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中國電子信息工程科技發展研究——衛星通信網絡技術發展專題 版權信息
- ISBN：9787030694478
- 條形碼：9787030694478 ; 978-7-03-069447-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
中國電子信息工程科技發展研究——衛星通信網絡技術發展專題 內容簡介
本書介紹了衛星通信網絡的基本概念及技術特點，闡述了天地融合發展作為未來6G網絡的重要特征，以及以天地融合為特征的衛星通信網絡作為普適性基礎設施的重要意義，在總結分析國外衛星通信系統及發展趨勢的基礎上，聚焦我國衛星通信系統發展現狀及面臨的挑戰，提出發展我國衛星通信技術及產業需要解決的問題，并對未來發展趨勢進行展望。
中國電子信息工程科技發展研究——衛星通信網絡技術發展專題 目錄
目錄
《中國電子信息工程科技發展研究》編寫說明
前言
第1章 衛星通信網絡的概念及特點 1
1.1 衛星通信網絡的概念 1
1.2 衛星通信網絡的特點 2
第2章 國外衛星通信系統發展態勢 4
2.1 高軌衛星通信系統發展現狀 4
2.1.1 WGS通信系統 4
2.1.2 Inmarsat通信系統 5
2.1.3 ViaSat通信系統 5
2.1.4 EDRS項目 6
2.1.5 Eutelsat-Quantum項目 7
2.1.6 系統指標對比 8
2.2 中低軌衛星星座發展現狀 8
2.2.1 O3b星座 9
2.2.2 銥星(Iridium)系統 10
2.2.3 全球星(GlobalStar)系統 10
2.2.4 軌道通信(Orbcomm)系統 11
2.2.5 一網(OneWeb)星座 11
2.2.6 星鏈(Starlink)星座 12
2.2.7 Telesat星座 13
2.2.8 LeoSat星座 14
2.2.9 柯伊伯(Kuiper)星座 14
2.2.10 星座指標對比 15
2.3 天地融合網絡 16
2.4 國外衛星通信系統發展趨勢 21
第3章 我國衛星通信系統發展態勢 24
3.1 高軌衛星通信系統發展現狀 24
3.1.1 天通系列 24
3.1.2 中星系列 26
3.1.3 亞太系列 29
3.1.4 典型系統對比 30
3.2 中低軌衛星星座發展現狀 33
3.2.1 低軌多功能星座 33
3.2.2 中軌寬帶玫瑰星座 33
3.2.3 行云工程 34
3.2.4 其他商業星座 34
第4章 我國衛星通信網絡發展的熱點難點 36
4.1 衛星通信技術熱點 36
4.1.1 一體化融合網絡架構技術 36
4.1.2 頻率軌位干擾分析和規避技術 37
4.1.3 星地一體化空中接口技術 38
4.1.4 多波束天線技術 39
4.1.5 空間高速傳輸技術 40
4.1.6 星上數字化信道轉發技術 41
4.1.7 星上路由技術 41
4.1.8 天基信息港技術 42
4.2 我國衛星通信產業亟待解決的問題 43
4.2.1 頻率軌位資源匱乏 43
4.2.2 核心芯片及高端器件存在短板 44
4.2.3 衛星批量化制造能力欠缺 44
4.2.4 衛星發射及測控能力不足 44
第5章 未來技術發展展望 46
致謝 51
參考文獻 52
《中國電子信息工程科技發展研究》編寫說明
前言
第1章 衛星通信網絡的概念及特點 1
1.1 衛星通信網絡的概念 1
1.2 衛星通信網絡的特點 2
第2章 國外衛星通信系統發展態勢 4
2.1 高軌衛星通信系統發展現狀 4
2.1.1 WGS通信系統 4
2.1.2 Inmarsat通信系統 5
2.1.3 ViaSat通信系統 5
2.1.4 EDRS項目 6
2.1.5 Eutelsat-Quantum項目 7
2.1.6 系統指標對比 8
2.2 中低軌衛星星座發展現狀 8
2.2.1 O3b星座 9
2.2.2 銥星(Iridium)系統 10
2.2.3 全球星(GlobalStar)系統 10
2.2.4 軌道通信(Orbcomm)系統 11
2.2.5 一網(OneWeb)星座 11
2.2.6 星鏈(Starlink)星座 12
2.2.7 Telesat星座 13
2.2.8 LeoSat星座 14
2.2.9 柯伊伯(Kuiper)星座 14
2.2.10 星座指標對比 15
2.3 天地融合網絡 16
2.4 國外衛星通信系統發展趨勢 21
第3章 我國衛星通信系統發展態勢 24
3.1 高軌衛星通信系統發展現狀 24
3.1.1 天通系列 24
3.1.2 中星系列 26
3.1.3 亞太系列 29
3.1.4 典型系統對比 30
3.2 中低軌衛星星座發展現狀 33
3.2.1 低軌多功能星座 33
3.2.2 中軌寬帶玫瑰星座 33
3.2.3 行云工程 34
3.2.4 其他商業星座 34
第4章 我國衛星通信網絡發展的熱點難點 36
4.1 衛星通信技術熱點 36
4.1.1 一體化融合網絡架構技術 36
4.1.2 頻率軌位干擾分析和規避技術 37
4.1.3 星地一體化空中接口技術 38
4.1.4 多波束天線技術 39
4.1.5 空間高速傳輸技術 40
4.1.6 星上數字化信道轉發技術 41
4.1.7 星上路由技術 41
4.1.8 天基信息港技術 42
4.2 我國衛星通信產業亟待解決的問題 43
4.2.1 頻率軌位資源匱乏 43
4.2.2 核心芯片及高端器件存在短板 44
4.2.3 衛星批量化制造能力欠缺 44
4.2.4 衛星發射及測控能力不足 44
第5章 未來技術發展展望 46
致謝 51
參考文獻 52
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中國電子信息工程科技發展研究——衛星通信網絡技術發展專題 節選
第1章 衛星通信網絡的概念及特點 1.1 衛星通信網絡的概念 衛星通信通常指以人造地球衛星作為中繼，轉發或反射無線信號，在衛星通信地球站之間或地球站與航天器之間的通信。衛星通信在廣播電視、移動通信及寬帶互聯網等領域的應用十分廣泛，是航天技術與通信技術結合的成功范例。 衛星通信網絡一般由空間段、地面段和控制段組成，通過星地融合網絡設計，為陸海空天不同場景的用戶提供無處不在的通信服務。其中，空間段主要包括在空間軌道上作為無線電中繼站的通信衛星或星座；地面段主要指信關站、終端及相關地面信息基礎設施，用戶終端有固定、車載、艦載和機載等多種形式；控制端包含系統運行所必須的跟蹤、遙測與遙控設施系統[2]。 衛星通信網絡可以采用同步軌道(Geostationary Earth Orbit，GEO)、高橢圓軌道(Highly Elliptical Orbit，HEO)、中軌道(Medium Earth Orbit，MEO)或者低軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛星作為空間段。目前，GEO通信衛星數量較多，但隨著全球(包括南、北兩極地區)移動、寬帶通信業務的發展，LEO衛星通信星座也在大力發展中。 1.2 衛星通信網絡的特點 1945年10月，英國人阿瑟 C 克拉克在第10期《無線電世界》中提出了通過3顆地球同步軌道衛星實現全球通信的設想。自1957年**顆人造衛星發射以來，衛星通信技術發展迅速并日益成熟，已逐漸成為遠距離通信、遠洋及航空通信、國防軍事通信以及行業專網通信的重要手段。隨著互聯網以及數字多媒體等業務的快速發展，通信個體化、機動性及全覆蓋等需求的急速增長，衛星通信網絡的重要性日益凸顯。相較于微波中繼通信及其他通信方式，衛星通信主要具備以下特點[3]： **，覆蓋面積大、通信距離遠。地球同步軌道衛星距離地球表面約35786km，單顆衛星可覆蓋地球表面積的42%以上，因此，通過在地球同步軌道均勻部署3顆通信衛星就可實現除兩極附近地區以外的全球通信。在天地遠距離通信上，尤其是人煙稀少的地區和海洋區域，衛星通信比微波中繼、電纜、光纖及短波無線電通信具有更明顯的優勢。此外，衛星通信網絡覆蓋范圍廣，其覆蓋范圍內的用戶均為潛在的市場，相較于其他通信手段具有更有強的市場競爭力。 第二，組網方式靈活，支持復雜的網絡結構。相較于地面網絡，衛星通信網絡可為分布在廣闊地域內的個人、機載、船載、艦載等各類用戶提供移動通信、寬帶接入、導航增強、星基監視等多種業務。衛星通信網絡靈活多樣，可在單點、多點之間靈活通信，不需要地面網絡復雜的多播協議。此外，借助通信衛星的多波束傳輸、星上交換和處理技術，多個地球站可以靈活組網，可以支持干線傳輸、電視廣播、新聞采集等多種服務。 第三，安全可靠，對地面基礎設施依賴程度低。衛星通信網絡的通信鏈路環節少，且無線電波主要在自由空間傳播，因此，通信鏈路穩定性和可靠性較高。此外，衛星部署位置高，受地面條件限制少，在發生自然災害和戰爭的情況下，利用衛星進行通信是安全可靠的一種通信手段，有時甚至是**有效的應急通信手段。 第四，機動范圍大，地球站建設不受地理條件限制。地球站可建在偏遠地區，以及海島、大山、沙漠、叢林等地形地貌復雜區域，也可裝載于汽車、飛機和艦艇上；既可以在靜止時通信，也可以在移動中通信。從真正意義上實現了任何時間、任何地點的信息獲取和通信，因此，衛星通信網絡在軍事通信領域應用廣泛。 第2章 國外衛星通信系統發展態勢 2.1 高軌衛星通信系統發展現狀 自20世紀60年代以來，數以百計的通信衛星已成功發射，并可為遠距離通信和電視傳輸提供重要的基礎保障。按照軌道形狀分類，高軌衛星通常包含GEO衛星和HEO衛星，其中，GEO衛星位于赤道上空，距離地球表面35786km，通信傳輸時延(1跳，終端-衛星-終端)約為270ms。HEO衛星比較典型的有俄羅斯“宇宙”(Cosmos)系列高軌偵察衛星，在通信領域應用較少，本書不做贅述。 2.1.1 WGS通信系統 1997年，美國國防部提出發展新一代寬帶通信衛星系統(WGS)，用于接替“國防衛星通信系統”(DSCS)，以滿足在“轉型衛星體系”(TSAT)部署之前美軍通信需求[4]。該系統于2007年開始正式部署，空間段計劃由10～12顆GEO衛星構成，可實現星上信號處理和交換，目前已經成功發射10顆衛星。衛星基于波音702衛星平臺制造，工作在X頻段和Ka頻段，具備雙向Ka頻段通信能力，通信容量為1.2～3.6Gbps，瞬時*高容量可達4.875Gbps，使其具備了語音、數據、圖像等多媒體信息高速率傳輸能力。WGS系統具有19個獨立覆蓋范圍，業務范圍覆蓋南北緯65°以內，當用于軍事活動時，業務范圍可擴展到北緯70°～南緯65°。系統采用了星上數字信道化器、射頻旁路等大量先進技術，作為美軍容量*大的寬帶衛星通信系統可提供多媒體高速通信、實時數據傳輸等作戰信息支持。 2.1.2 Inmarsat通信系統 Inmarsat*初是由聯合國國際海事組織發起的，國際海事衛星組織開發的衛星移動通信系統，到目前共發展了5代。空間段由13顆GEO衛星組成(Inmarsat-3在軌4顆，Inmarsat-4在軌4顆，Inmarsat-5在軌5顆)，實現了除兩極以外的全球覆蓋。2015年推出的基于Inmarsat-5衛星的全球高速移動網絡[5]，采用全IP體制，提供Inmarsat-GX超高速移動寬帶業務，每顆衛星有89個固定轉發器和6個大容量機動轉發器，單個轉發器容量可達50 Gbps。Inmarsat-5配置了全球波束、固定點波束、高容量點波束等3種類型波束，其中用戶數據使用固定點波束和高容量點波束。衛星通過頻率復用使整星可用帶寬達到5.76 GHz，單個點波束的通信速率可達50Mbps(下行)/5Mbps(上行)。Inmarsat-5衛星通信系統繼承了前四代的特點，成為全球**個超高速衛星寬帶網絡持續為全球海上、陸地和航空各行業提供無縫、安全、穩定、可靠的通信服務。 2.1.3 ViaSat通信系統 美國衛訊(ViaSat)公司分別于2011年、2017年發射了ViaSat-1和ViaSat-2寬帶通信衛星，從此開啟了全球高軌高通量時代。 ViaSat-1采用Ka頻段多波束天線提供寬帶服務，下載速率可達12 Mbps，總容量為140 Gbps，可為200萬以上用戶提供寬帶接入服務，超過當時北美各頻段衛星寬帶容量的總和。 ViaSat-2衛星為迄今為止波音公司發射的*大容量衛星，整星容量約350 Gbps，可為250萬用戶提供*高可達25 Mbps的寬帶服務，覆蓋面積是ViaSat-1衛星的7倍。 ViaSat-3由3顆GEO衛星和新型地面網絡基礎設施組成，預計2022年完成部署。其中，第1顆將向美洲提供服務，第2顆將覆蓋歐洲、中東和非洲，第3顆將向亞太市場提供服務[6]，每顆ViaSat-3衛星預計將提供超過1 Tbps的總容量。當完成部署后，ViaSat將有可能成為全球**家寬帶服務提供商，除了民用服務，還將為商業航空和高價值的政府交通運輸提供空中連接服務和視頻流服務，并且能夠為全球數十億未聯網的用戶提供價格合理的衛星WiFi連接。 2.1.4 EDRS項目 歐空局(ESA)發布的“歐洲數據中繼衛星”(EDRS)項目[7]，旨在GEO軌道通過激光通信技術為低軌衛星和空中平臺提供中繼服務。第1顆激光通信衛星EDRS-A于2016年1月成功發射，定點于中非上空，為歐洲提供服務，成為商業運營的激光中繼衛星通信系統。第2顆激光通信衛星EDRS-C于2019年8月成功發射，位于EDRS-A東側。
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