信息与通信的发展及前沿技术论文

信息与通信的发展及前沿技术 题 目 国内外卫星通信产业技术应用的发展趋势 学生姓名 学 号 院 系 专 业 二一 年 月 日国内外卫星通信产业技术应用的发展趋势摘要：随着通信技术的发展，要实现人类通信的“无缝”连接，卫星通信将在未来通信中发挥重要作用。本文首先概述了卫星通信的产业发展情况，详细讨论了卫星通信的技术发展趋势，结合现有的先进卫星通信系统中先进技术的应用情况，提出了我国卫星卫星通信产业的发展趋势。 关键词：卫星通信；卫星多媒体广播（DMB）；天基路由；动中通一、引言 随着信息化时代的到来，全球个人移动通信和信息高速公路通信需求的迅速增长，要实现通信网的“无缝”覆盖，卫星通信是必不可少的通信手段。在经济、政治和文化领域中，卫星通信不仅有效地补充了其他通信手段的不足或不能，更是在抢险、防灾、救灾、处理突发事件的应急通信中大有作为。此外，深空通信的迅速发展极大促进了卫星通信的发展，成为卫星通信的又一新领域。 在21世纪的头一个十年内，卫星通信又有了长足的发展。从地理上看，增长最快的地区将在北美、中国、南亚、以及拉丁美洲和中欧的一些地区中。从系统上看，卫星广播系统与宽带系统将是增长最快的：视频传输、IPTV、移动TV、IP接入、个人网络业务、远程医疗等等将得到很大发展。二、卫星通信产业技术发展现状卫星通信系统按其提供的业务可以分为宽带卫星通信系统、卫星固定通信系统和卫星移动通信系统。 （1）宽带卫星通信系统宽带卫星通信是指利用通信卫星作为中继站在地面站之间转发高速率通信业务，是宽带业务需求与现代卫星通信技术相结合的产物，也是当前卫星通信的主要发展方向之一。宽带卫星通信系统是与互联网技术相联系的，运行TCP/IP协议族的卫星通信系统。它是数字多媒体、卫星广播、互联网的有机结合，为一系列新的应用提供了统一的服务平台，是卫星通信宽带化的一个方向。宽带卫星通信网络结构是地面宽带IP技术在通信领域内的演变和应用，是适应卫星分组业务和降低系统复杂性的一种尝试，目的在于廉价地提供用户满意的大流量分组数据业务，而无须ATM的干预。它以卫星系统为基础，以IP为网络服务平台，以Internet应用为服务对象。宽带是通信的发展方向，卫星通信在卫星产业中占主导地位，因此，宽带卫星通信对卫星应用产业来讲可为举足轻重。目前正在使用的宽带通信卫星，包括泰国的IPSTAR、美国的Wildblue1和SpaceWay3，加拿大的Anikf2/3，欧洲的宽带多媒体卫星通信系统Amerhis等1。 （2）卫星固定通信系统固定通信作为卫星通信的传统业务，主要用于电信服务、广播电视、内部专网、数据采集等领域。近年来。各类卫星宽带业务发展较快，尤其是基于IP的业务，如电视会议、远程教育、远程医疗、流媒体等。大部分静止轨道卫星通信系统都能提供固定通信业务，比较著名的系统有国际通信卫星（Intelsat）系统、欧洲通信卫星公司（Eutelsat）、俄罗斯联邦国际卫星组织（Intersputnik）、美国泛美卫星（PanAmsat）、新天空卫星（NewSkies）等。2009年发射的Intelsat14卫星，携带了思科公司为美国国防部研制的太空路由器（IRIS）有效载荷，将地面基于IP的路由器搬上了太空。固定通信系统地面设备中VSAT小站作为一种体积小、重量轻、组网灵活方便的站型，在信息广播分发、采集与远程监视、因特网接入、村村通工程等领域有着广泛的应用。 （3）卫星移动通信系统卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户与移动用户或固定用户间相互通信的方式。利用静止轨道提供全球覆盖的卫星移动通信系统的有Inmarsat系统；提供区域覆盖的有MSAT系统ACeS系统、Thuraya系统。通过非静止轨道卫星提供全球覆盖的卫星移动通信系统有Globalstar、Orbcomm和Iridium系统等。Inmarsat系统的第四代业务BGAN系统可通过手持终端向全球同时提供话音和宽带数据业务，兼容3G系统，可以为全球任何地方的用户提供最高达492kb/s的网络数据传输、移动视频、视频会议、传真、电子邮件、局域网接入等多种业务。Thuraya系统是个区域性静止卫星移动通信系统，覆盖全球1/3的区域，系统终端整合了卫星、GSM、GPS三种功能。可以向用户提供语音、短信、数据、传真、GPS定位等业务。2009年7月，最新一代静止轨道移动通信卫星“TerreStar1”发射升空。该星携带的S频段有效载荷天线展开直径达18m，星上利用地面波束成型技术产生点波束数量超过500个。另外，该星通过与“辅助地面组件”（ATC）相结合，融合了地面网络与卫星网络各自的优势，真正实现了移动通信的无缝覆盖。三、卫星通信产业技术发展趋势未来卫星通信将最大限度地发挥自身优势，在天地融合中越来越趋向“一切为客户着想”的端到端服务，把所需要的内容和通信服务直接传送到客户，如卫星电视直播、移动数字音频/视频/数据广播、因特网内容投送、远程教育和远程监控等。随着卫通产业的发展，卫星通信技术也呈现出如下特点： （1）新业务新需求的出现，对卫星通信的发展起到了重要的牵引作用。更高的通信频段，更大的通信容量成为卫星通信技术研究的主流2。Q频段（3355GHz）、U频段（4060GHz）的卫星及通信有效载荷研究是目前研究重点之一。 （2）随着宽带多媒体业务在卫星通信市场份额的扩大，地面多媒体业务的标准协议对卫星通信领域的适应性研究也在成为热点。例如适合多媒体不对称传输的基于卫星的DVB(DVB-S、DVB-S2)和基于卫星的回传链路（DVB-RCS，Satmode）标准研究和实现等。以下从卫星通信系统、星上处理技术、先进卫星技术、终端技术和卫星通信应用等几个方面简要分析卫星通信的发展趋势。1.卫星通信系统发展 （1）宽带卫星通信技术基于目前L，S，C，Ku频谱资源及GEO卫星轨道资源的紧缺与拥塞，越来越多的卫星通信将采用EHF频段，甚至更高的QF(4060 GHz)频段。当然，从市场发展前后相兼容角度看，在不少场合KuKa混合结构不失为一种安全与明智的选择，它们的发展将成为全球信息高速公路的重要组成部分，实现全球无缝个人通信和Internet空中高速通道。 （2）以IP为基础的多种通信网络的融合宽带基础信息网络建设是多媒体业务传输的基础。为了能够实现理想的“泛在通信”，就必须综合运用有线、蜂窝、Wimax,卫星等多种手段，因此未来的信息基础网络将是异构网络的融合。无论接入网域和核心网域采用何种体制，全IP都是发展的主要目标，宽带和移动应用将成为网络发展的主要着眼点。组播、流媒体、内容分发和宽带接入等多种应用，使得宽带业务呈爆炸式的增长，因此需要能够提供高带宽和服务质量保障的网络。通过与地面系统的结合，卫星通信将在两个方面发挥更大的效用。一是因特网信息的干线传送，特别是远距离的跨国传输。二是宽带接入服务，主要是为用户提供直接入户的卫星宽带接入服务。系统出境载波采用IP over DVB技术，将大量下载信息用卫星传送，回传则可通过卫星或地面线路(互联网或无线接入)。通过卫星向用户广播大量大众化节目，同时在小区设立服务器(或用户终端的大容量硬盘)投送海量文件，借助服务器边缘化、内容推进本地下载等技术构成新型的IPTV网。下图是一种利用卫星通信系统构建IPTV网的结构：卫星的DVB电视信号，进行二次制作，转换为MPEG4高清格式，再进行IP打包，通过卫星传送只提供“最后一公里”视频的服务提供商3。(3)空间因特网协议技术空间因特网协议技术是指在卫星之间形成一个类似于因特网的通信系统，连接空间、空中和地面节点，在全球范围内接入/部署移动用户。该技术将利用IPv6协议以及卫星IP协议来提高速度和带宽，通过AISR和SISR实时地把空中和空间数据传到地面，高度保证自动的、动态的、网络运行状态，实现了地面终端联接一颗卫星只需一条上行链路和一条下行链路，一旦用户连接到陆地基础结构及其支撑的地面系统，他们就可以访问任何其他用户和数据。这种系统能够在任何拥有信息和通过安全认证的用户之间建立通信链路。这种基于IP的新型系统，将现有的卫星通信系统转型成为动态的、端到端的连接，消除了在容量、控制、适应性、响应能力和覆盖率等方面的限制4 。2.星上处理技术发展随着信息高速公路概念的提出，宽带传输业务、IP业务和个人PC通信漫游业务的需求日益高涨，卫星星上处理技术越来越多的利用在卫星转发器的设计中。星上处理技术使卫星波束的成型和调整、路由的分配和频率的转换等实现了可编程，解决了频率和时隙的预分配，实现了波束的灵活调整、信道的灵活交换、频率的最佳利用、功率的按需分配以及端到端之间的话音通信。 2009年11月23日，“国际通信卫星”(IS)14商业通信卫星由宇宙神5运载火箭发射升空。该卫星携带了美国国防部的“太空互联网路由”(IRIS)载荷，将验证利用互联网路由技术进行军事卫星通信的可能性。IRIS的结构和设计能够实现灵活的三层IP信息包编路。通过按需编路、重新配置，实现多点分配，IRIS载荷将提供太空中的主动路由节点，为用户提供灵活的IP网络，进行声音、视频和数据通信。利用天基路由技术进行卫星通信可以大大提高通信容量、缩短通信时间，通信容量甚至能达到目前普通卫星通信的5倍5。四、我国卫星通信产业技术发展趋势（1）开发新频段，提高现有频段的频谱利用率。使用频率向高端发展，使用Ku、Ka、V(40/50GHz)波段。 （2）开展卫星通信网与其它异构网的互通、互联、网络同步与交换技术，完成卫通网与异构网协议变换，信令呼叫接口技术等； （3）移动卫星通信网将积极发展与同步轨道移动卫星通信系统相关的技术，如同步卫星上的大天线的制造与展开、折收技术；小型多模卫星通信手持机技术；星上多波束切换技术和信关站技术，在中低轨道移动卫星系统中的星上交换、星上处理、星间链路技术、越区切换技术和信关站有关的技术； （4）网络管理和控制及网络动态分配处理的自动化技术； （5）卫星通信网的网络安全、保密技术； （6）与我国卫星通信设备产业化发展有关的生产、工艺加工技术等等。五、总结卫星通信将获得重大发展。各种新技术，如光信息处理、智能化星上网控、超导、新发射工具和新轨道技术的实现，将使卫星通信产生革命性的变化。卫星通信将对我国的国民经济发展，对产业信息化产生巨大的促进作用。参考文献：1. A. Braukhane ,M. Arza ,M. Bacher, et al. FormSat, a Scalable Formation Flying Communication Satellite System J.IEEE AC.20102. Kyung Soo Choi, Jin Ho Jo, Moon Hee You and Seong Pal Lee. Utilization Plans for Ka band Satellite Communications System using COMSJ. International Journal of Satellite Communications. Feb, 20103. 李广侠，冯少栋，甘仲民，张更新. 宽带多媒体卫星通信系统现状及发展趋势（上）J数字通信世界.2009年.第01期.4. 王世强，侯妍. 卫星通信系统技术研究及其未来发展J. 现代电子技术.2009（17）5. 李云，陈萱.2009年天基路由技索取得新进展J中国航天.2010年.第1期心 转贴于 中国论文下载中心