王洪良 申響 裴朝伯

1.96946 部隊(duì)；2.河北神舟衛(wèi)星通信股份有限公司

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，衛(wèi)星通信在移動(dòng)和廣播電視等方面都得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了一定的成就。尤其是20 世紀(jì)90 年代以后，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星直播服務(wù)、寬帶多媒體服務(wù)等新型服務(wù)快速發(fā)展，衛(wèi)星通信已逐漸融入到人們的日常生活中。如何充分利用它的優(yōu)越性，為它提供一個(gè)精確的位置，從而推動(dòng)它的發(fā)展，是一個(gè)值得認(rèn)真思考的問題，基于此，本文介紹了一些新的發(fā)展方向。

1 衛(wèi)星通信技術(shù)簡(jiǎn)述以及存在的問題

1.1 衛(wèi)星通信技術(shù)簡(jiǎn)述

衛(wèi)星通訊的基本工作原理是：利用一顆人造地球衛(wèi)星作為一個(gè)中繼點(diǎn)，并由該中繼點(diǎn)向外傳送無線電波，以實(shí)現(xiàn)信息的傳送。衛(wèi)星通訊系統(tǒng)的基本構(gòu)成如圖1 所示。衛(wèi)星通信技術(shù)既有它的優(yōu)勢(shì)，也有它的缺點(diǎn)，它的優(yōu)勢(shì)是覆蓋范圍比較廣、傳輸?shù)男畔⑷萘看蟆⑼ㄐ刨|(zhì)量較高，并且可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行無縫連接；而缺點(diǎn)則是它的信息傳輸速度比較慢，并且會(huì)有延遲[1]。

圖1 衛(wèi)星通訊系統(tǒng)基本構(gòu)成圖Fig.1 Basic composition of satellite communication system

1.2 存在的問題

目前，衛(wèi)星通信正逐漸被應(yīng)用于交通、公安、應(yīng)急、消防、救災(zāi)、環(huán)保等領(lǐng)域。盡管在國防、海洋等方面有了大量的應(yīng)用，但相對(duì)于其他方面而言，還存在著一些問題：如缺乏針對(duì)性、衛(wèi)星通訊的體系結(jié)構(gòu)不夠靈活、缺少對(duì)終端、網(wǎng)絡(luò)等方面的支持。這就制約了我國衛(wèi)星通訊新業(yè)務(wù)的開展，使我國衛(wèi)星通訊產(chǎn)業(yè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2 衛(wèi)星通信新業(yè)務(wù)

2.1 寬頻帶服務(wù)

在衛(wèi)星通信領(lǐng)域，寬頻帶衛(wèi)星通信是一種全新的理念，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)多種多媒體、高速互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的全方位傳輸。衛(wèi)星通信在大規(guī)模稀疏路由、立體通信等方面具有其他通信手段所不能及的優(yōu)點(diǎn)，能夠使用戶隨時(shí)隨地地從互聯(lián)網(wǎng)中快速獲取信息。目前，我國的互聯(lián)網(wǎng)，特別是寬頻網(wǎng)的發(fā)展并不成熟，與陸地通信系統(tǒng)相比，盡管它的延遲比較大，但是也有一些陸地網(wǎng)絡(luò)所不能及的優(yōu)勢(shì)：（1）覆蓋面很廣、對(duì)距離不敏感、全方位覆蓋能力很好，并且組網(wǎng)很靈活；（2）快速的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、成熟的技術(shù)和穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)；（3）能靈活使用并擴(kuò)大傳送訊息的頻帶；（4）良好的連接性能、低廉的價(jià)格等。尤其是在欠發(fā)達(dá)地區(qū)，因?yàn)橘M(fèi)用較高，很難建立陸基網(wǎng)絡(luò)，因此，可采用衛(wèi)星寬帶接入網(wǎng)。衛(wèi)星寬頻帶大數(shù)據(jù)廣播具有“點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的特點(diǎn)，將會(huì)是一種面向全國范圍內(nèi)的快速傳播方式。通過這種方式，使遠(yuǎn)距離的使用者能夠以極少的成本，獲得更多的因特網(wǎng)資源，并有效地保護(hù)自己免受惡意網(wǎng)站的侵害。

2.2 多媒體傳輸

多媒體技術(shù)是一種新型的信息交流方式，它并不是簡(jiǎn)單地把聲音、文字、圖形和圖像等幾種媒體疊加后呈現(xiàn)在人們面前，而是通過有機(jī)的信息整合，使人們得到最佳的音像[2]。交互是多媒體信息傳播的基本特征，它不僅需要多媒體數(shù)據(jù)的高質(zhì)量傳輸，而且還需要信息反饋。在多媒體應(yīng)用日益廣泛的今天，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足人們的需要，因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)提出了更高的要求。首先，為適應(yīng)各種多媒體通訊的需要，要求多媒體通訊系統(tǒng)具有更高的帶寬和更高的數(shù)據(jù)傳輸率；其次，在降低了數(shù)據(jù)傳輸可靠性的同時(shí)，也要確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性；最后，在多媒體通訊網(wǎng)絡(luò)中，需要保證準(zhǔn)確的同步性（跨介質(zhì)和內(nèi)部介質(zhì)）。利用因特網(wǎng)進(jìn)行音像等多種媒體服務(wù)是當(dāng)今產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)，而衛(wèi)星通信作為一種多媒體信息的傳播方式，理應(yīng)得到應(yīng)有的發(fā)展。

衛(wèi)星的寬頻、大容量特點(diǎn)，特別適合在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行多媒體教學(xué)，并在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息資源的有效利用。使用衛(wèi)星寬帶訪問因特網(wǎng)，通過這種方式，能夠?qū)?yōu)秀老師的教學(xué)內(nèi)容實(shí)時(shí)、流暢地傳遞到每個(gè)用戶手中，使得更多的學(xué)生能夠參與到他們的教學(xué)當(dāng)中，從而使所有的遠(yuǎn)程用戶都能夠獲得海量的知識(shí)。提供更高水平的教育和教學(xué)信息。利用BBS 和聊天室等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，開展在線討論、在線答疑、在線輔導(dǎo)、在線互動(dòng)，這種方式，既能節(jié)省教師在示范和實(shí)驗(yàn)演示方面的花費(fèi)，又能給教師提供更多的時(shí)間和更多的方法，最終提高教師的教學(xué)質(zhì)量。

另一個(gè)新興的多媒體應(yīng)用就是使用因特網(wǎng)進(jìn)行多用戶視頻會(huì)議。與其他應(yīng)用相比，多用戶視頻會(huì)議在上行和下行時(shí)均要求相同的帶寬，流量是對(duì)稱的。這樣的多點(diǎn)會(huì)議，每個(gè)與會(huì)者都必須在因特網(wǎng)上與特定的服務(wù)器相連（由服務(wù)器控制會(huì)議的進(jìn)程），若使用衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，則只需一次跳躍即可將客戶機(jī)與服務(wù)器相連，兩次跳躍即可實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)與服務(wù)器的遠(yuǎn)距離互聯(lián)。

2.3 光纖骨干網(wǎng)延伸

衛(wèi)星能夠到達(dá)光纖無法到達(dá)的區(qū)域。在《2003 年度珠峰攀登計(jì)劃》中，央視現(xiàn)場(chǎng)直播了成功“登頂”珠峰的手機(jī)通訊[3]。在世界最高峰，實(shí)現(xiàn)了通訊與電視轉(zhuǎn)播，可見衛(wèi)星通訊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)陸基網(wǎng)絡(luò)的有力補(bǔ)充。衛(wèi)星通訊可用作光纖主干網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。利用衛(wèi)星為珠峰登山活動(dòng)提供通訊鏈接，這是在極端環(huán)境中的一次嘗試，表明了其自身的發(fā)展?jié)摿Γ瑫r(shí)也充分展示了其在極端環(huán)境中無可取代的特點(diǎn)。

當(dāng)前，鏈路帶寬是制約網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸之一。盡管在未來的發(fā)展趨勢(shì)中，光纖鋪設(shè)仍將成為增加通信容量的主要手段，而地基光纖網(wǎng)的快速發(fā)展將會(huì)給衛(wèi)星通信帶來巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，但是，在與其他傳輸介質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)中，衛(wèi)星通信仍有較大的發(fā)展空間。一般而言，寬帶網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架可分為三層：主干網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)絡(luò)和社群網(wǎng)絡(luò)。寬帶社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，所要解決的就是通常所說的“最后一公里”，即從一個(gè)光學(xué)節(jié)點(diǎn)到每一個(gè)客戶的家中，距離不能大于2 公里。例如，如果骨干網(wǎng)是一光纖網(wǎng)，而顧客接入仍采用窄帶方式，比如，電話撥號(hào)或者 ISDN都不能提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的速率。盡管從長(zhǎng)期來看，光纖到戶是一種較好的解決“最后一公里”的方法，但目前的光纖到戶方法仍有一些缺點(diǎn)，如造價(jià)較高、施工進(jìn)度較慢。要充分發(fā)揮衛(wèi)星通信網(wǎng)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，以及鏈路的通訊成本與傳輸距離無關(guān)的優(yōu)勢(shì)，真正實(shí)現(xiàn)全球互聯(lián)。

2.4 衛(wèi)星通信技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域中的應(yīng)用

我國是一個(gè)人口大國，由于人口基數(shù)大，我國的電視機(jī)數(shù)量高達(dá)3.5 億臺(tái)，各類電視媒體機(jī)構(gòu)數(shù)千家，有線電視的用戶量也超過了9000 萬。衛(wèi)星電視的訂戶，更是達(dá)到了接近2000 萬。目前，一些電視界的專家認(rèn)為，我國發(fā)展衛(wèi)星電視的業(yè)務(wù)已經(jīng)比較成熟，獲得了發(fā)展DBs 的軌道和頻道，在“村村通”的發(fā)展上，已經(jīng)具備了一些衛(wèi)星廣播的經(jīng)驗(yàn)，并且得到了廣大群眾的擁護(hù)，自己開發(fā)的RD 也已經(jīng)進(jìn)入了市場(chǎng)。

2.5 衛(wèi)星通信技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域中的應(yīng)用

衛(wèi)星通訊技術(shù)的應(yīng)用，主要是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò)。而其所提供的寬帶是一項(xiàng)固定的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。目前，在世界范圍內(nèi)，衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展方式有兩種，一種是在原有VSAT 技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)出新的產(chǎn)品，并充分利用現(xiàn)有的衛(wèi)星波段資源，迅速建立符合客戶需要的寬帶網(wǎng)絡(luò)，從而在與陸地寬帶服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)中，獲得自己的生存空間；另一種是在高頻率范圍內(nèi)，大力發(fā)展新的衛(wèi)星寬頻通信系統(tǒng)，以滿足新的應(yīng)用需求，這種方式與地面是互補(bǔ)的。從我國的現(xiàn)狀來看，首先，要大力發(fā)展衛(wèi)星寬帶通信，國內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商要針對(duì)用戶的需要，為用戶提供有針對(duì)性的服務(wù)；其次，要發(fā)展一種新的、可實(shí)現(xiàn)全球通訊的寬頻衛(wèi)星通訊系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)我國自主研制的寬頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

2.6 其他應(yīng)用

除此之外，衛(wèi)星通訊也有其他用途。有了衛(wèi)星和WLAN 的連接，只要有衛(wèi)星信號(hào)，就可以在任何地方和 Internet 建立聯(lián)系，完全可以把用戶從網(wǎng)絡(luò)中解放出來。在應(yīng)急救援中，衛(wèi)星通訊可以充分利用其優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橐坏┌l(fā)生重大地震或臺(tái)風(fēng)，就只有它才能提供通訊服務(wù)；而在軍用領(lǐng)域，衛(wèi)星通訊系統(tǒng)則能發(fā)揮出更大的作用，比如曾經(jīng)在商用上失敗過的銥衛(wèi)星，如今卻在軍用上重新煥發(fā)了生機(jī)；在信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，各類衛(wèi)星對(duì)情報(bào)資料的獲取、信息的傳遞和武器的精準(zhǔn)導(dǎo)引，都發(fā)揮著極其重要的作用。

3 衛(wèi)星通信的未來發(fā)展趨勢(shì)

利用氙氣引擎、高能太陽能電池、大天線和多點(diǎn)波束（THURYU、 ASES、 TORSS、 GALILEO 等）、窄帶信道產(chǎn)生（BUTLER、 DWS、 BUTLER 等）和按需分配（RF 能量）等技術(shù)，可以促進(jìn)通信衛(wèi)星和衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展[4]。

3.1 通信衛(wèi)星向小型化發(fā)展

衛(wèi)星自身的小型化是當(dāng)今衛(wèi)星通訊的一個(gè)發(fā)展方向。世界上許多國家都在不斷地制造更大、更重的衛(wèi)星，以提升其在太空中的靈敏度、容量，并達(dá)到一星多能的目的。衛(wèi)星越大，就越容易受到電磁干擾，越容易被敵人的反衛(wèi)星武器摧毀。采用多個(gè)小型衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò)，取代單個(gè)大型衛(wèi)星，可以有效地改善衛(wèi)星系統(tǒng)的生存性。

3.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”中的衛(wèi)星通信

“互聯(lián)網(wǎng)+”中的衛(wèi)星通信，是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，并通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式，使傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，以滿足人們對(duì)衛(wèi)星的各種新服務(wù)的需要。衛(wèi)星通信是一種新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它相對(duì)于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)有著顯著的優(yōu)越性，可以適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代對(duì)新業(yè)務(wù)的需求。

3.3 衛(wèi)星通訊和因特網(wǎng)技術(shù)的融合

隨著衛(wèi)星通訊與計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，衛(wèi)星因特網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)前，衛(wèi)星因特網(wǎng)的接入方法是通過寬帶衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)雙向通信，針對(duì)目前因特網(wǎng)信息不對(duì)稱的特點(diǎn)，提出了一種以衛(wèi)星鏈路為下行鏈路，以電話撥號(hào)、局域網(wǎng)等其他通信鏈路為上行鏈路的數(shù)據(jù)鏈路，并以此為基礎(chǔ)，發(fā)展了一種基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)的外部交互式通信模式，該模式是目前國際上的研究熱點(diǎn)[5]。

3.4 通信寬帶化

為滿足用戶對(duì)衛(wèi)星通信頻帶的要求，目前，我國的衛(wèi)星通信技術(shù)正逐步向Ka 波段和Q 波段方向發(fā)展。使用EHF 波段具有許多其他波段所無法相比的優(yōu)勢(shì)：（1）可以極大地提高EHF 波段的容量，極大地緩解已有的頻譜擁塞；（2）EHF 波束較窄，具有較強(qiáng)的抗干擾性、抗攔截性，減小了由于核爆引起的信號(hào)抖動(dòng)和衰減。

4 結(jié)語

總而言之，衛(wèi)星通訊的使用機(jī)會(huì)很多，由公共網(wǎng)絡(luò)到私人網(wǎng)絡(luò)，由天空到地面，由海上到山頭，無處不在。在鄉(xiāng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，要想獲得通信服務(wù)，最好的方法就是利用衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用從根本上解決了我國的通信難題和通信普及性難題。此外，為解決我國在科技、教育、信息等方面的問題，利用衛(wèi)星進(jìn)行寬頻通信仍然是一種重要手段。