一種新的衛星移動通信系統及其應用

任丹

92941 部隊96分隊 遼寧 125000

0 前言

衛星通信業務中最引人注目的是衛星移動通信。衛星移動通信是指無論在任何地方，用戶都可以使用移動終端，通過同步通信衛星和地球站，并經由通信網中轉，進行全球范圍的通話、傳真和數據傳輸的一種通信方式。根據衛星離地距離的不同，衛星移動通信系統又分為高、中、低軌道系統。其中高軌同步衛星通信技術較成熟，空間資源相對較為豐富，但時延較長(往返時延超過 550ms)。其主要發展趨勢是數字化、寬帶化、高性能、高功率、低成本本，并向多媒體的領域進軍；而低、中軌道衛星通信系統的空間段傳輸時延較小，完全滿足地面公共通信協議標準的要求，可以使用對時延要求較為嚴格的 TCP/IP等網絡通協議，而且抗衛星失效能力強，頻率再用率高，可使用低功率手機，容量較大，是支撐衛移動電話較為理想的手段。

1 衛星移動通信的現狀

從20世紀80年代初開始，發達國家的諸多大公司意識到未來覆蓋全球、面向個人的無縫隙通信，即所謂 5W(Whoever、Whomever、Wherever、Whenever、Whatever)的巨大需求，中、低軌道星座通信系統最突求出的特點是：可以做到覆蓋全球、受地理環境影響較小；網絡的頑存性強，少量衛星的被毀，系統可降額使用，并能在幾小時之內補充發射；傳播時延短、傳輸損耗小、用戶終端偏小、機動靈活、功能強，包括廣播、群呼、查詢、位置報告等；在支持大范圍大量動用戶的數據通信方面更是具有突出的優勢，因此相繼大力發展以中、低軌道的衛星星座系統為空中轉接平臺的移動衛星通信系統。至90年代已建成并投入應用的主要有：銥(Irilridium)系統、Globalstar系統、ORBCOMM 系統、ICO(海事組織的系統)等。

但是，與衛星通信幾乎是同時起步的地面光纖網絡與蜂窩移動通信網(GSM、CDMA)的飛速發展給衛星通信帶來了巨大的沖擊。銥星的隕落對衛星通信特別是小衛星星座系統的發展產生很大的負面影響，人們對衛星移動通信的前景一度喪生信心。第二次海灣戰爭以及9.11恐怖襲擊事件，對衛星移動通信又起了很大的促進作用，人們意識到擁有另一種通信手段作為備份的重要性。隨著 Internet的發展，以及軍事應用、政府、行業部門的特殊需求，衛星星座系統仍然是衛星行業發展的重點。德國的Satcon公司新近提出了一種衛星移動通信系統——“信使”(Courier)系統，對我國發展衛星移動通信系統很有借鑒意義。

2 “信使”系統的特點

2.1 “信使”系統的主要技術參數

(1) 空間段

衛星總數：72

軌道數：8

每軌道衛星數：9

軌道類型：圓形

軌道高度：800km

衛星速度：約為6. 9km／S(2) 地面段

信關站數量：19

飛行控制站數量：2

終端概率：1-5W

手持：≤2W

其它：≤5W

終端工作模式：多模

傳輸速率：1.2；2.4；4.8；9. 6kBit/s

用戶數量：約為2千5百萬

(3) 工作頻段

終端——衛星(上行)：1. 6100 ——1. 6265 GHz

衛星——終端(下行)：2.4385——2.5000 GHz

衛星——衛星(星際)：24. 4500——24. 7500 GHz信關站——衛星：29. 1000——29. 4000 GHz

衛星——信關站：19. 3000——19. 6000 GHz

信道數量：每衛星約2000個

每波束容量：約300Erl

(4) 信號傳輸

調制方式：

衛星——衛星：QPSK

衛星——終端：BPSK

衛星——信關站：QPSK

語音編碼：聲碼器(4.8；9. 6kBit/s)

多址方式：

衛星——衛星：SDMA/SCPC/TDM

衛星——終端：SDMA/FDMA/SS-CDMA

衛星——信關站：SDMA/SCPC/TDM

2.2 “信使”系統與其它LEO現代衛星移動通信系統的比較

“信使”系統與其它LEO現代衛星移動通信系統的性能進行比較，針對業務與資費、軌道參數、傳播與復用等方面進行對比。通過對比可以看出，“信使”系統是一能夠覆蓋全球的，具有話音、數據、導航等多種業務的先進的衛星移動通信系統。

3 我國衛星移動通信的市場

3.1 衛星移動通信的發展空間和市場前景

我國地域遼闊、地形復雜，衛星移動通信的特點和定位是緊密聯系的。確切地講衛星移動通信市場定位。一是地面通信網覆蓋不到的地方。二是特殊的行業和工種，如地質勘探、探險等。在我國開發大西部的戰略下，全球衛星移動通信系統在我國民用市場潛力巨大。我國的西部地區疆域廣闊，但多為荒漠和戈壁，人煙稀少，衛星移動通信將顯示出獨具的優勢。在發生重大毀滅性自然災害的地區，地面網絡多數會遭到破壞，而衛星移動通信可能是惟一幸存的通信手段，如 1998年我國抗洪救災期間，湖北省曾提出：“光纖不通微波通，微波不通短波通，短波不通衛星通”。結果在地面通信設施嚴重受損的災區，通過配備便攜式國際移動衛星終端，及時把多處災情向有關方面匯報，對抗洪減災很有幫助。在島嶼眾多的地區、全球的野外勘探和考察人員、民航飛機和遠洋艦船、緊急搜索和救援等，都需要一種不受地域或天氣限制的全球移動通信手段，因此在這些地方和部門衛星移動通信是最佳手段。由此可見，衛星移動通信在民用市場的潛力是巨大。同時利用系統提供的導航定位功能，又能在交通、安全保護等領域開拓廣闊市場。

3.2 全球衛星移動通信系統在軍事領域的應用十分廣泛

美軍有一個與銥系統功能相似的軍用衛星通信系統，即Milstar(軍事星)系統(投資160億美元，代表著目前軍事衛星通信的最高水平)，目前該系統已經發展到第二代，系統由六顆衛星構成星座，采用60GHz的星間鏈路，具有較強的星上處理、星上交換能力、抗干擾能及抗核加固能力，該系統的任務是戰時向總統和最高指揮當局提供最低限度的基本通信，以便在所有級別的沖突中指揮和控制美國戰略和戰術部隊，可見全球衛星通信系統在美國的軍事通信中的地位是十分重要的。事實上從目前銥系統主要服務美軍也可看出，軍事應用對全球衛星移動通信的需求是很大的。同時我們也能看到“信使”系統的低軌衛星采用點波束，覆蓋范圍小(200～300公里)，加上系統構成星座，具有星上處理和交換能力(星際鏈路也不易被偵收和干z和抗毀能力。此外采用低軌衛星使信號傳輸延時大大減少(為10～20ms)，為利用衛星的超視距優勢，發展衛星數據鏈創造了有利的條件。

我們相信通過科學、合理的管理和市場運營，衛星移動通信是有相當可觀的生存空間。以海事衛星系統(Inmarsat)為例，實際上NMARSAT的終端約需3000到上萬美元(根據不同終端類型)，話費為3-7美元/分鐘，因此系統在價格上沒有什么優勢，但通過合理的市場定位和運作，經過 20多年的經營，目前已擁有用戶16萬多(國內用戶6000多)，系統投資商已獲得收益和回報。可見新技術在走向市場的過程中都會遇到巨大阻力，普通手機之所以在前些年被叫作“大哥大”，也是因為它價格太貴，每部幾萬元人民幣，所以成為一種身份的象征，為少數人服務，而現在它已物美價廉很普及了。當年IBM公司推出它的筆記本電腦時，所花費的錢相當于爆炸一顆原子彈，但今天，筆記本電腦就在我們身邊。因此，只要有合理科學的經營策略和不斷完善的技術，衛星移動通信是會獲得成功的。

同時也應該看到，“衛星移動通信”要比地面移動系統昂貴，到目前為止“衛星移動通信”無論在技術上、還是市場投入上遠不能與地面移動相比，與地面系統競爭是不現實的，但“衛星移動通信”確實具有它的優勢，需要發展，因此必須用于特殊場合、特殊用戶，如石油(海上)開采、探險、救災等，也可拓展“衛星移動通信”的其它應用，例如物流管理、導航定位、交通管理、數據采集等。

[1] 張平等.第三代移動通信技術.人民郵電出版社.2009.

[2] 呂海寰,蔡劍銘,甘仲民,陳九治.衛星通信系統(修訂本).人民郵電出版社.2010.