文I国家无线电监测中心深圳监测站刘元媛
摘耍：点波束拟盖足实现高通m b星的主要技术途径，广泛应用r-岛通量卫s和人规模非静化轨 m u星，m M点波朿h星的发展给传统的u星监测带来/挑战。本文研究了基于分布式监测的点波朿
*卫星监测方式，以期为未来的13星监测fiH共一些解决M i路。
__________________________/
1概述
卫星通信系统在最初几+年的主要业务是电视广播，这就要求卫星能覆盖尽可能大的面积，因此卫星系统的关 注点是覆盖范围。这些卫星往往使用位于35786k m的对 地静止轨道以实现广泛的覆盖。通常情况下，C频段的单 个波束几乎可以覆盖地球表面的三分之一，K u频段的单 个波朿可以覆盖一个大洲区域。
在过去的20年中，卫星通信业务需求和服务领域发 生了深刻的变化。由于受到高清电视、宽带互联网、移动 互联网等应用需求的推动，人们对无处不在的高速网络接 人的需求日益增加。卫星通信业务已经从传统的广播电视 向高速率数据通信业务转变，这促使卫星设计从宽覆盖向 高通信容量演变。卫星通信系统发生的变化，主要体现在 以下三个方面。
一是卫星用频向更高频段扩展。工作在C频段和K u 频段的传统静止轨道卫星已经无法满足宽带和大容量通信 的需求。此外，这些频段的可用频率和轨道资源已经饱 和。这推动卫星通信业务向更高频段（如K a频段，18- 30G H z)发展。一方面，高频段的带宽资源更加丰富，卫星具备更大的通信容量。另一方面，高频段信号具有更 窄的波束，利用较小口径的天线即可获得指向性很强的波 束和很高的增益。为了实现高通量数据传输要求，除曰益 变得拥挤的K a频段外，还需要向Q/V、太赫兹以及激光 等频段发展，以获得更大的工作带宽，进一步提高卫星通 信容量。从目前来看，Q/V频段（40/60G H Z)和激光载 荷设备近期将成熟并可投入使用，有望改善对K a频段的 严重依赖。由此可见，向高频段的K a甚至Q/V发展无 疑是卫星频谱资源未来发展的趋势。 二是点波束卫星日益增多。点波束卫星为了提高卫星系统的通信容量，采用了类似于地面蜂窝移动通信网 络的技术。点波束卫星在卫星上使用多波束天线在地面 形成很多个较小的覆盖区域，即将信号辐射的能量限制 在较小的地理区域中。例如，一颗采用80个点波束的卫 星，如果每一个点波束的单极化总带宽为1G H z，则点 波束的复用率为80倍，可将原先1G H z的频谱扩展到80G H z的通信容量。此
外，卫星点波束将射频能量集中 到很小的覆盖区域，从而可获得很高的等效全向辐射功 率（E I R P)。由于点波束覆盖可以实现频率复用，同时 又具有较高的E I R P，卫星点波束技术得到越来越广泛的 应用。
三是高通量卫星、低轨道卫星快速发展。高通量卫 星（H T S,H ig h T h r o u g h p u t S a t e llite)是相对于常 规卫星而言的具备很大的通信容量的卫星，典型的H T S 卫星采用K a频段，通信容量达几百G b it/s到T b it/s。受地面宽带网络覆盖不足或无法覆盖的区域对高速上网 需求的推动，高通量卫星正在高速发展。高通量卫星能 大幅降低每比特传输成本，可以经济、便利地实现各种 新应用，已成为卫星通信行业真正改变游戏规则的技术。高通量卫星按轨道可划分为地球同步静止轨道（G E O )和非地球同步轨道（N G S O)两种类型卫星。当前在轨 应用的高通量卫星以G E O-H T S为主，但N G S O-H T S 星座项目的实施将对G E O-H T S的增长产生一定程度的 影响。N G S O-H T S星座有望提供大容量、低延迟、全 球（或近乎全球 > 覆盖的服务，如S E S公司对03b中 地球轨道（M E O)星的持续扩展，以及O n e W e b、S t a r lin k、T e le s a t等低地球轨道（L E O)宽带大容量星 座项目的设计和建造。例如，S p a c e X部署的S t a r lin k 卫星星座，已经发射超过900颗卫星，轨道高度为550 公里，单星容量达20G H z，可为全球提供无处不在的宽 带无线网络接入。
R A D IO〇1
2021.3I D I
监测检测
地面网V
图1点波束卫星网络的结构
2点波束覆盖的特点和对监测的挑战
2.1点波束覆盖的特点
高通量卫星的最主要特点是点波束覆盖和频率复用技 术，点波束的应用使距离较远的波束可以复用同一段频率。 与传统卫星通信系统的点对点通信结构不同，点波朿卫星 通信的网络结构通常采用由关口站、用户终端小站构成的 星形结构，如图1所示。
在该星形结构中，关口站配置大口径天线（至少4.5m 口径），连接地面互联网网络和卫星信关站波束，以保持 较大的通信容量。用户终端小站通过双向宽带卫星链路与 关口站进行通信，用户数据从终端小站发送到卫星，由卫 星转发至关口站，再传输至地面网络；回程数据在该传输 路径的反方向传输，用户终端收到的是由关口站发送的载 波信号。
2.2点波束卫星监测能力的不足
点波束卫星的覆盖特点决定了对它的监测不能对多点 甚至每个波束点进行联合测量，因为每个波束的卫星信号 使用的信号频率、信号带宽、发射功率等信号参数都是不 同的。因此，为了全面监测卫星下行信号的频率使用情 况，原则上需要在卫星覆盖的每个波束内都有监测设施。 但是，建设大量的卫星监测站受制于成本预算和地理环境 的约束，有很高的难度。
点波束卫星覆盖的特点也决定了未来在卫星频谱资源 国际协调、监测、干扰查等方面的工作量是非常大的， 需要监测网针对不同的点波朿给予大量的监测数据支持。 对于点波束覆盖卫星中的干扰信号定位来说，一方面K a 频段信号的波束很窄，要在轨道上到小弧度范围之内的
该频段邻星几乎不可能；另一方面不同的 点波束采用了不同的频段，即使有可用邻 星，也难以匹配一致的工作频段。因此， 点波束覆盖的卫星无法满足定位必须具备 的邻星条件，常规的邻星定位方法不能对 有关干扰信号定位。
3点波束卫星的监测方法
点波束卫星的星形网络结构、小区域 覆盖和频率复用特点给现有的卫星监测方 式带来了巨大挑战，需要硏究新的监测网 布局和新的监测思路来应对点波束卫星监
测。考虑到点波束覆盖的特点，要在地面
建站全面掌握点波束卫星频率使用情况，就需要采用分布
式监测方式。
点波朿卫星波束直径一般为几百公里，若全部用点 波束对我国实现无缝覆盖，理论上需要几十到几百个波 朿（若波束直径范围取200-500k m ，则需要39-240个 波束）。可见，对点波束卫星的监测，应该科学合理地 设置监测点。对此，可采用固定站、小型站和移动监测 车相结合的分布式网络监测方法，以达到精确信号参数 监测和常态化监测的目的，实现对点波束卫星频率轨道 资源的全面、准确掌握。
图2给出了点波束监测网的结构图。
(下转37页）
C H IN A RA
D IO
2021.3
监测检测
3总结
地基、空基以及天基三种平台建设方案各有优点，同 时也都存在局限性：地基平台灵活机动，但覆盖范围狭窄；低空平台操控性强，尽管存在一定的禁飞区，仍极大地拓宽 了监测范围，但供电和监测时长受限；高空平台檀盖范围广，能提供更多的监测服务，但成本过高；天基监测平台能提供 长时间且最大范围的覆盖，但成本最高，不适合作为单一的 铱星终端监测解决方案。因此，总体来说’应采取多种平台 相结合的方案，达到空对也一体娜测的目的。
无线、宽带、泛在、融合、立体的网络技术飞速发展，为信息共享、互联互通提供了无限可能，而构建空天地一 体化的无线电监测网络也刻不容缓。融合卫星、髙空平台、车载网络等平台，构建可靠、高效、实时的无线电监测网 络，对切实维护重点地区的无线电秩序、提高我国卫星轨 道频率资源监测水平和卫星移动业务监管能力具有重要的 现实意义。K0
参考文献：
m谢卓成.铱星S T L信号体制及性能研究ID1.华中科技大学，2019
[2]梁健.铱星S T L系统定位方法研究[D].华中科技
大学，2019
丨3]郎磊，赵丹，宋志.高空平台通信系统频谱划
分综述IJ1.无线电通信技术，2020,46(05):553~560
141李春霖，罗蓉媛，陈彩曦.平流层通信新思路—
谷歌气球计划丨J1.通信技术，2015,48(02): 125~129
丨5]王彦广，王伟志，黄灿林.平流层飞行器技术的
最新发展丨J1.航天返回与遥感，2019,40(02〉：1~13
丨6]马东立，张良，杨穆清，夏兴禄，王少
奇.超长航时太阳能无人机关键技术综述[J1.航空学
报，2020,41(03):34~63
17]张云鹏.高空平台与地面综合组网及其在林区通
信中的应用研究[D1.国防科学技术大学，2013
[8] 曹洁，高国柱.高空气球的发展现状[J1.科技视界，2019(03): 183-184
[9] 潘蒙.探讨无人机飞行平台在排查民航无线电干扰的应用IJ].电子世界，2019(18):191~192
丨10]赵达，刘东旭，孙康文，陶国权，祝明，武哲.
平流层飞艇研制现状、技术难点及发展趋势丨J1.航空学
报，2016,37(01) :45~56
[U]张美红.基于无人机的民航无线电干扰空中监测
与分析研究[D1.中国民用航空飞行学院，2019
(上接32页）
分布式监测分为以下几个组成部分。
(1 )固定监测站
采用少数的几个大型固定站对信号参数进行定量的精 确测量，以获得可靠、准确的信号参数数据（例如信号的 中心频率、载波带宽、发射功率通量密度、调制方式、码 速率等）。这些数据可以用于卫星发射信号参数核实、干 扰信号判别、频率资源协调等卫星频潜管理过程。
(2)小型监测站
小型监测站包括配置天线口径较小的固定站、便携站 以及移动监测车。这些小型站由于建设成本低，可以大量 部署在几乎所有的卫星波束范围内。以我国来说，可以以 省级单位部署30多个小型站。小型站无法实现像大型固 定站那样的信号测量精度，但是它的优势是可以实现对所 有波束信号的定性测量，例如测量信号的实际用频情况、频潜占用度、信号的覆盖情况等。
(3)监测数据综合处理平台
所有大型和小型监测站监测采集的数据都通过网络集 中到监测数据处理平台。然后在该平台对数据统
一处理，从而全面完整地获得点波束卫星的频谱使用数据。如果监 测数据量过大，可以在本地先对监测数据预处理，仅将信 号特征发送到数据处理平台，这将大大减小对数据传输带 宽的要求。
通过这种多层次监测站相结合的分布式方式，能够兼 顾准确的信号监测和广泛的覆盖范围要求，以较低的成本 实现对点波束卫星的监测。在未来考虑监测网的布局时，需要在建设成本和监测能力之间进行权衡。
4结论
点波束卫星系统具有大通信容量和终端小型化的优 势，可以很方便地应用在宽带移动网络领域，是未来卫星 通信发展的主要方向。但是，点波束卫星中用到的小区域 覆盖和频率复用技术给卫星监测带来了巨大的挑战，本文 提出了针对点波束卫星的分布式监测方式。通过部署大量 的小型监测站实现全波束覆盖，是一种有望实现点波束卫 星监测的思路。K0
C H IN A R A
D IO
2021.337
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议