衛(wèi)星通信通常被用作補(bǔ)充通信模式[33]。近年來，通信行業(yè)對高數(shù)據(jù)速率傳輸服務(wù)和寬帶多媒體應(yīng)用的需求在空之前已經(jīng)增加。同時(shí)，衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展迅速，多波束天線、星載處理、頻譜復(fù)用技術(shù)等，特別是新TCP版本和改進(jìn)的TCP加速機(jī)制，顯著提高了基于衛(wèi)星鏈路的TCP性能[34-36]，使衛(wèi)星寬帶通信成為現(xiàn)實(shí)。

隨著寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)和空之間組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)逐漸從地面網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到空之間的網(wǎng)絡(luò)，衛(wèi)星通信逐漸進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)代?？罩g的網(wǎng)絡(luò)基于同步或中低軌道衛(wèi)星等平臺?？?，支持通過集成互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理大數(shù)據(jù)，為用戶提供更廣泛、更優(yōu)質(zhì)的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。谷歌2014年宣布，將投資10億美元發(fā)射180顆低軌小衛(wèi)星，提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；近日，OneWeb啟動(dòng)了全球最大的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目，將發(fā)射648顆衛(wèi)星構(gòu)建全球低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，未來將發(fā)射2400顆衛(wèi)星提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

目前應(yīng)用的典型衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星組織的全球快速全球移動(dòng)衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)[37]。Global Xpress是全球首個(gè)商用高速寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，工作在Ka頻段，由三顆GEO衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星提供89 Ka點(diǎn)波束。從2013年12月發(fā)射第一顆衛(wèi)星Inmarsat-5 F1到2015年8月成功發(fā)射第三顆衛(wèi)星Inmarsat-5 F1，Global Xpress的三顆衛(wèi)星提供了覆蓋全球99%以上覆蓋區(qū)域的高速移動(dòng)寬帶通信服務(wù)。Global Xpress在容量、吞吐量、用戶終端成本和通話成本方面取得了顯著改善。該系統(tǒng)使用Ka波段(2.5 GHz的可用頻譜資源)，是Ku波段帶寬的5倍。它通過60厘米的小型終端支持高達(dá)50 Mb/s的下行鏈路和5 Mb/s的上行鏈路高數(shù)據(jù)速率[38]。前向鏈路采用時(shí)分多址接入，回程鏈路采用自適應(yīng)調(diào)制和編碼，并采用功率控制和分集技術(shù)來補(bǔ)償衰落帶來的影響，從而提高信道利用率。

雖然通信技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展水平有了顯著提高，但寬帶通信的普及程度仍然相對較弱。根據(jù)國際電聯(lián)2015年9月發(fā)布的研究報(bào)告，[39]地球上仍有40億人無法訪問互聯(lián)網(wǎng)，其中90%生活在發(fā)展中國家。工業(yè)和信息化部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示[40]，截至2015年8月底，中國仍有約5萬個(gè)行政村沒有接入寬帶網(wǎng)絡(luò)，農(nóng)村寬帶家庭普及率比城市低約40個(gè)百分點(diǎn)。衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)的建設(shè)有望改變這種局面。由于衛(wèi)星通信覆蓋面廣、性價(jià)比高，特別是在中低人口密度地區(qū)，提供通信服務(wù)快，可以預(yù)見，衛(wèi)星通信系統(tǒng)將擴(kuò)展高質(zhì)量的電信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)泛在寬帶網(wǎng)絡(luò)接入，在全球?qū)拵ㄐ欧?wù)中發(fā)揮重要作用。

4結(jié)束語

衛(wèi)星通信技術(shù)近期發(fā)展的關(guān)鍵是高效的功率利用和帶寬調(diào)制、傳輸鏈路的自適應(yīng)編碼和調(diào)制、突發(fā)業(yè)務(wù)接入技術(shù)的改進(jìn)、資源預(yù)留算法、星上處理、網(wǎng)絡(luò)融合和低成本移動(dòng)終端，以保證衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)和地面蜂窩系統(tǒng)的無縫融合，提供穩(wěn)定可靠的衛(wèi)星寬帶通信服務(wù)，有效利用衛(wèi)星軌道和頻譜資源。

衛(wèi)星通信在未來的信息通信系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。衛(wèi)星通信的無縫覆蓋和大容量優(yōu)勢將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益，其發(fā)展前景非常誘人。同時(shí)，衛(wèi)星通信也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。例如，衛(wèi)星軌道和頻譜資源越來越稀缺，衛(wèi)星干擾越來越頻繁，通信網(wǎng)絡(luò)融合中的高效切換技術(shù)和頻譜分配策略需要進(jìn)一步完善，衛(wèi)星寬帶通信中的帶寬管理和服務(wù)質(zhì)量控制等。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)還需要重新考慮如何增強(qiáng)交互性、動(dòng)態(tài)性、上下文感知和網(wǎng)絡(luò)融合效率。

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11-40省略