卫星通信近期发展综述

运而生。

HTS系统结合了频谱复用和点波束天线技术，采用高阶调制，使用超宽带转发器，从而实现前所未有的带宽和吞吐量，将大幅降低传输单位比特数据的价格。

尽管频谱资源在不断地向更高频段扩展，但有限的频谱资源始终是限制卫星通信发展的关键性因素。可以预见，随着越来越多的业务和应用在Ka频段广泛使用，频谱拥堵将使未来的Ka频段的业务发展变得十分困难。

HTS系统提供的高性能服务已经受到Ka波段频谱稀缺的影响。卫星通信网络的频谱管理与规划将在卫星通信系统设计中起到重要的作用，为了进一步提高卫星频谱资源利用率，一些研究者开始设计基于卫星Ka频段分配的认知无线电，在干扰可接收的条件下允许卫星通信以共享方式使用频谱。

3、卫星通信近期发展

卫星通信的迅速发展得益于通信技术、信号处理技术、通信设备制造水平的进步和通信商业需求的不断增长。现阶段的卫星通信系统正在尝试异构网共存，提供多样化的接入服务。未来的卫星通信将不再只是地面通信系统的补充，而是与地面移动通信系统和宽带因特网的紧密融合。星地融合通信和卫星宽带通信将是近期发展的热点。

3.1 星地融合通信

地面通信系统无法实现真正的"无缝覆盖"，在人口密度较低的农村地区通常没有足够的蜂窝网，在海上和航空领域，更是无法通过地面网络来实现通信。卫星通信获得成功的关键是它的广域覆盖和快速向市场提供新业务，在市场相对较小的海上和航空领域卫星通信将长期保持优势地位，但是对于市场庞大的陆地领域，如：固定、移动通信和广播业务，将取决于卫星网络与地面通信网络融合通信（星地融合通信）。卫星通信新技术的发展，如多波束天线和星上处理等技术正在使星地融合通信成为现实。

长期以来，由于地面蜂窝移动通信能够提供可靠且价格合理的服务，而卫星通信所需要的视距传播在市区难以保证，激烈的市场竞争和自身通信特性的限制导致移动卫星通信业务普及率很低。

在21世纪初，为了克服上述的一些问题，并帮助卫星通信进入主流市场，卫星通信运营商成功得到了电信管理部门在世界许多地区组建星地融合通信网络的授权，通过增加地面部分扩展卫星通信网络，开启了真正无所不在的卫星通信，从而彻底改变了移动卫星通信。

美国的FCC（Federal Communications Commission）和欧洲的European Commission已经授权卫星运营商增加地面辅助基站（ATC，Ancillary Terrestrial Component）到卫星网络。星地融合通信网络将会综合利用地面蜂窝移动通信（频率复用和非视距传播的特性）和卫星通信（广域覆盖范围的特性）双方的共同优点。例如，可以利用卫星网络的抗毁性和地面4G网络的高效性，来为自然或人为灾害提供应急通信。

典型的星地融合通信网络如图1。

星地融合通信系统的主要优点是补充移动卫星通信的覆盖盲区、增加卫星通信容量、实现无处不在的数字通信。从通信发展趋势来看，未来5G通信的发展应该是多层次的异构网，包括地面蜂窝2G/3G、4G、陆地LAN（Local Area Networks）、地面广播和卫星通信网。星地通信网络融合的关键是卫星通信和地面通信系统与其他通信系统之间的协作，从而使得系统获得最佳的使用效率和用户体验。

同时，星地融合通信系统也面临着一些挑战：

(1)无缝切换：通信网络融合的基本需求就是在移动卫星通信和地面通信网络之间实现无缝切换，设计一个可靠的切换机制必须考虑卫星通信和地面通信系统在发射功率和传输时延之间的差异。文献[29]提出了自适应切换算法，通过估计卫星和地面通信网络接收的信号强度降低到预设门限的概率，来实现无缝切换。

(2)通信兼容：兼容性要求同一设备能在卫星和地面通信网络中通用，需要重新设计空中接口和两者的物理层，从而保证用户终端具有相同的使用频率和基带芯片。

(3)干扰：干扰是星地融合通信网络的主要问题之一，在网络内部或卫星与地面通信网络之间可能存在着干扰。最严重的干扰是地面用户使用相同的上行频率传输到达卫星，星地融合通信运营商需要同时在空管基站和卫星网关中采用干扰消除技术[31-32]。此外，设计优化的频谱管理策略，提高卫星部分和地面部分的频率复用效率，也是降低星地网络之间干扰的有效方法。

3.2 卫星宽带通信

对于互联网接入而言，卫星通信通常被作为传统的接入网络（如3G、电缆或ADSL）无法为用户提供服务情况下的一种补充通信方式[33]。近几年来，通信行业对高数据率传输业务和宽带多媒体应用的需求空前增长，同时卫星通信技术快速发展，如多波束天线、星上处理、频谱复用技术，尤其是新的TCP版本和改进的TCP加速机制，显