移动卫星通信

发布: 2010-10-20 00:52 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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移动卫星通信
    摘要  重点讨论了由于个人通信的发展将卫星通信推进到移动卫星的时代，简要回顾
了卫星通信的发展历程，综述了移动卫星通信的发展背景、发展现状及所存在的主要问题。
    关键词  个人通信  移动卫星通信  轨道
    自60年代中期卫星通信开始提供商业通信以来一至今已有30多年。
    卫星通信的发展过程可概括为以下4个阶段：国际卫星通信、国内卫星通信。VSAT及当
今的移动卫星通信和空间信息高速公路。60年代中期至70年代中期，卫星通信居于国际通
信领域最新、最重要的地位。许多国际卫星通信组织相继出现，并建立了多种国际卫星通
信系统，为国际通信和电视传输展开了新的一页。70年代中期至80年代中期，则是卫星通
信在国内通信领域发展的鼎盛时期。许多国家都相继建立了自己的国内卫星通信系统，特
别对于一些幅员辽阔，自然条件、地理条件恶劣的国家和地区，卫星通信是其唯一的选择。
80年代初至90年代初，卫星通信迎来了一场革命性的变革，就是VSAT系统的出现和推广。
VSAT的诞生为卫星通信的应用开拓了更加广阔的市场。同时卫星电视直播技术也获得了飞
速的发展。所有这些，都使卫星通信更加接近人们的日常生活。90年代初，卫星通信又开
始了第四个发展阶段，就是移动卫星通信以及稍后的宽带卫星通信。与此同时，卫星电视
直播已成为卫星产业化的重要支柱，并由此向多种业务方向发展，即卫星直接到户。
    随着地面移动通信的飞速发展，人们提出了个人通信的新概念。要实现个人通信，就
需要有无缝隙的通信网。显然，只有卫星通信技术，才能真正实现这一要求。这样，卫星
通信就被推进到移动通信的时代。就在同一时期，基于光纤通信的发展，人们又提出了信
息高速公路的新设想。
    总之，在市场的牵引下，卫星通信不断创新，不断发展，从而成为当今重要的通信手
段。移动卫星通信。空间信息高速公路正是卫星通信的发展方向，而卫星直接到户将是卫
星产业化的重要方向。
1移动卫星通信发展概况
    自1982年Inmarsat正式提供商业通信以来，移动卫星通信引起了世界各国的浓厚兴趣
和极大关注。80年代后期，人们相继提出了个人通信网（PCN）和个人通信业务（PCS）的
新概念，从而促进了移动卫星通信的发展。
    基于地面移动通信的飞速发展及个人通信概念的提出，移动卫星通信已在通信领域引
起强烈反响，并相继提出了许多相同或不相同的系统。其中比较著名的有Motorola公司的
lridum（铱）系统、Qualcomm等公司的Globalstar（全球星）系统。TRW公司的Odyssey（
奥得赛）系统、Teledesic等公司提出的Teledesic系统，以及Inmarsat和其他公司联合提
出的ICO（中轨道）系统。
    移动卫星通信系统尽管多种多样，但若从卫星轨道来看，一般可分为静止轨道、中轨
道以及低轨道三类移动卫星通信系统。
2静止轨道移动卫星通信系统
    利用静止轨道卫星建立的移动卫星通信系统是移动卫星通信系统中最早出现并投入商
用的系统，Inmarsat系统就是一个典型的代表。此后，又相继出现澳大利亚的MSAT（Mob
ilesat）系统、北美的MSS系统，以及亚太地区的APMT系统。
    由于静止轨道高，传输路径长，信号时延和衰减都非常大，所以多用于船舶、飞机、
车辆等移动体，极少考虑到个人通信的需求。事实上，静止轨道系统对个人通信的实现，
也存在着巨大的困难，其中最大的问题就是个人终端问题。众所周知，个人终端与车载终
端的性能参数相差很大，以至于对卫星性能的要求也相差很大。
    值得一提的是，拟建的APMT系统虽然采用静上轨道卫星，但却期望系统能支持个人手
持机的工作。当然，要实现这一目标，对通信卫星的性能要求就会提高。例如 APMT为了支
持手持机工作，其星体L波段的天线直径将为13m～16m。卫星性能的提高，意味着投资费用
的增加。对于APMT的运营商而言，系统的经济测算、市场调研、效益分析等都是一系列必
须予以正视的关键问题。
3低轨道移动卫星通信系统
    低轨道移动卫星通信系统是80年代后期提出的，也是目前移动卫星通信发展的一大热
点，竞争十分激烈。低轨道系统的轨道很低，一般为500km-2000km，因而信号的路径衰耗
极小，信号时延极短，同时还能获得最有效的频率复用。卫星研制周期短，费用低，能一
箭多星发射，实现全球覆盖。因此，低轨道系统一经提出，立即反响巨大，并提出了许多
不同的系统。
   （1）Iridium系统fIridium系统是最早提出的低轨道系统，它采用近极地轨道，轨道
高度为780km，轨道倾角为86.4度。经优化后，整个系统的卫星数已由原设计的77颗减少
到现在的66颗、这些卫星被均匀分布在6个轨道面上系统的主要特点是：（1）有星际电路；
（2）具有星上处理和星上交换功能。这些特点使性能极为先进，同时也增加了系统的复
杂性，提高了成本。
    Iridium系统所需的工作卫星和备用卫星均已陆续发射完毕。除了提供电话业务外，还
提供传真、全球定位（GPS）、无线电定位，以及全球寻呼业务。其手机价格较贵，目前约
为3000美元。另外其通信费用较高，据称每分钟的通话费用为3一7美元，显然也是同类系
统中价格最高的，因而对市场的开拓极为不利。
   （2）Globalstar系统Globalstar与Iridium一样都是低轨道系统，但系统结构与采用
技术却很不同。Globalstar系统设计简单，既没有星际电路，也没有星上处理和星上交换，
仅仅作为地面蜂窝系统的延伸，从而扩大了移动通信系统的覆盖。因此降低了系统技资，
而且也减少了技术风险。
    Globalstar由48颗卫星组成，均匀分布在8个轨道面上。轨道高度为1389km。主要特
点：（1）系统设计简单，可降低卫星成本和通信费用；（2）移动用户可利用多径和多颗
卫星的双重分集接收，提高接收质量；（3）频谱利用率高；（4）地面关口站数量较多。
    （3）Teledesic系统  Teledesic是一个着眼于宽带业务发展的低轨道移动卫星通信
系统。系统由840颗卫星组成，均匀分布在21个轨道平面上。由于每个轨道面上另有4领备
用卫星，实际卫星数为44颗，所以整个系统的卫星数达到924颗。据称，经设计简化后，
Teledeisc系统已将卫星数降至288颗。
    Teledesic系统的每颗卫星可提供10万个16kb／S的话音信道，整个系统峰值负荷时，
可提供超出100万个同步全双工E1速率的连接。因此，该系统不仅可提供高质量的话音通
信，同时还能支持电视会议、交互式多媒体通信，以及实时双向高速数据通信等宽带通信
业务。
    Teledesic系统主要特点：（1）系统用户终端最小爷角均大于40度；（2）采用太阳
同步轨道，轨道倾角设计为 98.2；（3）具有快速分组交换功能，吞吐量高达5Gb/s；（
4）具有自适应路由分配能力。
    4中轨道移动卫星通信系统
    中轨道移动卫星通信系统也是近几年来提出的，由于它兼有静止轨道和低轨道的优点，
并能克服相应轨道的不足，所以颇具吸引力。 
    比较典型的中轨系统是ICO系统和Odyssey系统。二者具有许多相同或相近的性能，
如轨道高度、系统卫星数、用户终端工作仰角等。但由于系统设计不同，仍有许多差别。
    中轨系统与静止轨道系统、低轨道系统相比，具有其独特的优点。