全國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信和寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)的發(fā)展

全國(guó)衛(wèi)星移動(dòng)通信和寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)的發(fā)展
摘要：近期衛(wèi)星通信主流發(fā)展著多個(gè)非地球靜止軌道（ NGEO）衛(wèi)星系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)手持
      電話的無(wú)隙全球通排向高頻段擴(kuò)展，有利于實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)和多媒體通信。采用不同
      星座、不同體制的系統(tǒng)之間一開(kāi)始就進(jìn)入了競(jìng)爭(zhēng)，21世紀(jì)初的衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)發(fā)器將供
      過(guò)于求。
關(guān)鍵詞：衛(wèi)星移動(dòng)通信（MSS）寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)地球靜止軌道（GEO）非地球靜止軌道（NGEO）
    新一代低軌道（LEO）衛(wèi)星系統(tǒng)開(kāi)辟了手持電話在真正意義上的全球通，進(jìn)一步建立交
互寬帶通信服務(wù)，使得個(gè)人計(jì)算機(jī)和多媒體應(yīng)用的接入能無(wú)所不在。全球衛(wèi)星通信網(wǎng)的重點(diǎn)
是面向低軌道（ LEO）衛(wèi)星應(yīng)用、點(diǎn)波束／頻率復(fù)用、星間鏈路、星上處理、大于ISDN速率
的寬帶通信和擴(kuò)展到毫米波頻段的應(yīng)用。這些技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)了本世紀(jì)末衛(wèi)星通信的兩個(gè)浪
潮：一是面向移動(dòng)電話服務(wù)，亦即窄帶話音／數(shù)據(jù)服務(wù)的低軌（LEO）衛(wèi)星應(yīng)用；二是面向
高速率信息高速公路的寬帶數(shù)據(jù)服務(wù)，亦即Ka和Ku頻段的低軌（LEO）衛(wèi)星應(yīng)用。但應(yīng)注意
到，在發(fā)展區(qū)域性移動(dòng)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，仍然不能忽視靜止衛(wèi)星（GEO）的成熟技術(shù)和有
利條件，GEO衛(wèi)星系統(tǒng)仍將平行地發(fā)展。1LEO衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了手持電話全球網(wǎng)
    90年代中期提出大LEO全球MSS的衛(wèi)星系統(tǒng)多個(gè)，它們各自積極組織股東和集資，進(jìn)行系
統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇衛(wèi)星平臺(tái)及其制造和發(fā)射商，研制用戶機(jī)，開(kāi)辟市場(chǎng)等一系列工作緊鑼密鼓地
進(jìn)行。經(jīng)過(guò)一段籌措時(shí)期后，誰(shuí)上誰(shuí)下略有分曉。其中某些系統(tǒng)在集資上并不順利，像白羊
座（Aries）橢圓軌道（HEO）衛(wèi)星系統(tǒng)，就沒(méi)有進(jìn)一步的實(shí)施計(jì)劃和行動(dòng)。另一個(gè)HEO衛(wèi)星
系統(tǒng)Ellipso雖未中止計(jì)劃，也無(wú)行動(dòng)信息。先于ICO提出的Odyssey系統(tǒng)最早采用中高度軌
道（MEO）并申請(qǐng)了專利，最近由于缺乏工業(yè)界的資金投入而宣告放棄，并入ICO系統(tǒng)的股東
行列。因此目前大LEO全球手持機(jī)移動(dòng)業(yè)務(wù)已陣營(yíng)分明，由“銥”星（Iridiu）、“全球星”
（Globalstar）、中高度圓軌道（ICO）三大系統(tǒng)形成三足鼎立分享市場(chǎng)的局面。三個(gè)系統(tǒng)
之間的比較參見(jiàn)表1�？梢哉f(shuō)本世紀(jì)末，全球移動(dòng)個(gè)人通信系統(tǒng)（GMPCS）的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。
大LEO衛(wèi)星系統(tǒng)所建立的MSS真正達(dá)到了無(wú)隙連續(xù)覆蓋的類蜂窩電話的全球通。
    目前“銥”星系統(tǒng)已完成了由66顆衛(wèi)星的滿星座組網(wǎng)運(yùn)行，經(jīng)調(diào)試成功后已于1998年
11月開(kāi)通全球移動(dòng)電話業(yè)務(wù)�！叭�球星”已有16顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，將于1999年開(kāi)始服務(wù)，
ICO系統(tǒng)也將隨后跟上�！般灐毙窍到y(tǒng)開(kāi)通業(yè)務(wù)后通話成功率達(dá)到92％，據(jù)說(shuō)尚能提高到95％
或 98％，遇到的問(wèn)題是手機(jī)交貨遲緩，供應(yīng)不上，影響業(yè)務(wù)擴(kuò)展。手機(jī)價(jià)格和通話費(fèi)比預(yù)
先估計(jì)要高，也是個(gè)問(wèn)題。是否能吸引足夠的用戶，是否能回收其50億美元投資有待實(shí)踐證
明�！叭�球星”系統(tǒng)采用了陸地網(wǎng)關(guān)站之間的衛(wèi)星彎管式中繼站方案，星上載荷比“銥”星
簡(jiǎn)單。采用雙向功率控制CDMA技術(shù)、多波束頻率復(fù)用、分區(qū)軟切換等技術(shù)，用戶機(jī)工作于
L／S頻段，其運(yùn)行成本將比“銥’盡低，預(yù)計(jì)通話收費(fèi)每分鐘0.5美元，是否能實(shí)現(xiàn)有待實(shí)
踐證明�！般灐毙窍到y(tǒng)的星上獨(dú)立性較大，而“全球星”對(duì)陸地網(wǎng)的依賴性較大。據(jù)稱“全
球星”衛(wèi)星空間信號(hào)的費(fèi)用僅每分鐘0.35美元，加上地面支持系統(tǒng)的費(fèi)用后仍然較低。
    用于區(qū)域性手持電話的GEO衛(wèi)星系統(tǒng)也在平行地發(fā)展，雖然它需要衛(wèi)星上的天線增益大、
尺寸大、輻射功率大、衛(wèi)星載荷大，但衛(wèi)星數(shù)目少，易于在地區(qū)實(shí)現(xiàn)。亞太地區(qū)的APMT衛(wèi)
星系統(tǒng)就是其中一例。APMT采用先進(jìn)大功率有效載荷、星上數(shù)字信號(hào)路由處理、230個(gè)高增
益點(diǎn)波束和頻率復(fù)用，通過(guò)地面接口可以和公共電話交換網(wǎng)（PSTN）連接，并可接入公共
陸地（蜂窩）移動(dòng)網(wǎng)（PLMN）以及公共數(shù)據(jù)交換網(wǎng)（PSDN）。手持機(jī)采用了“蜂窩”和“
衛(wèi)星”兩種模式。APMT由兩顆HS-GEM－M衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星支持16000條話音／等效數(shù)據(jù)的
雙工電路，可以傳輸數(shù)據(jù)速率在9.6kbps以下的數(shù)據(jù)和傳真。然而由于美國(guó)國(guó)務(wù)院對(duì)休斯公司
制造的該衛(wèi)星拒絕簽發(fā)出口許可證而導(dǎo)致中途夭折。東盟蜂窩衛(wèi)星公司的ACeS衛(wèi)星其制式規(guī)
模和APMT相近。還有其它一些區(qū)域性GEO衛(wèi)星系統(tǒng)，本文不再羅列。
2 KA/KU頻段上實(shí)現(xiàn)寬帶數(shù)據(jù)個(gè)
人通信的全球網(wǎng)
    信息高速公路時(shí)代，個(gè)人計(jì)算機(jī)和多媒體的接入都要求高速率寬帶數(shù)據(jù)在較高頻段上傳
輸。較低頻段上早已出現(xiàn)擁擠，寬帶話音／數(shù)據(jù)傳輸再也不能依靠C和Kll頻段，因而提出了
在Ka頻段上的寬帶傳輸。
    近期籌建中的三個(gè)大LEO衛(wèi)星系統(tǒng)，即Teledesic、Skybridge和Celestri工作于Ka或Ku
頻段，面向全球高速率大容量數(shù)據(jù)傳輸。這三個(gè)系統(tǒng)工程浩大、投資量大，使許多公司都參
加到這“空中Internet”競(jìng)賽中去。從股東成分來(lái)看，Teledesic是以美國(guó)為主體，Skybridge
是以歐洲為主體，而 Celestri是混合體。 Teledesic和Skybridge分別工作于Ka和Ku頻段上，
籌備進(jìn)展較快，有望建成，而Celestri采用高低軌混合星座，由于摩托羅拉公司轉(zhuǎn)向支持
Teledesic，成為主承建公司，因此該系統(tǒng)已被放棄。這三個(gè)系統(tǒng)之間的比較參見(jiàn)表2。1997年
11月世界無(wú)線電會(huì)議（ WRC-97）已給此三大系統(tǒng)開(kāi)了綠燈，分配了所需頻段。
    用GEO實(shí)現(xiàn)的全球?qū)拵��?shù)據(jù)通信的衛(wèi)星系統(tǒng)也已提出了許多籌建計(jì)劃（參見(jiàn)表3），其中
較為著名的是太空之路（SPace way）、宇宙鏈路（Astrolink）和計(jì)算機(jī)星（Cyberstar）。
用GEO實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)一般用賦形的點(diǎn)波束簇覆蓋陸地和部分海域，不能覆蓋高緯度區(qū)域和極區(qū)，
其覆蓋沒(méi)有LEO系統(tǒng)全面。利用l～2顆或少數(shù)GEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)區(qū)域性寬帶數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)也有不
少，例如“歐洲天空之路（Euro Sky Way）”。
    以宇宙鏈路為例，它由5個(gè)位置上的9顆GEO衛(wèi)星組成，即歐、非上空東經(jīng)村37度兩顆，亞、
澳上空東經(jīng)115度兩顆，大洋洲太平洋上空東經(jīng)168度一顆，美洲上空西經(jīng)96度兩顆和大西洋
上空西經(jīng)29度兩顆。衛(wèi)星采用A2100平臺(tái)，壽命10年，載荷功率10.5kw，可用質(zhì)子號(hào)火箭或阿
里安火箭發(fā)射。通信載荷用Ka頻段，EIRP為56.5dBW。天線組成190個(gè)點(diǎn)波束，其指向精度上 
0.05度，具有星上數(shù)字通道處理和基帶切換，雙向60GHz跟蹤星間鏈路。移動(dòng)用戶終端為低成
本VSAT，自適應(yīng)上行鏈功率控制，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口 ISDN、ATM。對(duì)應(yīng)不同數(shù)據(jù)傳輸速率有三種尺
寸的天線直徑：65cm可達(dá)128kbps、85cm可達(dá)768kbps、1.2m可達(dá)8.448MbpS。宇宙鏈路已在
1995年向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）登記，預(yù)計(jì)2001年首顆衛(wèi)星發(fā)射，隨后每4個(gè)月發(fā)射一顆，
2002年單星位運(yùn)行，2004年全運(yùn)行。宇宙鏈路的容量很大，每個(gè)衛(wèi)星可同時(shí)有4萬(wàn)個(gè)BRI ISDN
（192kbps）全雙工半電路，分別向不同用戶提供16～8448kbps的話音／數(shù)據(jù)／視頻通信服務(wù)。
    Ka頻段（30GHz）上的應(yīng)用將通過(guò)高速率（GbpS范圍）ATM，采用多網(wǎng)關(guān)站、星上交換。
星間鏈路和多點(diǎn)波束發(fā)送。其優(yōu)越性為：增加可用帶寬，減少干擾，提供多、窄、高增益點(diǎn)
波束作廣泛的頻率復(fù)用。帶寬是希罕的資源，它限制系統(tǒng)容量，C和Ku頻段的指配帶寬每個(gè)只
能500MHz，而Ka頻段可指配1GHz。其缺點(diǎn)為雨衰大，器件制造成本高。
    目前利用GEO衛(wèi)星在Ku頻段上實(shí)現(xiàn)區(qū)域性寬帶數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)已有很多，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多
媒體通信和電視直播業(yè)務(wù)，比較著名的有 Direc TV、Echo Star、GE American、Pan Am
Sat、Eutel Sat（包括熱鳥(niǎo)）、Loral Skynet、PrimeStar等。但 Ka頻段 r GEO衛(wèi)星尚很少。
3衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢(shì)
    在此世紀(jì)之交，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展趨向于用LEO衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)電話手持機(jī)化和數(shù)
據(jù)通信高速率寬帶化。數(shù)個(gè)平行的衛(wèi)星星座已在籌建中，各自如何適應(yīng)市場(chǎng)需求，發(fā)揮優(yōu)越
的成本效益比、站穩(wěn)腳跟，將在2～3年內(nèi)見(jiàn)分曉。與此同時(shí)，也體現(xiàn)著如下幾點(diǎn)趨勢(shì)：
    （1）從支持商業(yè)電信服務(wù)為主到面向最終個(gè)人消費(fèi)者，支持手持電話和個(gè)人計(jì)算機(jī)的交
互多媒體服務(wù)；地面移動(dòng)終端由車載和便攜向手持機(jī)發(fā)展，手持機(jī)采用衛(wèi)星和蜂窩雙模式或
多模式，并設(shè)計(jì)成雙向功率可調(diào)。
    （2）衛(wèi)星網(wǎng)將是陸地網(wǎng)的補(bǔ)充，而不是替代。衛(wèi)星電話的價(jià)格高于蜂窩電話，所以將作
為補(bǔ)充只用于沒(méi)有蜂窩覆蓋下的地區(qū)。對(duì)寬帶數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星網(wǎng)將是陸地光纖網(wǎng)的補(bǔ)充。
    （3）LEO、MEO衛(wèi)星將與GEO衛(wèi)星互補(bǔ)應(yīng)用。GEO有利于發(fā)展區(qū)域性系統(tǒng)，廣泛地被發(fā)展中
國(guó)家所采用，如APMT就是一個(gè)明顯的例子。 GEO、MEO衛(wèi)星平臺(tái)采用先進(jìn)的天線和大功率通信
載荷（大于10kw），每星轉(zhuǎn)發(fā)器已達(dá) 44／48臺(tái)，計(jì)劃中的將達(dá) 80／100臺(tái)。LEO衛(wèi)星平臺(tái)可
大可小，有的向輕重量發(fā)展，以利于衛(wèi)星的大批量流水線生產(chǎn)，降低衛(wèi)星成本。
    （4）寬帶和窄帶數(shù)據(jù)的衛(wèi)星系統(tǒng)平行應(yīng)用。一方面開(kāi)展高速率寬帶交互通信業(yè)務(wù)，構(gòu)筑
空間信息高速公路；另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的窄帶數(shù)字式話音／傳真／數(shù)據(jù)的低速率業(yè)務(wù)繼續(xù)發(fā)展。
總體上以Ku和Ka頻段為主體，支持直接進(jìn)戶（DTH）和數(shù)字廣播業(yè)務(wù)（DBS）。
    （5）通信頻段向高端——毫米波擴(kuò)展。由于低端頻段已呈擁擠狀態(tài)，WRC-97會(huì)議上已
指配了V頻段上的通信業(yè)務(wù)。對(duì)干流層氣球攜帶通信中繼平臺(tái)的天空站（Sky Station）指配
給  47.2～ 47.5GHZ(下行）和  47.9～ 48.2GHZ（上行）的頻段，這是一種新的促進(jìn)。但利
用頻率復(fù)用技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)揮原有頻帶上的潛力仍然非常必要。
    （6）空間／大氣中多層次通信中繼。衛(wèi)星通信已發(fā)展了GEO、MEO、LEO等高中低軌道各
個(gè)層次上運(yùn)行的中繼轉(zhuǎn)發(fā)和信號(hào)處理衛(wèi)星。最近國(guó)際天空站公司（SSI）籌建的天空站，以及
其它某些公司籌建的以無(wú)人機(jī)攜帶通信中繼平臺(tái)巡航的移動(dòng)通信系統(tǒng)又開(kāi)辟了新的層次。天
空站利用動(dòng)力氣球（或氣艇）定點(diǎn)懸浮于城市上空23km高度的平流層中提供通信中繼服務(wù)。高
空長(zhǎng)航時(shí)（HALO）無(wú)人機(jī)巡航于城市上空16～18.5km高度的平流層中提供通信中繼服務(wù)。今
后將形成空間／大氣層／地面三個(gè)層次不同高度上的通信中繼格局。
    (7) 從競(jìng)爭(zhēng)到各種技術(shù)、業(yè)務(wù)、力量的會(huì)聚。目前衛(wèi)星通信缺乏會(huì)聚，許多系統(tǒng)包括全
球系統(tǒng)各搞各的而且互相撞車。衛(wèi)星通信要趕上信息技術(shù)發(fā)展和需求上的增長(zhǎng)，在通信技術(shù)
自身發(fā)展上也應(yīng)不斷創(chuàng)新和提高，要對(duì)各種新技術(shù)進(jìn)行利用和集成，包括不同領(lǐng)域和跨行業(yè)
技術(shù)上的滲透。對(duì)衛(wèi)星通信的一些大項(xiàng)目也面臨著市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)與合作的錯(cuò)綜復(fù)雜勢(shì)態(tài)。
    SRI咨詢公司的一份研究報(bào)告認(rèn)為：幾年后，假如世界上僅僅計(jì)劃中的衛(wèi)星通信項(xiàng)目進(jìn)
入實(shí)際運(yùn)行后，通信衛(wèi)星資源就將過(guò)剩（參見(jiàn)表4），并將觸發(fā)一場(chǎng)無(wú)線話音服務(wù)的價(jià)格戰(zhàn)爭(zhēng)。
亞洲的市場(chǎng)分析認(rèn)為，亞洲的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器已經(jīng)過(guò)剩。此外，某些系統(tǒng)計(jì)劃已推遲或停止發(fā)展，
例如亞洲多媒體衛(wèi)星 M的平方A、Agila-3、Measat-3。L－Star已停發(fā)，Telekom－1將推遲。
    NASA和國(guó)家科學(xué)基金一起研究了衛(wèi)星電信系統(tǒng)和技術(shù)發(fā)展傾向后提出警告：除非工業(yè)界
謹(jǐn)慎地計(jì)劃某些更為專門的做法，否則有可能由于容量過(guò)剩而浪費(fèi)。
    SRI結(jié)論稱某些寬帶衛(wèi)星星座在與依靠光纜和銅纜的地面網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)中具有困難，因?yàn)殡?br />信部門和電纜電視公司發(fā)展中無(wú)需象空間計(jì)劃那樣巨大的初始投入。特別是在Ka頻段上衛(wèi)
星直接向用戶傳送高速率寬帶服務(wù)，只能在陸地服務(wù)配套設(shè)備和條件已非常普及后才能成功。