移動衛(wèi)星通信

移動衛(wèi)星通信
    摘要  重點討論了由于個人通信的發(fā)展將衛(wèi)星通信推進到移動衛(wèi)星的時代，簡要回顧
了衛(wèi)星通信的發(fā)展歷程，綜述了移動衛(wèi)星通信的發(fā)展背景、發(fā)展現(xiàn)狀及所存在的主要問題。
    關(guān)鍵詞  個人通信  移動衛(wèi)星通信  軌道
    自60年代中期衛(wèi)星通信開始提供商業(yè)通信以來一至今已有30多年。
    衛(wèi)星通信的發(fā)展過程可概括為以下4個階段：國際衛(wèi)星通信、國內(nèi)衛(wèi)星通信。VSAT及當
今的移動衛(wèi)星通信和空間信息高速公路。60年代中期至70年代中期，衛(wèi)星通信居于國際通
信領域最新、最重要的地位。許多國際衛(wèi)星通信組織相繼出現(xiàn)，并建立了多種國際衛(wèi)星通
信系統(tǒng)，為國際通信和電視傳輸展開了新的一頁。70年代中期至80年代中期，則是衛(wèi)星通
信在國內(nèi)通信領域發(fā)展的鼎盛時期。許多國家都相繼建立了自己的國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，特
別對于一些幅員遼闊，自然條件、地理條件惡劣的國家和地區(qū)，衛(wèi)星通信是其唯一的選擇。
80年代初至90年代初，衛(wèi)星通信迎來了一場革命性的變革，就是VSAT系統(tǒng)的出現(xiàn)和推廣。
VSAT的誕生為衛(wèi)星通信的應用開拓了更加廣闊的市場。同時衛(wèi)星電視直播技術(shù)也獲得了飛
速的發(fā)展。所有這些，都使衛(wèi)星通信更加接近人們的日常生活。90年代初，衛(wèi)星通信又開
始了第四個發(fā)展階段，就是移動衛(wèi)星通信以及稍后的寬帶衛(wèi)星通信。與此同時，衛(wèi)星電視
直播已成為衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)化的重要支柱，并由此向多種業(yè)務方向發(fā)展，即衛(wèi)星直接到戶。
    隨著地面移動通信的飛速發(fā)展，人們提出了個人通信的新概念。要實現(xiàn)個人通信，就
需要有無縫隙的通信網(wǎng)。顯然，只有衛(wèi)星通信技術(shù)，才能真正實現(xiàn)這一要求。這樣，衛(wèi)星
通信就被推進到移動通信的時代。就在同一時期，基于光纖通信的發(fā)展，人們又提出了信
息高速公路的新設想。
    總之，在市場的牽引下，衛(wèi)星通信不斷創(chuàng)新，不斷發(fā)展，從而成為當今重要的通信手
段。移動衛(wèi)星通信�？臻g信息高速公路正是衛(wèi)星通信的發(fā)展方向，而衛(wèi)星直接到戶將是衛(wèi)
星產(chǎn)業(yè)化的重要方向。
1移動衛(wèi)星通信發(fā)展概況
    自1982年Inmarsat正式提供商業(yè)通信以來，移動衛(wèi)星通信引起了世界各國的濃厚興趣
和極大關(guān)注。80年代后期，人們相繼提出了個人通信網(wǎng)（PCN）和個人通信業(yè)務（PCS）的
新概念，從而促進了移動衛(wèi)星通信的發(fā)展。
    基于地面移動通信的飛速發(fā)展及個人通信概念的提出，移動衛(wèi)星通信已在通信領域引
起強烈反響，并相繼提出了許多相同或不相同的系統(tǒng)。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)。TRW公司的Odyssey（
奧得賽）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)。
    移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)盡管多種多樣，但若從衛(wèi)星軌道來看，一般可分為靜止軌道、中軌
道以及低軌道三類移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
2靜止軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)
    利用靜止軌道衛(wèi)星建立的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最早出現(xiàn)并投入商
用的系統(tǒng)，Inmarsat系統(tǒng)就是一個典型的代表。此后，又相繼出現(xiàn)澳大利亞的MSAT（Mob
ilesat）系統(tǒng)、北美的MSS系統(tǒng)，以及亞太地區(qū)的APMT系統(tǒng)。
    由于靜止軌道高，傳輸路徑長，信號時延和衰減都非常大，所以多用于船舶、飛機、
車輛等移動體，極少考慮到個人通信的需求。事實上，靜止軌道系統(tǒng)對個人通信的實現(xiàn)，
也存在著巨大的困難，其中最大的問題就是個人終端問題。眾所周知，個人終端與車載終
端的性能參數(shù)相差很大，以至于對衛(wèi)星性能的要求也相差很大。
    值得一提的是，擬建的APMT系統(tǒng)雖然采用靜上軌道衛(wèi)星，但卻期望系統(tǒng)能支持個人手
持機的工作。當然，要實現(xiàn)這一目標，對通信衛(wèi)星的性能要求就會提高。例如 APMT為了支
持手持機工作，其星體L波段的天線直徑將為13m～16m。衛(wèi)星性能的提高，意味著投資費用
的增加。對于APMT的運營商而言，系統(tǒng)的經(jīng)濟測算、市場調(diào)研、效益分析等都是一系列必
須予以正視的關(guān)鍵問題。
3低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)
    低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)是80年代后期提出的，也是目前移動衛(wèi)星通信發(fā)展的一大熱
點，競爭十分激烈。低軌道系統(tǒng)的軌道很低，一般為500km-2000km，因而信號的路徑衰耗
極小，信號時延極短，同時還能獲得最有效的頻率復用。衛(wèi)星研制周期短，費用低，能一
箭多星發(fā)射，實現(xiàn)全球覆蓋。因此，低軌道系統(tǒng)一經(jīng)提出，立即反響巨大，并提出了許多
不同的系統(tǒng)。
   （1）Iridium系統(tǒng)fIridium系統(tǒng)是最早提出的低軌道系統(tǒng)，它采用近極地軌道，軌道
高度為780km，軌道傾角為86.4度。經(jīng)優(yōu)化后，整個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)已由原設計的77顆減少
到現(xiàn)在的66顆、這些衛(wèi)星被均勻分布在6個軌道面上系統(tǒng)的主要特點是：（1）有星際電路；
（2）具有星上處理和星上交換功能。這些特點使性能極為先進，同時也增加了系統(tǒng)的復
雜性，提高了成本。
    Iridium系統(tǒng)所需的工作衛(wèi)星和備用衛(wèi)星均已陸續(xù)發(fā)射完畢。除了提供電話業(yè)務外，還
提供傳真、全球定位（GPS）、無線電定位，以及全球?qū)ず魳I(yè)務。其手機價格較貴，目前約
為3000美元。另外其通信費用較高，據(jù)稱每分鐘的通話費用為3一7美元，顯然也是同類系
統(tǒng)中價格最高的，因而對市場的開拓極為不利。
   （2）Globalstar系統(tǒng)Globalstar與Iridium一樣都是低軌道系統(tǒng)，但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與采用
技術(shù)卻很不同。Globalstar系統(tǒng)設計簡單，既沒有星際電路，也沒有星上處理和星上交換，
僅僅作為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，從而擴大了移動通信系統(tǒng)的覆蓋。因此降低了系統(tǒng)技資，
而且也減少了技術(shù)風險。
    Globalstar由48顆衛(wèi)星組成，均勻分布在8個軌道面上。軌道高度為1389km。主要特
點：（1）系統(tǒng)設計簡單，可降低衛(wèi)星成本和通信費用；（2）移動用戶可利用多徑和多顆
衛(wèi)星的雙重分集接收，提高接收質(zhì)量；（3）頻譜利用率高；（4）地面關(guān)口站數(shù)量較多。
    （3）Teledesic系統(tǒng)  Teledesic是一個著眼于寬帶業(yè)務發(fā)展的低軌道移動衛(wèi)星通信
系統(tǒng)。系統(tǒng)由840顆衛(wèi)星組成，均勻分布在21個軌道平面上。由于每個軌道面上另有4領備
用衛(wèi)星，實際衛(wèi)星數(shù)為44顆，所以整個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)達到924顆。據(jù)稱，經(jīng)設計簡化后，
Teledeisc系統(tǒng)已將衛(wèi)星數(shù)降至288顆。
    Teledesic系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星可提供10萬個16kb／S的話音信道，整個系統(tǒng)峰值負荷時，
可提供超出100萬個同步全雙工E1速率的連接。因此，該系統(tǒng)不僅可提供高質(zhì)量的話音通
信，同時還能支持電視會議、交互式多媒體通信，以及實時雙向高速數(shù)據(jù)通信等寬帶通信
業(yè)務。
    Teledesic系統(tǒng)主要特點：（1）系統(tǒng)用戶終端最小爺角均大于40度；（2）采用太陽
同步軌道，軌道傾角設計為 98.2；（3）具有快速分組交換功能，吞吐量高達5Gb/s；（
4）具有自適應路由分配能力。
    4中軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)
    中軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)也是近幾年來提出的，由于它兼有靜止軌道和低軌道的優(yōu)點，
并能克服相應軌道的不足，所以頗具吸引力。 
    比較典型的中軌系統(tǒng)是ICO系統(tǒng)和Odyssey系統(tǒng)。二者具有許多相同或相近的性能，
如軌道高度、系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)、用戶終端工作仰角等。但由于系統(tǒng)設計不同，仍有許多差別。
    中軌系統(tǒng)與靜止軌道系統(tǒng)、低軌道系統(tǒng)相比，具有其獨特的優(yōu)點。