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卫星通信系统的发展及其关键技术

摘要卫星通信系统实现了对地球表面全方位“无缝

隙”覆盖。本文以卫星通信系统为研究对象，简要地阐述了卫星

通信系统的定义和特点，详细地分析了卫星通信系统发展至今的

现实状况，深入地探讨了卫星通信系统的关键技术，以期为相关

方面的研究者提供参考和帮助。

在通信进入了高速传播、大容量宽带和多媒体个性化的移动

时代，卫星通信成为了无线通信中最特殊的通信方式之一。但是

建立在无线电微波通信系统基础上的卫星通信系统依然存在着

一些技术上的开发问题和应用难点，需要在通信技术上找到关键

的突破点。

1卫星通信系统的基本概念

卫星通信系统是一种把卫星作为信号中继站来接受和转发

多个地面站之间微波信号的通信系统。一个完整的卫星通信系统

是由卫星端、地面端和用户端这三个部分组成的。在地球上空作

业的卫星端在微波通信的传递过程中起的是中转站的作用。包含

了星载设备和卫星母体的卫星星体在空中接收地面站的电磁波，

放大之后再发送到另一个地面站。设立在地表之上的多个地面站

是连接卫星系统和地面公众网的固定接口和传送点，由地面卫星

控制中心、跟踪站、遥测站和指令站等部门构成。人们连接网络

的用户端通过地面站传送出入卫星系统的微波信号，形成庞杂而

宽泛的通信链接。

卫星通信系统的覆盖范围很广，在卫星信号覆盖区域内的任

意地点都能够顺利进行通信，不会因为距离的变化而影响通讯信

号的好坏。卫星通信的电磁波主要在大气层以外的区域传播，微

波传递的性质较为稳定。所以卫星通信的工作频带宽，通信质量

好。即使部分在大气层内部传播的电波会受到天气的影响，也仍

然是一种信号稳定性和通讯可靠性很高的通信系统。但是，运行

在高空轨道上的卫星在同时进行双向传输时，传递速率会延迟到

秒级，电磁波的精确度也会有所下降，用于语音通话时会出现明

显的中断现象。卫星在高空上的位置是按照预定轨迹运行的，因

此，卫星始终处于一种运动状态，然而卫星通信系统中的线路连

接都是无线链路，管理微波接收和微波传递的控制系统相当复

杂，不易操纵和操作。

2卫星通信系统的发展现状

2.1成本和需求之间的矛盾

现代的大众通信集中体现为宽带互联网和移动通信。卫星通

信在宽带领域中不及光纤宽带便利迅捷，在移动领域中也没有地

面蜂窝移动系统的性价比优势。在移动的长途通信费大幅下降的

情况下，卫星长途通信的转发器费用却没有任何变化，大大提高

了卫星通信系统的运行成本。这种成本高需求低的矛盾是卫星通

信系统面临的最大尴尬。

2.2宽带IP的传输和实现问题

中国当前的宽带IP卫星系统基本上都采用的是ATM的传输

技术。这种技术的性能支持卫星通信系统相关的指标要求，实现

起来却很困难。在卫星ATM需要分层实现的说法上有两种不同的

观点就是否改变现有卫星协议结构的问题展开着激烈的争论。含

有ATM交换机的子网移动性管理因为过于复杂，至今也还没有找

到解决的方案。

2.3数据传递的速度和效率问题

信息时代最需要的就是传递信息的快捷方式。建立在频分复

用和码分复用技术基础上的传统传递方式已经满足不了卫星通

信日益增长的用户需求。虽然随后又研发出了分组交换技术，但

长距离传输延时的问题还需要更加有效的技术和措施来降低传

输延时对实时数据的影响。

3卫星通信系统的关键技术

3.1数据压缩技术

数据压缩不仅可以节约传输时间和存储空间，还能提高通信

的便捷性和频带的利用率。数据压缩技术在处理数据的专业领域

里已经发展得相当成熟了。不管是静态的数据压缩还是动态的数

据压缩都可以为卫星通信系统在时间、频带和能量上带来相对较

高的传输效率。例如ISO对静态图像压缩编码的标准和CCOTT的

H.26标准，以及MPEG62设计中的同步交互性和多媒体等技术都

成为广泛应用于多媒体压缩的公认标准。

3.2多媒体准信息同步技术

卫星通信系统传输中所使用的多媒体准信息同步技术大致

可以分为连续同步和时间驱动同步这两类。在卫星的多媒体通信

中，可以选用缓冲法、反馈法或者时间戳法来实现多媒体准信息

的精确同步。目前开发出来的同步技术有建立在近似同步时钟基

础上的“多业务流同步协议”和以时间因果同步为特色，支持分

布式协议的“多信息流会话

协议”。

3.3