未來(lái)十年衛(wèi)星通信領(lǐng)域需要攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)分析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上未來(lái)十年衛(wèi)星通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)分析摘要由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和多媒體業(yè)務(wù)的需求,現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展異常迅速。文章通過(guò)對(duì)衛(wèi)星通信應(yīng)用現(xiàn)狀和難點(diǎn)的介紹,分析了衛(wèi)星通信技術(shù)在當(dāng)今全球信息化浪潮中所處的地位、作用及遇到的挑戰(zhàn),探討了其在未來(lái)的應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中所具有的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。總結(jié)了演變趨勢(shì)及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題,給出了它在未來(lái)通信網(wǎng)中的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：星上處理；異步轉(zhuǎn)移模式；寬帶 IP；衛(wèi)星通信1 衛(wèi)星通信發(fā)展現(xiàn)狀衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展十分迅速，20 世紀(jì) 60 年代時(shí)，衛(wèi)星通信只是在軍事上得到了應(yīng)用，到了 70 年代時(shí)，衛(wèi)星通信的發(fā)展達(dá)到了頂峰，90 年代時(shí)，光纖通信誕生了，這對(duì)衛(wèi)

2、星通信造成了一次沖擊，但衛(wèi)星有它自己獨(dú)特的特點(diǎn)，如衛(wèi)星具有多址連接方式、可以按需分配帶寬等特點(diǎn)，這些是光纖通信所不能及的，所以衛(wèi)星通信在偏遠(yuǎn)地區(qū)，越洋通信中被優(yōu)先選用。星上交換作為衛(wèi)星通信的核心部分，受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的深度研究，星上技術(shù)結(jié)合 ATM，使得衛(wèi)星 ATM 技術(shù)成為衛(wèi)星領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。目前許多國(guó)家就衛(wèi)星 ATM 已經(jīng)展開(kāi)了深入研究，期望在未來(lái)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。2 現(xiàn)今衛(wèi)星通信遇到的難點(diǎn)2.1衛(wèi)星通信的成本因素眾所周知，在長(zhǎng)距離通信中，最需要的技術(shù)就是衛(wèi)星通信，因?yàn)樾l(wèi)星通信具有通信容量大、覆蓋地域廣、不受地理?xiàng)l件限制和通信方式機(jī)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。但是隨著對(duì)通信資費(fèi)的調(diào)整后，長(zhǎng)途通信費(fèi)用大幅

3、下降，但衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器費(fèi)用卻并沒(méi)有因此而改變，因此使得衛(wèi)星通信成本還是很高。2.2衛(wèi)星通信中寬帶 IP 問(wèn)題當(dāng)前，寬帶 IP 衛(wèi)星通信中基本上都是采用 ATM 傳輸技術(shù)，因?yàn)?ATM 的性能可以滿足歐美等地的性能指標(biāo)要求。但當(dāng)系統(tǒng)采用 RS 塊編碼、交織以及FEC技術(shù)時(shí)，雖然提高了衛(wèi)星鏈路的傳輸質(zhì)量，卻也在無(wú)形中增加了衛(wèi)星 ATM實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，這與現(xiàn)在運(yùn)用的衛(wèi)星通信技術(shù)是不相同的。2.3 衛(wèi)星通信中數(shù)據(jù)速率問(wèn)題當(dāng)前是信息時(shí)代，需要有更加快捷的方式來(lái)及時(shí)地傳輸信息，而傳統(tǒng)的基于頻分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足衛(wèi)星通信的需求，隨之出現(xiàn)了分組交換技術(shù)；同時(shí)，長(zhǎng)距離的傳輸也帶來(lái)了延時(shí)問(wèn)題，這就需要通過(guò)

4、快而有效的方法來(lái)解決延時(shí)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的影響問(wèn)題。3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)3.1 數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得很成熟，尤其是在數(shù)據(jù)處理相關(guān)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)壓縮可以給通信帶來(lái)很大的方便，例如節(jié)約了時(shí)間、提高了頻帶利用率、節(jié)約了存儲(chǔ)空間等。數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)有很多，但被人們廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)主要是對(duì)靜止圖像壓縮編碼的ISO標(biāo)準(zhǔn)以及CCITT的H.26 標(biāo)準(zhǔn)。而在衛(wèi)星通信中主要采用的是 MPEG62，該項(xiàng)技術(shù)主要是面向?qū)ο蟮?，而且在多媒體同步方面發(fā)揮了很好的作用，同時(shí)它的實(shí)時(shí)交換、實(shí)施表現(xiàn)等方面也做得很完美。3.2 智能天線系統(tǒng)降雨以及大地對(duì)電磁波的吸收從很大程度上導(dǎo)致高頻段的衛(wèi)星ATM

5、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生突發(fā)錯(cuò)誤，而且衛(wèi)星本身也存在各種限制和隨機(jī)錯(cuò)誤，這就需要通過(guò)智能天線的多波束來(lái)覆蓋到更廣的區(qū)域，例如，可以采用多波束快速跳變系統(tǒng)；同時(shí)在低軌道系統(tǒng)中采用蜂窩式天線來(lái)實(shí)現(xiàn)跟蹤和同頻復(fù)用功能；星上和同步軌道系統(tǒng)要想構(gòu)成蜂窩式覆蓋圖就必須要采用相控陣列天線。3.3 多址接入技術(shù)針對(duì)接入方式，ATM/TDMA 多址接入方式比 FDMA 和CDMA 更適合星上處理衛(wèi)星對(duì)多址接入的要求，因?yàn)榇朔N方式有較好的信息傳輸角度、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用靈活性好等特點(diǎn)。但是，TDMA 方式對(duì)速率和發(fā)射功率要求很高，這在無(wú)形中就增加了解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)難度，同時(shí)也增加了載波功率與噪聲功率密度的比值的要求。為了克服上述問(wèn)題，該領(lǐng)域?qū)?/p>

6、家提出了一種新的方式，采用多頻質(zhì)的 TDMA，即 MF-TDMA (Multiple Frequency-TDMA)多址接入技術(shù)，它是將 FDMA 于 TDMA 相結(jié)合，這樣可以降低每個(gè) TDMA 鏈路的接入速率和調(diào)制解調(diào)器的工作速率，同時(shí)對(duì)上行鏈路的值C/N0(C/N0=E/N0*Rb)的要求也減弱了。3.4 衛(wèi)星激光通信技術(shù)衛(wèi)星通信要求速率很高，這就需要采用激光進(jìn)行通信。衛(wèi)星通信采用激光可以提升衛(wèi)星的通信量和保密性，減輕了衛(wèi)星的重量和大??；在大氣層外，沒(méi)有大氣的干擾，通信更加準(zhǔn)確，同時(shí)也降低了誤碼率；運(yùn)用激光可以提升數(shù)據(jù)的傳輸速率以及系統(tǒng)的可靠性；同時(shí)衛(wèi)星通信也互不干擾，最主要的是，采用激

7、光通信可以大幅度地降低延時(shí)，使信息能夠得到及時(shí)傳輸，激光的這些優(yōu)點(diǎn)都被發(fā)揮得淋漓盡致。有專家預(yù)測(cè)，激光技術(shù)運(yùn)用到衛(wèi)星通信中將是很有前途的，對(duì)通信行業(yè)的發(fā)展起到不可替代的作用。3.5 信道糾錯(cuò)編碼技術(shù)眾所周知，在衛(wèi)星通信中難免會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，尤其是在衛(wèi)星通信的過(guò)程中。ATM 信元在面對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的錯(cuò)誤。在 ATM 信元中，位于 ATM 信頭的最后一個(gè)字節(jié)是信頭差錯(cuò)控制(HEC),它主要是通過(guò)檢測(cè)和糾正單比特錯(cuò)誤以及檢測(cè)是否有多比特來(lái)保護(hù) ATM 信頭。所以，在出現(xiàn)丟失信元或者信元誤插現(xiàn)象時(shí)，主要是由于 HEC 在多比特發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)沒(méi)有發(fā)生作用。因此提出了采用交織技術(shù)來(lái)降低信元丟失率和檢測(cè)不出

8、錯(cuò)誤的概率來(lái)保護(hù)ATM信頭、改善信息的傳輸質(zhì)量。采用 MF-TDMA 的多址接入方式的星上 ATM 系統(tǒng)可為不同的地球站提供不同的 QoS 服務(wù)，而不同的 QoS 需要不同的誤碼率(BER)和信元丟失率(CLR)，因此針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行不同的編碼，使整個(gè)系統(tǒng)的靈活性增強(qiáng)。3.6 新型高效的數(shù)字調(diào)制及信道編碼技術(shù)目前，應(yīng)用較成熟的有正交頻分復(fù)用多載波調(diào)制技術(shù)(OFDM)和16-QAM調(diào)制等。在信道編碼上，可以結(jié)合天線分集技術(shù)采用定時(shí)格碼中的定時(shí)快碼，亦可采用Turbo乘積碼TPC技術(shù)。Turbo 乘積碼是一個(gè)由小的分組碼（如漢明碼、校驗(yàn)碼或兩者的混合碼）組成的二維或三維陣列，為提高糾錯(cuò)效率，

9、可增加1個(gè)“超軸”構(gòu)成的所謂增強(qiáng)型TPC。在數(shù)字解調(diào)過(guò)程中，可采用多載波群路整體解調(diào)技術(shù)，即用1套解調(diào)裝置同時(shí)解調(diào)多載波，然后經(jīng)過(guò)基帶交換矩陣和存儲(chǔ)裝置，在轉(zhuǎn)換成TDM形式的基帶信號(hào)。這樣可以節(jié)省帶寬，大大提高解調(diào)速度。3.7多媒體準(zhǔn)信息同步技術(shù)大致可將多媒體信息分作兩類：一是連續(xù)同步，即媒體之間連續(xù)兩個(gè)小時(shí)以上的視頻或音頻的同步；二是時(shí)間驅(qū)動(dòng)的同步，即一個(gè)事件和因其導(dǎo)致的相應(yīng)動(dòng)作的同步。衛(wèi)星多媒體通信要實(shí)現(xiàn)信息的同步，可通過(guò)反饋法、緩沖法以及時(shí)間戳法來(lái)完成。當(dāng)前已開(kāi)發(fā)出“多業(yè)務(wù)流同步協(xié)議”和“多信息流會(huì)話協(xié)議”，前者和同步時(shí)鐘近似，后者主要支持分布式協(xié)議應(yīng)用中的時(shí)間因果。3.8 寬帶IP衛(wèi)星

10、通信技術(shù)寬帶IP主要有兩個(gè)方向：一是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼續(xù)沿襲衛(wèi)星ATM；二是完全放棄固有的ATM建議，建立一套新的協(xié)議。3.8.1改進(jìn)ATMA在未來(lái)，寬帶衛(wèi)星網(wǎng)和地面ATM/BISDN一起構(gòu)成寬帶Internet網(wǎng)。為了使Internet業(yè)務(wù)能夠更好地被傳送，必須強(qiáng)化TCP的功能。ATM信元的傳輸時(shí)依靠地面終端，利用衛(wèi)星上的交換機(jī)通過(guò)開(kāi)設(shè)虛通道來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了能夠有效的控制擁擠堵塞現(xiàn)象，VC管理和流量控制必須要此采用的途徑，此外，還需要地面終端為控制ATM網(wǎng)和IP網(wǎng)間的擁擠堵塞現(xiàn)象提供相應(yīng)的機(jī)制。對(duì)于衛(wèi)星上的ATM交換機(jī)，則必須使用信元和VC級(jí)的業(yè)務(wù)量管理機(jī)制。TCP主機(jī)需要建立各種可靠地控制擁塞機(jī)制，

11、以便寬帶利用能夠有效地實(shí)現(xiàn)，不過(guò)就目前而言，算法還達(dá)不到統(tǒng)一，還需要更深層次的的研究。ATM與BISDN要想互聯(lián)成功，必須對(duì)ATM網(wǎng)采用多媒體的業(yè)務(wù)管理。ATM技術(shù)比較適合以固定的方式接入，在移動(dòng)衛(wèi)星通信中，當(dāng)前移動(dòng)管理的協(xié)議效率比較低，需要采取新的方案來(lái)解決之一問(wèn)題。3.8.2 建立新系統(tǒng)協(xié)議結(jié)構(gòu)這些年來(lái)，多媒體以及IP技術(shù)廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信中，已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。在1999年舉辦的WP4B會(huì)議上，會(huì)議通過(guò)了二者應(yīng)用于衛(wèi)星的新課題天，這十分有利于寬帶衛(wèi)星的進(jìn)步。專業(yè)人士認(rèn)為，在未來(lái)，IP極有可能代替ATM成為通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主流，其關(guān)鍵技術(shù)有衛(wèi)星IP結(jié)構(gòu)、IP保密安全協(xié)議等。4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

12、未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星通信的使用范圍越來(lái)越廣，服務(wù)水平也越來(lái)越高，雖然衛(wèi)星通信在發(fā)展的過(guò)程中遇到了不小的困難，遭受了很大挫折，但是衛(wèi)星通信的前景依然讓人看好。衛(wèi)星通信的發(fā)展與一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、國(guó)防發(fā)展密切相關(guān)，未來(lái)衛(wèi)星通信將沿著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、以及信息化這“三化”方向前進(jìn)，針對(duì)衛(wèi)星通信的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)而言，我們應(yīng)該在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上提高頻段頻譜的利用率，同時(shí)將IP與ATM技術(shù)相結(jié)合去建立衛(wèi)星寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)國(guó)家信息高速公路；要進(jìn)一步去實(shí)現(xiàn)建立小型化、智能化、經(jīng)濟(jì)化未來(lái)的衛(wèi)星通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶間可以利用衛(wèi)星進(jìn)行通信，而不再需要基站；如果將衛(wèi)星與 Internet 網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這樣就可以利用寬帶衛(wèi)星進(jìn)行雙向傳輸，并且下載和地面網(wǎng)絡(luò)反饋的速度也得到了大幅提升，同時(shí)也大大減輕了頻譜擁擠現(xiàn)象以及抗干擾能力。參考文獻(xiàn)1 黃飛. 低軌