0 引言

    從1964年在美國成立了國際通信衛(wèi)星組織INTELSAT,，并于次年發(fā)射了第一顆商用通信衛(wèi)星（“Early Bird”）以來，衛(wèi)星通信技術(shù)及其應(yīng)用蓬勃發(fā)展,，取得了巨大的成功,。除了在軍事領(lǐng)域中發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用以外，衛(wèi)星通信已經(jīng)成為了人們生活中不可或缺的一部分：為人們提供豐富多彩的電視廣播和語音廣播,，為地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)尚未部署的偏遠(yuǎn)地區(qū),、海上和空中提供必要的通信，為發(fā)生自然災(zāi)害的區(qū)域提供寶貴的應(yīng)急通信,，為欠發(fā)達(dá)或人口密度低的地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入等^[1],。

    衛(wèi)星通信與地面通信方式相比主要具有以下特點(diǎn)[^2-4]：(1)覆蓋范圍廣：地球靜止軌道(GEO)衛(wèi)星距離地面35 786 km，只需要三顆GEO衛(wèi)星就能覆蓋全球除兩極以外的所有區(qū)域,；（2）通信系統(tǒng)容量大：衛(wèi)星頻率資源相當(dāng)豐富,，能提供寬帶通信服務(wù)，并可方便地向更高頻段擴(kuò)展,；（3）快速向市場提供服務(wù)：建立地面通信設(shè)施迅速,，開展新的業(yè)務(wù)和應(yīng)用周期短；（4）靈活性高：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建立不受地理?xiàng)l件限制,，無論是大城市還是偏遠(yuǎn)山區(qū)或是海島都可建立通信,，且通信距離與成本無關(guān)；（5）災(zāi)難容忍性強(qiáng)：在自然災(zāi)害如地震,、臺風(fēng)發(fā)生時(shí)仍能提供穩(wěn)定的通信,；（6）通信鏈路傳輸時(shí)延大：信號在GEO衛(wèi)星與地面之間往返傳輸?shù)臅r(shí)間約為0.25 s，對時(shí)間敏感度高的應(yīng)用如語音通話會受到通信延遲的影響,；（7）通信鏈路傳輸衰減大：通信鏈路傳輸距離很遠(yuǎn),，造成了信號衰減較大，且高頻段（如Ku/Ka頻段）易受雨衰,、雪衰等不利天氣影響,；（8）信號視距傳播：采用高頻段信號通信，傳輸易受障礙物影響。

    然而,，長期以來衛(wèi)星通信一直作為地面固定,、無線或移動(dòng)通信系統(tǒng)的一種補(bǔ)充通信方式^[5]。例如,，早期的衛(wèi)星通信只是用在海運(yùn)領(lǐng)域,，這是由于地面通信網(wǎng)絡(luò)受限于覆蓋范圍和技術(shù)，無法在海上提供服務(wù),。衛(wèi)星通信系統(tǒng)要想在與地面通信系統(tǒng)的競爭中發(fā)揮出更重要的作用,，還需要克服自身通信特性上的一些不足。例如：對于網(wǎng)絡(luò)層存在的傳輸時(shí)延長,、丟包率高及鏈路干擾等問題,，需要采用新的算法和協(xié)議對網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行優(yōu)化，從而使衛(wèi)星通信適合于個(gè)人移動(dòng)通信和寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入,；在物理層,，由于衛(wèi)星通信的視距傳輸特性，限制了部分區(qū)域特別是繁華市區(qū)的用戶接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),，需要采用新的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來推進(jìn)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面通信網(wǎng)絡(luò)的融合[6-8],。同時(shí)，信息通信技術(shù)的發(fā)展也促使我們從未來互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的角度來重新定義衛(wèi)星通信的作用,。正如文獻(xiàn)[9]指出,，未來互聯(lián)網(wǎng)一定是全球“任何地方、任何時(shí)間”都無處不在,，必須能為社會在緊急情況下提供必要的幫助,，而且必須是穩(wěn)定可靠的。地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)受限于自身的局域覆蓋屬性,，不能有效的滿足這些需求,。因此，未來互聯(lián)網(wǎng)需要構(gòu)建和融合兩個(gè)基本通信網(wǎng)絡(luò)：由地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的局域網(wǎng)部分和由衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組成的全局網(wǎng)部分,。在這種新的通信架構(gòu)下,，衛(wèi)星通信將充分發(fā)揮其全球通信無縫覆蓋的優(yōu)勢而發(fā)展成為主導(dǎo)地位，不僅僅只是地面移動(dòng)通信的輔助方式,。

    近期,，衛(wèi)星通信新技術(shù)的迅速發(fā)展和通信商業(yè)市場需求的不斷增長，極大地促進(jìn)了衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)和通信模式的創(chuàng)新發(fā)展,，使當(dāng)前成為衛(wèi)星通信歷史上最活躍的時(shí)期之一,。本文總結(jié)了衛(wèi)星通信近期發(fā)展的幾種新技術(shù)，介紹了當(dāng)前衛(wèi)星通信的頻譜資源使用情況,，綜述了星地融合通信和衛(wèi)星寬帶通信,，并展望了衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢,。

1 衛(wèi)星通信新技術(shù)

1.1 多波束天線

    天線技術(shù)是衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)之一，由于衛(wèi)星通信鏈路傳輸距離很遠(yuǎn)造成了信號衰減很大,，例如,，GEO衛(wèi)星的C頻段信號（3.4 GHz-4.2 GHz）的鏈路衰減通常在200 dB左右。為保證穩(wěn)定可靠的通信,，需要地面站采用高增益天線和高靈敏度接收機(jī),，因此天線的尺寸和成本成為限制衛(wèi)星通信發(fā)展的嚴(yán)重障礙^[10]。早期采用甚小孔徑終端（VSAT,，Very Small Aperture Terminal）技術(shù)來緩解這一問題,，天線系統(tǒng)由一個(gè)大型中心站與大量的小口徑天線終端站共同構(gòu)成一個(gè)星型網(wǎng)，利用中心站天線G/T值(天線增益對噪聲溫度比)高的優(yōu)勢來彌補(bǔ)小站天線因天線口徑小,、增益低導(dǎo)致鏈路余量不足的弱點(diǎn)^[11],。然而，VSAT天線系統(tǒng)的靈活性不足,，并且無法利用頻率復(fù)用技術(shù)來提高頻譜效率,，衛(wèi)星通信天線的發(fā)展已經(jīng)轉(zhuǎn)向了多波束天線,。     

    多波束天線（Multiple Beam Antenna）從2000年開始迅速發(fā)展,，由于它能夠?qū)崿F(xiàn)高增益的點(diǎn)波束覆蓋，又能在廣域覆蓋范圍中實(shí)現(xiàn)頻率復(fù)用,，從而在衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用,。多波束天線與數(shù)字波束成形不同，它使用大量的點(diǎn)波束實(shí)現(xiàn)廣域范圍覆蓋,，可用帶寬被分為很多個(gè)子波段,，從而在大量空間獨(dú)立的點(diǎn)波束之間可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)子波段的復(fù)用，這與地面蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)相似,，顯著地增加了頻譜利用率和衛(wèi)星通信容量^[12-13],。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中使用多波束天線的主要問題是相鄰波束之間的干擾^[14]，文獻(xiàn)[15-16]提出了幾種使用多波束天線的衛(wèi)星系統(tǒng)中使用頻譜分配技術(shù)來降低干擾的影響,。

    多波束天線技術(shù)提高了轉(zhuǎn)發(fā)器的功率使用效率和頻譜資源利用率,，是發(fā)展大容量衛(wèi)星通信系統(tǒng)和增強(qiáng)衛(wèi)星通信市場競爭力的關(guān)鍵技術(shù)。目前,，多波束天線已經(jīng)廣泛應(yīng)用在移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)（Inmarsat,，Thuraya，ACeS,，Iridium等）,，區(qū)域性直播星（DTV-4S，DTV-7S,，Echostar-10,，Echostar-14等）,，個(gè)人通信衛(wèi)星（ViaSat-1，Jupiter-1,，Anik-F等）和軍事通信衛(wèi)星（WGS,，MUOS等）^[17]。

1.2 星上處理

    傳統(tǒng)的通信衛(wèi)星特別是GEO衛(wèi)星采用的是簡單的彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器,。近年來,，用戶對高數(shù)據(jù)率傳輸和無縫覆蓋的交互式多媒體服務(wù)的需求快速增長，促進(jìn)了寬帶通信衛(wèi)星的迅速發(fā)展,，使得采用先進(jìn)的星上處理（OBP- Onboard Processing）,、星上交換技術(shù)與現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）和因特網(wǎng)的融合變得非常有必要^[18-19]，這極大地推動(dòng)了OBP技術(shù)的發(fā)展,。

    OBP可分為再生式和非再生式兩種處理方式,。再生式OBP是衛(wèi)星對接收的信號先在基帶解調(diào)解碼得到所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，然后對數(shù)據(jù)流進(jìn)行交換和重新合路,，再重新將信號編碼調(diào)制為新的數(shù)字調(diào)制信號,；非再生式OBP是衛(wèi)星對接收到的信號不進(jìn)行解調(diào)解碼而直接做相應(yīng)的信號處理。

    OBP最重要的作用在于支持星上交換,，再生式OBP可在星上獲得各路信號所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流,，從而能支持任何方式的交換，如ATM交換,、IP交換或電路交換等,。如果在星上實(shí)現(xiàn)了IP交換，則衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面互聯(lián)網(wǎng)的融合將變得非常簡單和方便^[10],，因而興起了星上IP交換研究與應(yīng)用的熱潮,，許多原計(jì)劃采用ATM交換的衛(wèi)星通信系統(tǒng)都改用了IP交換，例如Spaceway,、Astrolink,、SkyBridge等^[3]。

    同時(shí),，OBP技術(shù)的使用增強(qiáng)了點(diǎn)波束天線的信號功率和方向性,，從而減小了用戶終端的尺寸和靈敏度要求，使得用戶能夠使用小型且廉價(jià)的終端進(jìn)行通信,，并可實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)（如多媒體視頻）,。此外，由于OBP技術(shù)降低了衛(wèi)星通信系統(tǒng)對發(fā)射功率的要求,，這將減小衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器非線性特性造成的不利影響并降低相鄰信道干擾^[20],。

2 衛(wèi)星頻譜資源

    現(xiàn)階段衛(wèi)星通信發(fā)展的主要限制因素是頻譜資源無法滿足日益增長的新業(yè)務(wù)需求，造成了頻譜擁塞和衛(wèi)星干擾越來越嚴(yán)重的問題,。同時(shí),，衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)之間對頻譜資源的競爭也越來越激烈,。2015年11月，在日內(nèi)瓦召開的世界無線電通信大會(WRC-15,，World Radiocommunication Conference 2015)決定,，對于C、Ku或Ka頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù),、衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)中,，還沒有完成全球統(tǒng)一的頻段將被納入新的WRC-19的議題，計(jì)劃將從中選擇適合的頻譜分配給未來的IMT/5G使用,。2016年2月,，在北京召開了國際電信聯(lián)盟無線通信部門5D工作組（ITU-R-WP5D）會議，重點(diǎn)討論了5G通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頻譜資源共存與分配問題,，5G系統(tǒng)在6 GHz以下的候選頻譜中,，3 400 MHz-3 600 MHz和4 800 MHz-4 990 MHz與目前的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)之間存在一定的干擾問題；在6 GHz以上的頻段將在2019年世界無線電通信大會(WRC-19)中展開討論,。未來的地面通信系統(tǒng)與衛(wèi)星通信在高頻段的頻譜資源競爭將會更加激烈,。

    為了適應(yīng)不斷增加的帶寬和數(shù)據(jù)速率需求，衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要從目前普遍使用的C/Ku頻段(各有500 MHz帶寬)向頻率更高的Ka(2.5 GHz帶寬),、Q/V(各有10 GHz帶寬)甚至更高的頻段擴(kuò)展,。近幾年，衛(wèi)星通信頻譜資源擴(kuò)展使用最廣泛的是Ka頻段,，目前國際電信聯(lián)盟(ITU,，International Telecommunication Union)為Ka頻段的頻譜使用劃分為三段：17.3-17.7 GHz,，17.7-19.7 GHz和27.5-29.5 GHz,，詳細(xì)分配情況如表1。

    衛(wèi)星通信中使用Ka頻段與Ku頻段或其他較低的頻段相比,，具有一些顯著優(yōu)勢,。Ka頻段不僅具有更多的可用帶寬，而且與同類尺寸的低頻段天線相比Ka頻段天線具有更高的增益,。Ka頻段的缺點(diǎn)是容易受到不利天氣的影響,，嚴(yán)重的雨衰和雪衰會導(dǎo)致通信質(zhì)量大幅下降。因此,，需要設(shè)計(jì)適合的地面通信系統(tǒng)和可靠的空中傳輸鏈路,，通過調(diào)整通信系統(tǒng)參數(shù)如自適應(yīng)編碼調(diào)制（ACM，Adaptive Coding Modulation）可以減輕雨衰對通信造成的影響^[21-22],。

    目前,，正在對40～60 GHz的EHF（extremely high frequency）頻段展開研究，探索該高頻段在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用^[23],。向更高頻段的頻譜擴(kuò)展推動(dòng)了寬帶衛(wèi)星通信的快速發(fā)展,，高通量衛(wèi)星（HTS,，high throughput satellite）系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。HTS系統(tǒng)結(jié)合了頻譜復(fù)用和點(diǎn)波束天線技術(shù),，采用高階調(diào)制,，使用超寬帶轉(zhuǎn)發(fā)器，從而實(shí)現(xiàn)前所未有的帶寬和吞吐量,，將大幅降低傳輸單位比特?cái)?shù)據(jù)的價(jià)格^[24],。

    盡管頻譜資源在不斷地向更高頻段擴(kuò)展，但有限的頻譜資源始終是限制衛(wèi)星通信發(fā)展的關(guān)鍵性因素,?？梢灶A(yù)見，隨著越來越多的業(yè)務(wù)和應(yīng)用在Ka頻段廣泛使用,，頻譜擁堵將使未來的Ka頻段的業(yè)務(wù)發(fā)展變得十分困難,。HTS系統(tǒng)提供的高性能服務(wù)已經(jīng)受到Ka波段頻譜稀缺的影響^[25]。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的頻譜管理與規(guī)劃將在衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中起到重要的作用,，為了進(jìn)一步提高衛(wèi)星頻譜資源利用率,，一些研究者開始設(shè)計(jì)基于衛(wèi)星Ka頻段分配的認(rèn)知無線電^[26]，在干擾可接收的條件下允許衛(wèi)星通信以共享方式使用頻譜,。

3 衛(wèi)星通信近期發(fā)展

    衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展得益于通信技術(shù),、信號處理技術(shù)、通信設(shè)備制造水平的進(jìn)步和通信商業(yè)需求的不斷增長?，F(xiàn)階段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)正在嘗試異構(gòu)網(wǎng)共存,，提供多樣化的接入服務(wù)。未來的衛(wèi)星通信將不再只是地面通信系統(tǒng)的補(bǔ)充,，而是與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)和寬帶因特網(wǎng)的緊密融合,。星地融合通信和衛(wèi)星寬帶通信將是近期發(fā)展的熱點(diǎn)。

3.1 星地融合通信

    地面通信系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)真正的“無縫覆蓋”,，在人口密度較低的農(nóng)村地區(qū)通常沒有足夠的蜂窩網(wǎng),，在海上和航空領(lǐng)域，更是無法通過地面網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)通信,。衛(wèi)星通信獲得成功的關(guān)鍵是它的廣域覆蓋和快速向市場提供新業(yè)務(wù),，在市場相對較小的海上和航空領(lǐng)域衛(wèi)星通信將長期保持優(yōu)勢地位，但是對于市場龐大的陸地領(lǐng)域,，如：固定,、移動(dòng)通信和廣播業(yè)務(wù)，將取決于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面通信網(wǎng)絡(luò)融合通信（星地融合通信）,。衛(wèi)星通信新技術(shù)的發(fā)展,，如多波束天線和星上處理等技術(shù)正在使星地融合通信成為現(xiàn)實(shí)^[27]。

    長期以來,，由于地面蜂窩移動(dòng)通信能夠提供可靠且價(jià)格合理的服務(wù),，而衛(wèi)星通信所需要的視距傳播在市區(qū)難以保證,，激烈的市場競爭和自身通信特性的限制導(dǎo)致移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)普及率很低。在21世紀(jì)初,，為了克服上述的一些問題,，并幫助衛(wèi)星通信進(jìn)入主流市場，衛(wèi)星通信運(yùn)營商成功得到了電信管理部門在世界許多地區(qū)組建星地融合通信網(wǎng)絡(luò)的授權(quán),，通過增加地面部分?jǐn)U展衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò),，開啟了真正無所不在的衛(wèi)星通信，從而徹底改變了移動(dòng)衛(wèi)星通信^[5],。美國的FCC（Federal Communications Commission）和歐洲的European Commission已經(jīng)授權(quán)衛(wèi)星運(yùn)營商增加地面輔助基站（ATC,，Ancillary Terrestrial Component）到衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。星地融合通信網(wǎng)絡(luò)將會綜合利用地面蜂窩移動(dòng)通信（頻率復(fù)用和非視距傳播的特性）和衛(wèi)星通信（廣域覆蓋范圍的特性）雙方的共同優(yōu)點(diǎn),。例如,，可以利用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和地面4G網(wǎng)絡(luò)的高效性，來為自然或人為災(zāi)害提供應(yīng)急通信^[28],。典型的星地融合通信網(wǎng)絡(luò)如圖1,。

    星地融合通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)充移動(dòng)衛(wèi)星通信的覆蓋盲區(qū)、增加衛(wèi)星通信容量,、實(shí)現(xiàn)無處不在的數(shù)字通信,。從通信發(fā)展趨勢來看，未來5G通信的發(fā)展應(yīng)該是多層次的異構(gòu)網(wǎng),，包括地面蜂窩2G/3G,、4G、陸地LAN（Local Area Networks）,、地面廣播和衛(wèi)星通信網(wǎng),。星地通信網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵是衛(wèi)星通信和地面通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)之間的協(xié)作，從而使得系統(tǒng)獲得最佳的使用效率和用戶體驗(yàn),。

    同時(shí),，星地融合通信系統(tǒng)也面臨著一些挑戰(zhàn)：

    (1)無縫切換：通信網(wǎng)絡(luò)融合的基本需求就是在移動(dòng)衛(wèi)星通信和地面通信網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)無縫切換，設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的切換機(jī)制必須考慮衛(wèi)星通信和地面通信系統(tǒng)在發(fā)射功率和傳輸時(shí)延之間的差異,。文獻(xiàn)[29]提出了自適應(yīng)切換算法，通過估計(jì)衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)接收的信號強(qiáng)度降低到預(yù)設(shè)門限的概率,，來實(shí)現(xiàn)無縫切換,。

    (2)通信兼容：兼容性要求同一設(shè)備能在衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)絡(luò)中通用，需要重新設(shè)計(jì)空中接口和兩者的物理層,，從而保證用戶終端具有相同的使用頻率和基帶芯片^[30],。

    (3)干擾：干擾是星地融合通信網(wǎng)絡(luò)的主要問題之一，在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部或衛(wèi)星與地面通信網(wǎng)絡(luò)之間可能存在著干擾,。最嚴(yán)重的干擾是地面用戶使用相同的上行頻率傳輸?shù)竭_(dá)衛(wèi)星,，星地融合通信運(yùn)營商需要同時(shí)在空管基站和衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)中采用干擾消除技術(shù)^[31-32],。此外，設(shè)計(jì)優(yōu)化的頻譜管理策略,，提高衛(wèi)星部分和地面部分的頻率復(fù)用效率,，也是降低星地網(wǎng)絡(luò)之間干擾的有效方法。

3.2 衛(wèi)星寬帶通信

    對于互聯(lián)網(wǎng)接入而言,，衛(wèi)星通信通常被作為傳統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)（如3G,、電纜或ADSL）無法為用戶提供服務(wù)情況下的一種補(bǔ)充通信方式^[33]。近幾年來,，通信行業(yè)對高數(shù)據(jù)率傳輸業(yè)務(wù)和寬帶多媒體應(yīng)用的需求空前增長,，同時(shí)衛(wèi)星通信技術(shù)快速發(fā)展，如多波束天線,、星上處理,、頻譜復(fù)用技術(shù)，尤其是新的TCP版本和改進(jìn)的TCP加速機(jī)制,，顯著提高了基于衛(wèi)星鏈路的TCP性能^[34-36],，使衛(wèi)星寬帶通信成為現(xiàn)實(shí)。

    隨著寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)和空間組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,，互聯(lián)網(wǎng)逐漸從地面網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到空間網(wǎng)絡(luò),，衛(wèi)星通信逐步進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)代?？臻g網(wǎng)絡(luò)是以同步或中低軌道衛(wèi)星等空間平臺為載體,，通過一體化互聯(lián)網(wǎng)支持實(shí)時(shí)采集、傳輸和處理大數(shù)據(jù),，為用戶提供更大范圍和更高質(zhì)量的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù),。Google公司于2014年宣布將投資10億美元發(fā)射180顆低軌小衛(wèi)星，提供互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),；近期,，OneWeb公司啟動(dòng)世界上最大的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，將發(fā)射648顆衛(wèi)星建立一個(gè)覆蓋全球的低軌道衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò),，后續(xù)還將發(fā)射2 400顆衛(wèi)星,，以提供寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。

    目前正在應(yīng)用的典型衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星公司（Inmarsat）的Global Xpress全球移動(dòng)衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)[37],。Global Xpress是世界第一個(gè)商用高速寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò),，運(yùn)行在Ka頻段，由三顆GEO衛(wèi)星組成,，每顆衛(wèi)星提供89個(gè)Ka點(diǎn)波束,。從2013年12月發(fā)射第一顆衛(wèi)星Inmarsat-5 F1到2015年8月成功發(fā)射第三顆衛(wèi)星Inmarsat-5 F1以來，Global Xpress的三顆衛(wèi)星提供全球超過99%覆蓋區(qū)域的高速移動(dòng)寬帶通信業(yè)務(wù)。Global Xpress在容量,、吞吐量,、用戶終端成本和通話費(fèi)用方面有了顯著的改善。系統(tǒng)使用Ka波段（2.5 GHz可用頻譜資源）,，是Ku波段帶寬的5倍,，通過60 cm小終端支持下行高達(dá)50 Mb/s和上行5 Mb/s的高數(shù)據(jù)率[38]，前向鏈路采用了TDMA接入,，回傳鏈路采用了自適應(yīng)調(diào)制和編碼,，以及采用了功率控制和分集技術(shù)等來彌補(bǔ)衰落造成的影響，提高了信道利用率,。

    通信技術(shù)和寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)展水平雖然有顯著的提升,，但寬帶通信的普及程度還相對比較薄弱。ITU在2015年9月份公布的研究報(bào)告顯示^[39],，地球上仍有40億人無法接入互聯(lián)網(wǎng),，其中90%人口生活在發(fā)展中國家。工信部發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明^[40],，截至2015年8月底,，我國尚有約5萬個(gè)未通寬帶網(wǎng)絡(luò)的行政村，農(nóng)村寬帶家庭普及率比城市地區(qū)低約40個(gè)百分點(diǎn),。構(gòu)建衛(wèi)星寬帶通信網(wǎng)絡(luò)有望改變這一局面,。由于衛(wèi)星通信具有廣泛的覆蓋范圍，較高的成本效率尤其是在低或中等的人口密度的區(qū)域和快速提供通信服務(wù),，可以預(yù)見,，衛(wèi)星通信系統(tǒng)將擴(kuò)展高質(zhì)量的電信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無處不在的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入,，在全球?qū)拵ㄐ欧?wù)中發(fā)揮重要的作用,。

4 結(jié)束語

    衛(wèi)星通信技術(shù)近期發(fā)展的關(guān)鍵是高效的功率利用和帶寬調(diào)制、傳輸鏈路的自適應(yīng)編碼調(diào)制,、完善突發(fā)性業(yè)務(wù)接入技術(shù),、資源預(yù)留算法、星上處理,、網(wǎng)絡(luò)融合和低成本移動(dòng)終端,，從而確保衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面蜂窩系統(tǒng)的無縫融合，提供穩(wěn)定可靠的衛(wèi)星寬帶通信服務(wù),，同時(shí)有效地利用衛(wèi)星軌道和頻譜資源,。

    衛(wèi)星通信在未來信息通信系統(tǒng)中的發(fā)揮著關(guān)鍵的作用，衛(wèi)星通信的無縫覆蓋和大容量的優(yōu)勢將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會效益,，其發(fā)展前景非常具有吸引力。同時(shí)，衛(wèi)星通信也面臨著很大的挑戰(zhàn),。例如,，衛(wèi)星軌道和頻譜資源正越來越緊缺、衛(wèi)星干擾越來越頻繁,、通信網(wǎng)絡(luò)融合中高效切換技術(shù)和頻譜分配策略需要進(jìn)一步的完善,、衛(wèi)星寬帶通信中的帶寬管理和服務(wù)質(zhì)量控制等。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)也需要重新考慮如何增強(qiáng)交互性,、動(dòng)態(tài)性,、情景感知以及網(wǎng)絡(luò)融合效率等方面問題。

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