卫星通信近期发展综述

多个子波段，从而在大量空间独立的点波束之间可以实现每个子波段的复用，这与地面蜂窝通信网络相似，显著地增加了频谱利用率和卫星通信容量。

在卫星通信系统中使用多波束天线的主要问题是相邻波束之间的干扰，有文献提出了几种使用多波束天线的卫星系统中使用频谱分配技术来降低干扰的影响。

多波束天线技术提高了转发器的功率使用效率和频谱资源利用率，是发展大容量卫星通信系统和增强卫星通信市场竞争力的关键技术。目前，多波束天线已经广泛应用在移动卫星通信业务（Inmarsat，Thuraya，ACeS，Iridium等），区域性直播星（DTV-4S，DTV-7S，Echostar-10，Echostar-14等），个人通信卫星（ViaSat-1，Jupiter-1，Anik-F等）和军事通信卫星（WGS，MUOS等）。

1.2 星上处理

传统的通信卫星特别是GEO卫星采用的是简单的弯管式转发器。近年来，用户对高数据率传输和无缝覆盖的交互式多媒体服务的需求快速增长，促进了宽带通信卫星的迅速发展，使得采用先进的星上处理（OBP- Onboard Processing）、星上交换技术与现有的综合业务数据网（ISDN）和因特网的融合变得非常有必要，这极大地推动了OBP技术的发展。

OBP可分为再生式和非再生式两种处理方式。再生式OBP是卫星对接收的信号先在基带解调解码得到所传输的数据流，然后对数据流进行交换和重新合路，再重新将信号编码调制为新的数字调制信号；非再生式OBP是卫星对接收到的信号不进行解调解码而直接做相应的信号处理。

OBP最重要的作用在于支持星上交换，再生式OBP可在星上获得各路信号所传输的数据流，从而能支持任何方式的交换，如ATM交换、IP交换或电路交换等。如果在星上实现了IP交换，则卫星网络与地面互联网的融合将变得非常简单和方便[10]，因而兴起了星上IP交换研究与应用的热潮，许多原计划采用ATM交换的卫星通信系统都改用了IP交换，例如Spaceway、Astrolink、SkyBridge等。

同时，OBP技术的使用增强了点波束天线的信号功率和方向性，从而减小了用户终端的尺寸和灵敏度要求，使得用户能够使用小型且廉价的终端进行通信，并可实现高数据率业务（如多媒体视频）。此外，由于OBP技术降低了卫星通信系统对发射功率的要求，这将减小卫星转发器非线性特性造成的不利影响并降低相邻信道干扰。

2、卫星频谱资源

现阶段卫星通信发展的主要限制因素是频谱资源无法满足日益增长的新业务需求，造成了频谱拥塞和卫星干扰越来越严重的问题。同时，卫星通信系统与地面移动通信系统之间对频谱资源的竞争也越来越激烈。

2015年11月，在日内瓦召开的世界无线电通信大会(WRC-15，World Radiocommunication Conference 2015)决定，对于C、Ku或Ka频段的卫星固定业务、卫星移动业务和广播业务中，还没有完成全球统一的频段将被纳入新的WRC-19的议题，计划将从中选择适合的频谱分配给未来的IMT/5G使用。

2016年2月，在北京召开了国际电信联盟无线通信部门5D工作组（ITU-R-WP5D）会议，重点讨论了5G通信系统与卫星通信系统的频谱资源共存与分配问题，5G系统在6 GHz以下的候选频谱中，3 400 MHz-3 600 MHz和4 800 MHz-4 990 MHz与目前的卫星固定业务之间存在一定的干扰问题；在6 GHz以上的频段将在2019年世界无线电通信大会(WRC-19)中展开讨论。

未来的地面通信系统与卫星通信在高频段的频谱资源竞争将会更加激烈。

为了适应不断增加的带宽和数据速率需求，卫星通信系统需要从目前普遍使用的C/Ku频段(各有500 MHz带宽)向频率更高的Ka(2.5 GHz带宽)、Q/V(各有10 GHz带宽)甚至更高的频段扩展。

近几年，卫星通信频谱资源扩展使用最广泛的是Ka频段，目前国际电信联盟(ITU，International Telecommunication Union)为Ka频段的频谱使用划分为三段：17.3-17.7 GHz，17.7-19.7 GHz和27.5-29.5 GHz，详细分配情况如表1。

卫星通信中使用Ka频段与Ku频段或其他较低的频段相比，具有一些显著优势。Ka频段不仅具有更多的可用带宽，而且与同类尺寸的低频段天线相比Ka频段天线具有更高的增益。

Ka频段的缺点是容易受到不利天气的影响，严重的雨衰和雪衰会导致通信质量大幅下降。因此，需要设计适合的地面通信系统和可靠的空中传输链路，通过调整通信系统参数如自适应编码调制（ACM，Adaptive Coding Modulation）可以减轻雨衰对通信造成的影响。

目前，正在对40～60 GHz的EHF（extremely high frequency）频段展开研究，探索该高频段在卫星通信中的应用[23]。向更高频段的频谱扩展推动了宽带卫星通信的快速发展，高通量卫星（HTS，high throughput satellite）系统应