通信工程師考試培訓(xùn)衛(wèi)星移動(dòng)通信[1]

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4.3.3 衛(wèi)星移動(dòng)通信

衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是指利用人造地球通信衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器作為空間鏈路的一部分進(jìn)行移動(dòng)業(yè)務(wù)的通信系統(tǒng)：根據(jù)通信衛(wèi)星軌道的位置可分為覆蓋大面積地域的同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)和由多個(gè)衛(wèi)星組成的中低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

20世紀(jì)80年代以來，隨著數(shù)字蜂窩網(wǎng)的發(fā)展，地面移動(dòng)通信得到了飛速的發(fā)展，但受到地形和人口分布等客觀因素的限制，地面固定通信網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)不可能實(shí)現(xiàn)在全球各地全覆蓋，如海洋、高山、沙漠和草原等成為地面網(wǎng)盲區(qū)。這一問題現(xiàn)在不可能解決，而且在將來的幾年甚至幾十年也很難得到解決。這不是由于技術(shù)上不能實(shí)現(xiàn)，而是由于在這些地方建立地面通信網(wǎng)絡(luò)耗資過于巨大。而相比較而言，衛(wèi)星通信有著良好的地域覆蓋特性，可以快捷、經(jīng)濟(jì)地解決這些地方的通信問題，正好是對地面移動(dòng)通信進(jìn)行補(bǔ)充。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的最大特點(diǎn)是利用衛(wèi)星通信的多址傳輸方式，為全球用戶提供大跨度、大范圍、遠(yuǎn)距離的漫游和機(jī)動(dòng)、靈活的移動(dòng)通信服務(wù)，是陸地蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的擴(kuò)展和延伸，在偏遠(yuǎn)的地區(qū)、山區(qū)、海島、受災(zāi)區(qū)、遠(yuǎn)洋船只及遠(yuǎn)航飛機(jī)等通信方面更具的優(yōu)越性。20世紀(jì)80年代后期，人們提出了個(gè)人通信網(wǎng)（PersonalCommunicationNetwork,PGN）的新概念，實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的前提是擁有無縫隙覆蓋全球的通信網(wǎng)，只有利用衛(wèi)星通信技術(shù)，才能真正實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋這一要求，從而促進(jìn)了衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展。

總之，衛(wèi)星移動(dòng)通信能提供不受地理環(huán)境、氣候條件、時(shí)間限制和無通信盲區(qū)的全球通信網(wǎng)絡(luò)，解決目前任何其他通信系統(tǒng)都難以解決的問題，因此，衛(wèi)星移動(dòng)通信作為地面移動(dòng)通信的補(bǔ)充和延伸，在整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)中起著非常重要的作用。

衛(wèi)星移動(dòng)通信中使用的主要技術(shù)有：語音編碼、信道編碼、調(diào)制解調(diào)、語音內(nèi)插、抗衰落技術(shù)（如分集、均衡等）、天線技術(shù)、多址技術(shù)、星上處理與交換、回波控制、多址分配技術(shù)、功率控制、系統(tǒng)控制（如呼叫建立、鏈路釋放、路由選擇算法、切換）等。

1.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)分類

自1982年Inmarsat（國際移動(dòng)衛(wèi)星組織）的全球移動(dòng)通信網(wǎng)正式提供商業(yè)通信以來，衛(wèi)星移動(dòng)通信引起了世界各國的濃厚興趣和極大關(guān)注，各國相繼提出了許多相同或不相同的系統(tǒng)，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出多種多樣的特點(diǎn)。其中比較著名的有Motorola公司的Lridum（鉉）系統(tǒng)、Qualcomm等公司的Globalstar（全球星）系統(tǒng)、Teledesic等公司提出的Teledesic系統(tǒng)，以及Inmarsat和其他公司聯(lián)合提出的ICO（中軌道）系統(tǒng)。

從衛(wèi)星軌道來看，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)一般可分為靜止軌道和低軌道兩類。

（1）靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（GEO）

靜止軌道系統(tǒng)即同步衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星的軌道平面與赤道平面重合，衛(wèi)星軌道離地面高度為35800km,衛(wèi)星運(yùn)行與地球自轉(zhuǎn)方向一致。從地面上看，衛(wèi)星與地球保持相對靜止。靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中最早出現(xiàn)并投入商用的系統(tǒng)，國際衛(wèi)星移動(dòng)組織（Inmarsat）于1982年正式運(yùn)營的第一個(gè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)--Inmarsat系統(tǒng)就是一個(gè)典型的代表。此后，又相繼出現(xiàn)澳大利亞的MOBILESAT系統(tǒng)、北美的MSS系統(tǒng)等。由于靜止軌道高，傳輸路徑長，信號時(shí)延和衰減都非常大，因此多用于船舶、飛機(jī)、車輛等移動(dòng)體，不適合手持移動(dòng)終端的通信。

（2）低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（LEO）

低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)采用低軌道衛(wèi)星群組成星座來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波。低軌道系統(tǒng)的軌道距地面高度一般為700?1500km,因而信號的路徑衰耗小，信號時(shí)延短，可以實(shí)現(xiàn)海上、陸地、高空移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間的通信，它可以實(shí)現(xiàn)手持移動(dòng)終端的通信，因此LEO是未來個(gè)人通信中必不可少的一部分。典型的LEO有銥星系統(tǒng)（Iridium）和Globalstar系統(tǒng)、Teledesic系統(tǒng)等。

2.典型低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

要使用體積小、功率低的手持終端直接通過衛(wèi)星進(jìn)行通信，就必須使用低軌道衛(wèi)星，因?yàn)槿羰怯渺o止軌道衛(wèi)星，則由于軌道高，傳輸路徑長，信號的傳輸衰減和延時(shí)都非常大，因此要求移動(dòng)終端設(shè)備的天線直徑大，發(fā)射功率大，難以做到手持化。只有使用低軌衛(wèi)星，才能使衛(wèi)星的路徑衰減和信號延時(shí)減少，同時(shí)獲得最有效的頻率復(fù)用。盡管各低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)細(xì)節(jié)上各不相同，但目標(biāo)則是一致的，即為用戶提供類似蜂窩型的電話業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)城市或鄉(xiāng)村的移動(dòng)電話服務(wù)。

（1）銥星系統(tǒng)

銥星系統(tǒng)是最早投入商用的低軌道系統(tǒng)，釆用66顆低軌衛(wèi)星以近極地軌道運(yùn)行，軌道高度為780km.銥星系統(tǒng)是一個(gè)由20家通信公司和工業(yè)公司組成的國際財(cái)團(tuán)，名稱為銥LLCo銥星系統(tǒng)從1987年到1998年5月共發(fā)射了72顆衛(wèi)星（其中6顆備用星），并于1998年11月正式商業(yè)運(yùn)營。銥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)手機(jī)直接上星的通信，為用戶提供了語音、數(shù)據(jù)、尋呼以及傳真等業(yè)務(wù)。銥星系統(tǒng)具有星際電路，并具有星上處理和星上交換功能。這些特點(diǎn)使銥星系統(tǒng)的性能極為先進(jìn)，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的成本。銥星系統(tǒng)雖然在技術(shù)上具有先進(jìn)性，但由于市場運(yùn)營策略失誤，資費(fèi)策略失誤（每部手機(jī)大約3000美元，國內(nèi)通話每分鐘約1.27-2美元）等原因，導(dǎo)致銥星系統(tǒng)在正式運(yùn)營16個(gè)月之后，即2002年5月，停止向用戶提供服務(wù)，銥星公司宣布破產(chǎn)。

（2）全球星系統(tǒng)

全球星系統(tǒng)（簡稱GS系統(tǒng)）也是低軌道系統(tǒng)，但與銥星系統(tǒng)不同，全球星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者釆用了簡單的、低風(fēng)險(xiǎn)的，因而更便宜的衛(wèi)星。星上既沒有星際電路，也沒有星上處理和星上交換，所有這些功能，包括處理和交換均在地面上完成。全球星系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，僅僅作為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，從而擴(kuò)大了移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋，因此降低了系統(tǒng)投資，而且也減少了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。全球星系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星組成，均勻分布在8個(gè)軌道面上，軌道高度為1414km。

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