摘 要 卫星通信产业已进入高速发展时期，根据国内外新一代卫星和卫星通信技术的发展可知，未来通信卫星将具有高频段、高带宽、高增益、星上处理和星上交换等特点，而发展下一代通信卫星的关键提升星上数字处理能力和TR组件技术。

　　关键词 高频段；高带宽；星上处理

　　中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）09-0003-01

　　近十年通信卫星产业飞速发展，新技术和新产品不断涌现，宽带多媒体卫星通信已从实验阶段转为商用阶段[1]。微波和数字新技术的产生推动了卫星通信技术和产业的发展。卫星通信的发展目标是与地面互联网的无缝融合，为用户提供宽带网络接入服务。卫星逐渐演变为太空路由器[3]。目前Ka-Sat卫星通过与欧洲骨干网网关互联，可以为家庭及车载终端提供宽带网络接入服务，迈出接入互联网的第一步。而卫星由于其通信距离以及工作环境的限制，离真正的路由还有很多关键技术需要解决。下面将分析未来通信卫星的技术发展趋势和存在问题。

　　1 通信卫星发展的几大趋势及问题

　　1）高频段。近年随着毫米波器件的成熟，通信卫星的工作频段已全面进入Ka时代[4]，未来将向更高频段发展，新一代的通信卫星大多带有Ka转发器，2011年欧洲发射的Ka-Sat是全球第一颗全Ka转发器卫星，它标志着Ka转发器正式成为通信卫星的主要载荷。目前L、C、S波段已非常拥挤频段且容量有限，随着毫米波TR组件的发展，通信卫星必然向Ka频段和更高的V（美国AEHF）频段发展。高频载波的信息容量更大，能够提供更高的带宽，并且能够实现终端小型化，WINDS卫星终端采用45cm（HPA 1W）天线完成155Mbps信息速率的传输。

　　2）高带宽。随着地面网络和信息技术的发展，视频、图片、大量数据业务已成为通信业务的主流，下一代卫星需要与地面网络对接，因此新一代卫星载荷也朝着宽带业务发展，新一代卫星如SpaceWay3、WINDS[2]、Ka-Sat、Via-Sat均提供Mbps甚至Gbps量级的传输速率。

　　3）高增益点波束。不同于传统的广播卫星，目前所有通信卫星全都采用多波束技术，通过空分复用增大通信容量，提高频谱资源的利用率。复用率取决于波束数量和波束宽度，因此高增益窄波束是未来通信卫星的发展趋势。高增益天线可以提高卫星G/T值，简化了地面终端设备，使其小型化。而通信终端的体积一直是限制其使用范围的关键因素。

　　4）GEO和LEO相结合。GEO卫星覆盖范围较广，3-4颗卫星可以覆盖全球，但GEO卫星通信延迟较大，传统透明转发器卫星延迟超过0.5 ms，用于网络接入时，无法适应用户需求。GEO卫星由于入射角的原因，容易被城市建筑或山体遮挡，如汶川地震时仅有铱星系统能够全天候使用。LEO卫星通信延迟小，与地面的蜂窝通信相近，同一地区可同时被3颗星覆盖，可避免信号被遮挡，如汶川地震时仅有铱星系统能够全天候使用。但LEO卫星覆盖范围小，需要几十颗才能覆盖全球，远距离通信通过星间链路转发，星间链路复杂度高，Globalstar星座为节约成本而没有设计星间链路。未来卫星通信将采用GEO和LEO相结合的形式，LEO卫星负责提供用户接入服务，LEO星座通过少量GEO卫星组网，降低星间组网的复杂度和传输延迟，目前有美国的GPS采用这种模式。

　　5）星上再生处理和IP交换。星上再生处理技术可以实现用户间一跳通信，降低通信延迟，可隔离上下行的干扰，消除上行链路噪声，提高星地链路约3dB信噪比。再生处理还可以简化星上转发器设计，降低星上载荷功耗和重量。通过识别用户报文中的地址信息，可以实现不同波束之间的用户交换。再生处理的基础上可以实现IP交换，能够将卫星直接接入办公室和家庭网络中，极大地扩展了卫星通信的市场领域，因此，西方国家的政府和卫星制造与经营者都极为重视它的发展。近年欧美新生的卫星中，几乎都采用了星上处理技术。

　　6）星间链路。星上处理和交换技术的广泛使用将弱化地面站的作用，远距离的转发将过星间链路传输，星间链路将采用V波段、W波段和激光传输，传输带宽达到GB量级。目前美国的军用和民用卫星大多具有星间传输功能。

　　2 存在的问题

　　虽然全球已有少量的宽带多媒体通信卫星，但仍没有真正接入宽带网络。我国在宽带多媒体通信卫星技术上起步较晚，与欧美有很大差距。通信卫星演变成太空路由器还需要攻克以下几种技术。

　　1）星上数字处理技术。星上处理能够提高信噪比、简化星上转发器设计、提高卫星业务能力和灵活性。星上再生转发需要经过信号采样、信道化、解调、交换、调制、数模转换等需要大量的数字处理资源，而专用集成电路的计算资源有限，限制了星上数字处理的能力。同时，数字器件在星上受太阳辐照、单粒子效应等影响，稳定性和可靠性较差，大量复杂的数字电路在轨可靠性无法保证。数字器件的功耗较大，由此还会带来的散热问题。因此，要提升星上处理能力首要提高星上数字器件的性能和可靠性。

　　2）高频段TR组件技术。随着频率的提高，卫星发射组件的有效功率较低，既造成功率的浪费，也给散热设计带来很大困难。卫星平台的功率在短期不会有较大提升，而目前收发组件的效率小于30%，限制了通信卫星的发射功率和传输容量。通过改进发射效率，可以实现地面终端小型化，为卫星通信产品市场化奠定基础。

　　3 总结

　　本文结合未来卫星的发展需求和国内外卫星发展的现状，分析了下一代通信卫星的发展趋势和技术特点，未来卫星通信与地面网络融合是必然趋势，而地面数技术的发展也将影响并引导卫星通信的发展。高频段保证无线传输的容量，高增益以及高低轨联合组网为接入地面宽带网络提供联通基础，星上处理和交换技术提供用户间组网通信服务，为对接地面网络提供足够的灵活性和处理能力，而该技术是卫星通信技术难点。

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