通信專業(yè)傳輸與接入衛(wèi)星移動(dòng)通信概述

6.5  衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)
6.5.1  衛(wèi)星移動(dòng)通信概述
1．衛(wèi)星通信系統(tǒng)
衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。
衛(wèi)星通信實(shí)質(zhì)是微波中繼技術(shù)和空間技術(shù)的結(jié)合。一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大部分組成的，如圖6.19所示。其中有的直接用來進(jìn)行通信，有的用來保障通信的進(jìn)行。

　　1) 空間分系統(tǒng)
空間分系統(tǒng)即通信衛(wèi)星，通信衛(wèi)星內(nèi)的主體是通信裝置，另外還有星體的遙測(cè)指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等。
通信衛(wèi)星的作用是進(jìn)行無線電信號(hào)的中繼，最主要的設(shè)備是轉(zhuǎn)發(fā)器(即微波收、發(fā)信機(jī))和天線。一個(gè)衛(wèi)星的通信裝置可以包括一個(gè)或多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。它把來自一個(gè)地球站的信號(hào)進(jìn)行接收、變頻和放大，并轉(zhuǎn)發(fā)給另一個(gè)地球站，這樣將信號(hào)在地球站之間進(jìn)行傳輸。
　　2) 地球站群
地球站群一般包括中央站(或中心站)和若干個(gè)普通地球站。中央站除具有普通地球站的通信功能外，還負(fù)責(zé)通信系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)調(diào)度與管理，對(duì)普通地球站進(jìn)行監(jiān)測(cè)控制以及業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接等。
地球站具有收、發(fā)信功能，用戶通過它們接入衛(wèi)星線路，進(jìn)行通信。地球站有大有小，業(yè)務(wù)形式也多種多樣。一般來說，地球站的天線口徑越大，發(fā)射和接收能力越強(qiáng)，功能也越強(qiáng)。
　　3) 跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)
跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)也稱為測(cè)控站，它的任務(wù)是對(duì)衛(wèi)星跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置；待衛(wèi)星正常運(yùn)行后，定期對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正和位置保持。
4) 監(jiān)控管理分系統(tǒng)
監(jiān)控管理分系統(tǒng)也稱為監(jiān)控中心，它的任務(wù)是對(duì)定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開通前、后進(jìn)行通信性能的監(jiān)測(cè)和控制，例如對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬、地球站天線方向圖等基本通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證正常通信。
2．衛(wèi)星移動(dòng)通信的概念
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)。通常移動(dòng)業(yè)務(wù)使用UHF、L、C波段。
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(duì)地面移動(dòng)通信進(jìn)行的補(bǔ)充。
20世紀(jì)80年代后期，人們提出了個(gè)人通信網(wǎng)(PCN: Personal Communication Network)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?？傊l(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。
3．衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)分類
自1982年Inmarsat(國(guó)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(guó)的濃厚興趣和極大關(guān)注，各國(guó)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(銥)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35 800 km，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(duì)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(guó)際衛(wèi)星移動(dòng)組織(Inmarsat)于1982年正式運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)，信號(hào)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700～1500 km，因而信號(hào)的路徑衰耗小，信號(hào)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有已停用的銥星系統(tǒng)(Iridium)和目前正在使用的Globalstar系統(tǒng)、Teledesic系統(tǒng)等。

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