信息與通信的發(fā)展及前沿技術(shù)論文

1、信息與通信的發(fā)展及前沿技術(shù) 題 目 國內(nèi)外衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢 學(xué)生姓名 學(xué) 號 院 系 專 業(yè) 二一 年 月 日國內(nèi)外衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢摘要：隨著通信技術(shù)的發(fā)展，要實現(xiàn)人類通信的“無縫”連接，衛(wèi)星通信將在未來通信中發(fā)揮重要作用。本文首先概述了衛(wèi)星通信的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，詳細(xì)討論了衛(wèi)星通信的技術(shù)發(fā)展趨勢，結(jié)合現(xiàn)有的先進(jìn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用情況，提出了我國衛(wèi)星衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信；衛(wèi)星多媒體廣播（DMB）；天基路由；動中通一、引言 隨著信息化時代的到來，全球個人移動通信和信息高速公路通信需求的迅速增長，要實現(xiàn)通信網(wǎng)的“無縫”覆蓋，衛(wèi)星通信是必不可少

2、的通信手段。在經(jīng)濟(jì)、政治和文化領(lǐng)域中，衛(wèi)星通信不僅有效地補(bǔ)充了其他通信手段的不足或不能，更是在搶險、防災(zāi)、救災(zāi)、處理突發(fā)事件的應(yīng)急通信中大有作為。此外，深空通信的迅速發(fā)展極大促進(jìn)了衛(wèi)星通信的發(fā)展，成為衛(wèi)星通信的又一新領(lǐng)域。 在21世紀(jì)的頭一個十年內(nèi)，衛(wèi)星通信又有了長足的發(fā)展。從地理上看，增長最快的地區(qū)將在北美、中國、南亞、以及拉丁美洲和中歐的一些地區(qū)中。從系統(tǒng)上看，衛(wèi)星廣播系統(tǒng)與寬帶系統(tǒng)將是增長最快的：視頻傳輸、IPTV、移動TV、IP接入、個人網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等等將得到很大發(fā)展。二、衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀衛(wèi)星通信系統(tǒng)按其提供的業(yè)務(wù)可以分為寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)和衛(wèi)星移動通信系

3、統(tǒng)。 （1）寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)寬帶衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面站之間轉(zhuǎn)發(fā)高速率通信業(yè)務(wù)，是寬帶業(yè)務(wù)需求與現(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，也是當(dāng)前衛(wèi)星通信的主要發(fā)展方向之一。寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)是與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相聯(lián)系的，運(yùn)行TCP/IP協(xié)議族的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。它是數(shù)字多媒體、衛(wèi)星廣播、互聯(lián)網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，為一系列新的應(yīng)用提供了統(tǒng)一的服務(wù)平臺，是衛(wèi)星通信寬帶化的一個方向。寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是地面寬帶IP技術(shù)在通信領(lǐng)域內(nèi)的演變和應(yīng)用，是適應(yīng)衛(wèi)星分組業(yè)務(wù)和降低系統(tǒng)復(fù)雜性的一種嘗試，目的在于廉價地提供用戶滿意的大流量分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而無須ATM的干預(yù)。它以衛(wèi)星系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以IP為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺，以Inter

4、net應(yīng)用為服務(wù)對象。寬帶是通信的發(fā)展方向，衛(wèi)星通信在衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)中占主導(dǎo)地位，因此，寬帶衛(wèi)星通信對衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)來講可為舉足輕重。目前正在使用的寬帶通信衛(wèi)星，包括泰國的IPSTAR、美國的Wildblue1和SpaceWay3，加拿大的Anikf2/3，歐洲的寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)Amerhis等1。 （2）衛(wèi)星固定通信系統(tǒng)固定通信作為衛(wèi)星通信的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，主要用于電信服務(wù)、廣播電視、內(nèi)部專網(wǎng)、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。近年來。各類衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展較快，尤其是基于IP的業(yè)務(wù)，如電視會議、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、流媒體等。大部分靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)都能提供固定通信業(yè)務(wù)，比較著名的系統(tǒng)有國際通信衛(wèi)星（Intelsat

5、）系統(tǒng)、歐洲通信衛(wèi)星公司（Eutelsat）、俄羅斯聯(lián)邦國際衛(wèi)星組織（Intersputnik）、美國泛美衛(wèi)星（PanAmsat）、新天空衛(wèi)星（NewSkies）等。2009年發(fā)射的Intelsat14衛(wèi)星，攜帶了思科公司為美國國防部研制的太空路由器（IRIS）有效載荷，將地面基于IP的路由器搬上了太空。固定通信系統(tǒng)地面設(shè)備中VSAT小站作為一種體積小、重量輕、組網(wǎng)靈活方便的站型，在信息廣播分發(fā)、采集與遠(yuǎn)程監(jiān)視、因特網(wǎng)接入、村村通工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。 （3）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信是指利用衛(wèi)星實現(xiàn)移動用戶與移動用戶或固定用戶間相互通信的方式。利用靜止軌道提供全球覆蓋的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

6、的有Inmarsat系統(tǒng)；提供區(qū)域覆蓋的有MSAT系統(tǒng)ACeS系統(tǒng)、Thuraya系統(tǒng)。通過非靜止軌道衛(wèi)星提供全球覆蓋的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有Globalstar、Orbcomm和Iridium系統(tǒng)等。Inmarsat系統(tǒng)的第四代業(yè)務(wù)BGAN系統(tǒng)可通過手持終端向全球同時提供話音和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，兼容3G系統(tǒng)，可以為全球任何地方的用戶提供最高達(dá)492kb/s的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、移動視頻、視頻會議、傳真、電子郵件、局域網(wǎng)接入等多種業(yè)務(wù)。Thuraya系統(tǒng)是個區(qū)域性靜止衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，覆蓋全球1/3的區(qū)域，系統(tǒng)終端整合了衛(wèi)星、GSM、GPS三種功能?？梢韵蛴脩籼峁┱Z音、短信、數(shù)據(jù)、傳真、GPS定位等業(yè)務(wù)。2

7、009年7月，最新一代靜止軌道移動通信衛(wèi)星“TerreStar1”發(fā)射升空。該星攜帶的S頻段有效載荷天線展開直徑達(dá)18m，星上利用地面波束成型技術(shù)產(chǎn)生點(diǎn)波束數(shù)量超過500個。另外，該星通過與“輔助地面組件”（ATC）相結(jié)合，融合了地面網(wǎng)絡(luò)與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)各自的優(yōu)勢，真正實現(xiàn)了移動通信的無縫覆蓋。三、衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢未來衛(wèi)星通信將最大限度地發(fā)揮自身優(yōu)勢，在天地融合中越來越趨向“一切為客戶著想”的端到端服務(wù)，把所需要的內(nèi)容和通信服務(wù)直接傳送到客戶，如衛(wèi)星電視直播、移動數(shù)字音頻/視頻/數(shù)據(jù)廣播、因特網(wǎng)內(nèi)容投送、遠(yuǎn)程教育和遠(yuǎn)程監(jiān)控等。隨著衛(wèi)通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星通信技術(shù)也呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)： （1）新業(yè)務(wù)新

8、需求的出現(xiàn)，對衛(wèi)星通信的發(fā)展起到了重要的牽引作用。更高的通信頻段，更大的通信容量成為衛(wèi)星通信技術(shù)研究的主流2。Q頻段（3355GHz）、U頻段（4060GHz）的衛(wèi)星及通信有效載荷研究是目前研究重點(diǎn)之一。 （2）隨著寬帶多媒體業(yè)務(wù)在衛(wèi)星通信市場份額的擴(kuò)大，地面多媒體業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議對衛(wèi)星通信領(lǐng)域的適應(yīng)性研究也在成為熱點(diǎn)。例如適合多媒體不對稱傳輸?shù)幕谛l(wèi)星的DVB(DVB-S、DVB-S2)和基于衛(wèi)星的回傳鏈路（DVB-RCS，Satmode）標(biāo)準(zhǔn)研究和實現(xiàn)等。以下從衛(wèi)星通信系統(tǒng)、星上處理技術(shù)、先進(jìn)衛(wèi)星技術(shù)、終端技術(shù)和衛(wèi)星通信應(yīng)用等幾個方面簡要分析衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢。1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展 （1）寬

9、帶衛(wèi)星通信技術(shù)基于目前L，S，C，Ku頻譜資源及GEO衛(wèi)星軌道資源的緊缺與擁塞，越來越多的衛(wèi)星通信將采用EHF頻段，甚至更高的QF(4060 GHz)頻段。當(dāng)然，從市場發(fā)展前后相兼容角度看，在不少場合KuKa混合結(jié)構(gòu)不失為一種安全與明智的選擇，它們的發(fā)展將成為全球信息高速公路的重要組成部分，實現(xiàn)全球無縫個人通信和Internet空中高速通道。 （2）以IP為基礎(chǔ)的多種通信網(wǎng)絡(luò)的融合寬帶基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)幕A(chǔ)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)理想的“泛在通信”，就必須綜合運(yùn)用有線、蜂窩、Wimax,衛(wèi)星等多種手段，因此未來的信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)將是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合。無論接入網(wǎng)域和核心網(wǎng)域采用何種體制，全I(xiàn)P都

10、是發(fā)展的主要目標(biāo)，寬帶和移動應(yīng)用將成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要著眼點(diǎn)。組播、流媒體、內(nèi)容分發(fā)和寬帶接入等多種應(yīng)用，使得寬帶業(yè)務(wù)呈爆炸式的增長，因此需要能夠提供高帶寬和服務(wù)質(zhì)量保障的網(wǎng)絡(luò)。通過與地面系統(tǒng)的結(jié)合，衛(wèi)星通信將在兩個方面發(fā)揮更大的效用。一是因特網(wǎng)信息的干線傳送，特別是遠(yuǎn)距離的跨國傳輸。二是寬帶接入服務(wù)，主要是為用戶提供直接入戶的衛(wèi)星寬帶接入服務(wù)。系統(tǒng)出境載波采用IP over DVB技術(shù)，將大量下載信息用衛(wèi)星傳送，回傳則可通過衛(wèi)星或地面線路(互聯(lián)網(wǎng)或無線接入)。通過衛(wèi)星向用戶廣播大量大眾化節(jié)目，同時在小區(qū)設(shè)立服務(wù)器(或用戶終端的大容量硬盤)投送海量文件，借助服務(wù)器邊緣化、內(nèi)容推進(jìn)本地下載等技術(shù)構(gòu)

11、成新型的IPTV網(wǎng)。下圖是一種利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建IPTV網(wǎng)的結(jié)構(gòu)：衛(wèi)星的DVB電視信號，進(jìn)行二次制作，轉(zhuǎn)換為MPEG4高清格式，再進(jìn)行IP打包，通過衛(wèi)星傳送只提供“最后一公里”視頻的服務(wù)提供商3。(3)空間因特網(wǎng)協(xié)議技術(shù)空間因特網(wǎng)協(xié)議技術(shù)是指在衛(wèi)星之間形成一個類似于因特網(wǎng)的通信系統(tǒng)，連接空間、空中和地面節(jié)點(diǎn)，在全球范圍內(nèi)接入/部署移動用戶。該技術(shù)將利用IPv6協(xié)議以及衛(wèi)星IP協(xié)議來提高速度和帶寬，通過AISR和SISR實時地把空中和空間數(shù)據(jù)傳到地面，高度保證自動的、動態(tài)的、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，實現(xiàn)了地面終端聯(lián)接一顆衛(wèi)星只需一條上行鏈路和一條下行鏈路，一旦用戶連接到陸地基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其支撐的地面系統(tǒng)，他

12、們就可以訪問任何其他用戶和數(shù)據(jù)。這種系統(tǒng)能夠在任何擁有信息和通過安全認(rèn)證的用戶之間建立通信鏈路。這種基于IP的新型系統(tǒng)，將現(xiàn)有的衛(wèi)星通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成為動態(tài)的、端到端的連接，消除了在容量、控制、適應(yīng)性、響應(yīng)能力和覆蓋率等方面的限制4 。2.星上處理技術(shù)發(fā)展隨著信息高速公路概念的提出，寬帶傳輸業(yè)務(wù)、IP業(yè)務(wù)和個人PC通信漫游業(yè)務(wù)的需求日益高漲，衛(wèi)星星上處理技術(shù)越來越多的利用在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的設(shè)計中。星上處理技術(shù)使衛(wèi)星波束的成型和調(diào)整、路由的分配和頻率的轉(zhuǎn)換等實現(xiàn)了可編程，解決了頻率和時隙的預(yù)分配，實現(xiàn)了波束的靈活調(diào)整、信道的靈活交換、頻率的最佳利用、功率的按需分配以及端到端之間的話音通信。 2009年1

13、1月23日，“國際通信衛(wèi)星”(IS)14商業(yè)通信衛(wèi)星由宇宙神5運(yùn)載火箭發(fā)射升空。該衛(wèi)星攜帶了美國國防部的“太空互聯(lián)網(wǎng)路由”(IRIS)載荷，將驗證利用互聯(lián)網(wǎng)路由技術(shù)進(jìn)行軍事衛(wèi)星通信的可能性。IRIS的結(jié)構(gòu)和設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的三層IP信息包編路。通過按需編路、重新配置，實現(xiàn)多點(diǎn)分配，IRIS載荷將提供太空中的主動路由節(jié)點(diǎn)，為用戶提供靈活的IP網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行聲音、視頻和數(shù)據(jù)通信。利用天基路由技術(shù)進(jìn)行衛(wèi)星通信可以大大提高通信容量、縮短通信時間，通信容量甚至能達(dá)到目前普通衛(wèi)星通信的5倍5。四、我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢（1）開發(fā)新頻段，提高現(xiàn)有頻段的頻譜利用率。使用頻率向高端發(fā)展，使用Ku、Ka、V(4

14、0/50GHz)波段。 （2）開展衛(wèi)星通信網(wǎng)與其它異構(gòu)網(wǎng)的互通、互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)同步與交換技術(shù)，完成衛(wèi)通網(wǎng)與異構(gòu)網(wǎng)協(xié)議變換，信令呼叫接口技術(shù)等； （3）移動衛(wèi)星通信網(wǎng)將積極發(fā)展與同步軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)，如同步衛(wèi)星上的大天線的制造與展開、折收技術(shù)；小型多模衛(wèi)星通信手持機(jī)技術(shù)；星上多波束切換技術(shù)和信關(guān)站技術(shù)，在中低軌道移動衛(wèi)星系統(tǒng)中的星上交換、星上處理、星間鏈路技術(shù)、越區(qū)切換技術(shù)和信關(guān)站有關(guān)的技術(shù)； （4）網(wǎng)絡(luò)管理和控制及網(wǎng)絡(luò)動態(tài)分配處理的自動化技術(shù)； （5）衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)安全、保密技術(shù)； （6）與我國衛(wèi)星通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展有關(guān)的生產(chǎn)、工藝加工技術(shù)等等。五、總結(jié)衛(wèi)星通信將獲得重大發(fā)展。各種

15、新技術(shù)，如光信息處理、智能化星上網(wǎng)控、超導(dǎo)、新發(fā)射工具和新軌道技術(shù)的實現(xiàn)，將使衛(wèi)星通信產(chǎn)生革命性的變化。衛(wèi)星通信將對我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對產(chǎn)業(yè)信息化產(chǎn)生巨大的促進(jìn)作用。參考文獻(xiàn)：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 S