淺析衛(wèi)星通信系統(tǒng)的新技術(shù)

衛(wèi)星通信技術(shù)越來越滿足不了通信事業(yè)的飛速發(fā)展，為此，科學(xué)家需不斷研究改進(jìn)衛(wèi)星通信的技術(shù)手段，運(yùn)用激光高技術(shù)于衛(wèi)星通信之中是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。  

　　目前，衛(wèi)星通信的載波是微波，數(shù)據(jù)傳輸率很難達(dá)到每秒50兆比以上，主要原因是通信衛(wèi)星無法容納體積很大的天線，而未來的衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)率卻要求工作在每秒數(shù)百、數(shù)千兆比，因此，只能由激光通信來實(shí)現(xiàn)，因激光通信在外層空間進(jìn)行，可不受大氣層的影響，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。據(jù)專家測算，衛(wèi)星激光通信在比微波通信數(shù)傳率高一個(gè)數(shù)量級(jí)的情況下，天線孔徑尺寸可比微波通信衛(wèi)星減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，未來的衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通信是很有前途的。

　　為了解決全球通信中的“雙跳”法衛(wèi)星通信帶來的信號(hào)延遲的弊端，用“星間激光鏈路”技術(shù)，即由通信衛(wèi)星之間采用激光通信的方法就會(huì)取得意想不到的優(yōu)勢(shì)。專家測算，在理想的情況下，用激光作載體進(jìn)行空間無線電通信，若話路帶寬為4千赫,則可容納100億條話路；若彩色電視帶寬為10兆赫，則可同時(shí)傳送l000萬套節(jié)目而互不干擾。

　　其原因就在于：激光的頻率單純，能量高度集中，波束非常細(xì)密，波長在微波到紅外之間，因此，利用激光所特有的高強(qiáng)度、高單色性、高相干性和高方向性等諸多特性，進(jìn)行星間鏈路通信，就可獲得容量更大、波束更窄、增益更高、速度更快、抗干擾性更強(qiáng)和保密性更好等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而使激光成為發(fā)展空間通信衛(wèi)星中最理想的載體。 

　　美國目前正在研究的結(jié)果表明，使用“銣玻璃激光器”和“砷化鎵激光器”最適合星間鏈路應(yīng)用。它們的發(fā)光技術(shù)簡便，不受接收器信號(hào)相位影響，且工作壽命長，可靠性高，其綜合性能優(yōu)于其他激光器。 

　　衛(wèi)星激光通信的主要技術(shù)問題，是如何精確地進(jìn)行高數(shù)據(jù)率的傳輸。目前，正在試驗(yàn)中的衛(wèi)星激光通信數(shù)據(jù)率在100～1000兆比之間，通信距離可達(dá)7萬公里以上。地面與衛(wèi)星之間的激光通信將受到大氣和云層的影響，而且地面對(duì)衛(wèi)星要比衛(wèi)星對(duì)地面的影響更為嚴(yán)重。解決的辦法，一是利用多個(gè)地面站來提高無云層激光發(fā)射的概率；二是利用飛機(jī)接收地面站信號(hào)，然后再飛到云層外，在飛初與衛(wèi)星之間進(jìn)行激光通信。

　　衛(wèi)星激光通信的信息傳輸過程一般是：由低軌道衛(wèi)星將信息傳輸給數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)衛(wèi)星，或?qū)��?shù)據(jù)傳給地面站；或根據(jù)低軌道衛(wèi)星的位置，經(jīng)第二套激光通信線路傳輸給另一個(gè)數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)衛(wèi)星，最后，再將數(shù)據(jù)傳輸給地面站。這種中轉(zhuǎn)衛(wèi)星如是同步軌道衛(wèi)星，則可利用兩顆同步軌道通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)東、西半球之間的通信。 

　　美國麻省理工學(xué)院和麥道飛機(jī)公司都在研究這種激光通信衛(wèi)星的技術(shù)途徑，并已取得一定成效。有的數(shù)據(jù)率已達(dá)100～200兆比，衛(wèi)星間通信距離為7．2萬公里。德國也在設(shè)計(jì)一種衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)率高于100兆比，通信距離為7．3萬公里。

　　此外，由于各種衛(wèi)星通信系統(tǒng)利用靜止軌道衛(wèi)星，星地距離遠(yuǎn)，往返傳遞的信號(hào)微弱，再經(jīng)互相轉(zhuǎn)送傳輸，使電波來回次數(shù)增至4次，時(shí)延將1．1秒，給話音通信帶來不便。近年來，國際上提出發(fā)展低軌道的小衛(wèi)星，可利用不同軌道的多顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)接地面用戶的信號(hào)，軌道高度一般在1000公里左右。由于軌道低，衛(wèi)星上和地面用戶的設(shè)備都可簡化，這種低軌小衛(wèi)星的通信系統(tǒng)可用于國內(nèi)通信系統(tǒng)，也可隨著衛(wèi)星數(shù)量的增多而用于全球通信。當(dāng)然，這種系統(tǒng)還有許多技術(shù)問題。其中之一就是為使地球上任何兩點(diǎn)之間的用戶能在不斷運(yùn)動(dòng)中的星與星之間建立通信聯(lián)系，就必須要解決星與星之間的信號(hào)傳遞和星上自動(dòng)分配等技術(shù)處理問題。

　　總之，今后的衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)將更進(jìn)一步發(fā)展，通信衛(wèi)星的應(yīng)用范圍必將更加擴(kuò)展，前景非常廣闊。