衛(wèi)星通信系統(tǒng)

3.1、下行廣播，覆蓋范圍廣:對地面的情況如高山海洋等不敏感，適用于在業(yè)務(wù)量比較稀少的地區(qū)提供大范圍的覆蓋，在覆蓋區(qū)內(nèi)的任意點(diǎn)均可以進(jìn)行通信，而且成本與距離無關(guān);

3.2、工作頻帶寬:可用頻段從150MHz~30GHz。目前已經(jīng)開始開發(fā)0、v波段(40~50GHz)。ka波段甚至可以支持l55Mb可s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);

3.3、通信質(zhì)量好:衛(wèi)星通信中電磁波主要在大氣層以外傳播，電波傳播非常穩(wěn)定。雖然在大氣層內(nèi)的傳播會受到天氣的影響，但仍然是一種可靠性很高的通信系統(tǒng);

3.4、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快、成本低:除建地面站外，無需地面施工。運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低;

3.5、信號傳輸時延大:高軌道衛(wèi)星的雙向傳輸時延達(dá)到秒級，用于話音業(yè)務(wù)時會有非常明顯的中斷;

3.6、控制復(fù)雜:由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所有鏈路均是無線鏈路，而且衛(wèi)星的位置還可能處于不斷變化中，因此控制系統(tǒng)也較為復(fù)雜?？刂品绞接行情g協(xié)商和地面集中控制兩種。

未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下的發(fā)展趨勢:

4.1、地球同步軌道通信衛(wèi)星向多波束、大容量、智能化發(fā)展;

4.2、低軌衛(wèi)星群與蜂窩通信技術(shù)相結(jié)合、實(shí)現(xiàn)全球個人通信;

4.3、小型衛(wèi)星通信地面站將得到廣泛應(yīng)用;

4.4、通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)承載數(shù)字視頻直播(DvB)和數(shù)字音頻廣播(DAB);

4.5、衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與IP技術(shù)結(jié)合，用于提供多媒體通信和因特網(wǎng)接入，即包括用于國際、國內(nèi)的骨干網(wǎng)絡(luò)，也包括用于提供用戶直接接入;

4.6、微小衛(wèi)星和納衛(wèi)星將廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信以及星間組網(wǎng)通信。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng):星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶端即是各種用戶終端。

在微波頻帶，整個通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置若干個轉(zhuǎn)發(fā)器。每個轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。比較適用于點(diǎn)對點(diǎn)大容量的通信。近年來，時分多址技術(shù)也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應(yīng)用，即多個地球站占用同一頻帶，但占用不同的時隙。與頻分多址方式相比，時分多址技術(shù)不會產(chǎn)生互調(diào)干擾、不需用上下變頻把各地球站信號分開、適合數(shù)字通信、可根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化按需分配傳輸帶寬，使實(shí)際容量大幅度增加。另一種多址技術(shù)是碼分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一頻率和同一時間，但利用不同的隨機(jī)碼對信息進(jìn)行編碼來區(qū)分不同的地址。CDMA采用了擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、有較好的保密通信能力、可靈活調(diào)度傳輸資源等優(yōu)點(diǎn)。它比較適合于容量小、分布廣、有一定保密要求的系統(tǒng)使用。

工作軌道

按照工作軌道區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為以下3類:

2.1.1、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO):

距地面500-2000Km，傳輸時延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號傳播時延短，所以可支持多跳通信;其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。但是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢付出了較大的代價:由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比較小，要構(gòu)成全球系統(tǒng)需要數(shù)十顆衛(wèi)星，如銥星系統(tǒng)有66顆衛(wèi)星、Globalstar有48顆衛(wèi)星、Teledisc有288顆衛(wèi)星。同時，由于低軌道衛(wèi)星的運(yùn)動速度快，對于單一用戶來說，衛(wèi)星從地平線升起到再次落到地平線以下的時間較短，所以衛(wèi)星間或載波間切換頻繁。因此，低軌系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和控制復(fù)雜、技術(shù)風(fēng)險大、建設(shè)成本也相對較高。

2.1.2、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO):

距地面2000-20000Km，傳輸時延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時延都比較小，仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。如果中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均采用星際鏈路，當(dāng)用戶進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時，中軌道系統(tǒng)信息通過衛(wèi)星星際鏈路子網(wǎng)的時延將比低軌道系統(tǒng)低。而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高許多，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當(dāng)軌道高度為l0000Km時，每顆衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的23.5%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以覆蓋全球。若有十幾顆衛(wèi)星就可以提供對全球大部分地區(qū)的雙重覆蓋，這樣可以利用分集接收來提高系統(tǒng)的可靠性，同時系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從一定意義上說，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。當(dāng)然，如果需要為地面終端提供寬帶業(yè)務(wù)，中軌道系統(tǒng)將存在一定困難，而利用低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)作為高速的多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。

2.1.3、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO):

距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。傳統(tǒng)的同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務(wù)以來，用同步衛(wèi)星來建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個不可克服的障礙，就是較長的傳播時延和較大的鏈路損耗，嚴(yán)重影響到它在某些通信領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在衛(wèi)星移動通信方面的應(yīng)用。首先，同步衛(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對用戶終端接收機(jī)性能要求較高。這種系統(tǒng)難于支持手持機(jī)直接通過衛(wèi)星進(jìn)行通信，或者需要采用l2m以上的星載天線(L波段)，這就對衛(wèi)星星載通信有效載荷提出了較高的要求，不利于小衛(wèi)星技術(shù)在移動通信中的使用。其次，由于鏈路距離長，傳播延時大，單跳的傳播時延就會達(dá)到數(shù)百毫秒，加上語音編碼器等的處理時間則單跳時延將進(jìn)一步增加，當(dāng)移動用戶通過衛(wèi)星進(jìn)行雙跳通信時，時延甚至將達(dá)到秒級，這是用戶、特別是話音通信用戶所難以忍受的。為了避免這種雙跳通信就必須采用星上處理使得衛(wèi)星具有交換功能，但這必將增加衛(wèi)星的復(fù)雜度，不但增加系統(tǒng)成本，也有一定的技術(shù)風(fēng)險。

目前，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號轉(zhuǎn)發(fā)等，較少用于個人通信。

通信范圍

按照通信范圍區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為國際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國內(nèi)通信衛(wèi)星。

用途區(qū)分

按照用途區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星等。

轉(zhuǎn)發(fā)能力

按照轉(zhuǎn)發(fā)能力區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。

凡是通過移動的衛(wèi)星和固定的終端、固定的衛(wèi)星和移動的終端或二者均移動的通信，均稱為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。從20世紀(jì)80年代開始，西方很多公司開始意識到未來覆蓋全球、面向個人的無縫隙通信，即所謂的個人通信全球化，即5W{Whoever(任何人)\Wherever(任何地點(diǎn))\Whenever(任何時間)\ Whomever(任何人) \Whatever，(采用任何方式)}的巨大需求，相繼發(fā)展以中、低軌道的衛(wèi)星星座系統(tǒng)為空中轉(zhuǎn)接平臺的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，開展衛(wèi)星移動電話、衛(wèi)星直播/衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播、互聯(lián)網(wǎng)接入以及高速、寬帶多媒體接入等業(yè)務(wù)。至上世紀(jì)90年代，已建成并投入應(yīng)用的主要有:銥星(Iridium)系統(tǒng)、Globalstar系統(tǒng)、ORBCONN系統(tǒng)、信使系統(tǒng)(俄羅斯)等。以下給出其中幾種成功案例。

銥星系統(tǒng)

銥星系統(tǒng)屬于低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，由Motorola提出并主導(dǎo)建設(shè)，由分布在6個軌道平面上的66顆衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星均勻的分布在6個軌道面上，軌道高度為780 km。主要為個人用戶提供全球范圍內(nèi)的移動通信，采用地面集中控制方式，具有星際鏈路、星上處理和星上交換功能。銥星系統(tǒng)除了提供電話業(yè)務(wù)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(wù)。從技術(shù)上來說，這一系統(tǒng)是極為先進(jìn)的，但從商業(yè)上來說，它是極為失敗的，存在著目標(biāo)用戶不明確、成本高昂等缺點(diǎn)。目前該系統(tǒng)基本上已復(fù)活，由新的銥星公司代替舊銥星公司，重新定位，再次引領(lǐng)衛(wèi)星通信的新時代。

Gb系統(tǒng)

Globalstar系統(tǒng)設(shè)計簡單，既沒有星際電路，也沒有星上處理和星上交換功能，僅僅定位為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，從而擴(kuò)大了地面移動通信系統(tǒng)的覆蓋，因此降低了系統(tǒng)投資，也減少了技術(shù)風(fēng)險。GIobalstar系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星組成，均勻分布在8個軌道面上，軌道高度為1389 km。它有4個主要特點(diǎn):一是系統(tǒng)設(shè)計簡單，可降低衛(wèi)星成本和通信費(fèi)用;二是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;三是頻譜利用率高;四是地面關(guān)口站數(shù)量較多。

全球通信

IC0系統(tǒng)采用大衛(wèi)星，運(yùn)行于10390 km的中軌道，共有10顆衛(wèi)星和2顆備份星，布置于2個軌道面，每個軌道面5顆工作星，1顆備份星。提供的數(shù)據(jù)傳輸速率為140 kbR/s，但有上升到384kbrt/s的能力。主要針對為非城市地區(qū)提供高速數(shù)據(jù)傳輸，如互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)和移動電話服務(wù)。

E0系統(tǒng)

Ellips0系統(tǒng)是一種混合軌道星座系統(tǒng)。它使用17顆衛(wèi)星便可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋，比銥系統(tǒng)和Globalstar系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量要少得多。在該系統(tǒng)中，有10顆星部署在兩條橢圓軌道上，其軌道近地點(diǎn)為632 km，遠(yuǎn)地點(diǎn)為7604 km，另有7顆星部署在一條8050 km高的赤道軌道上。該系統(tǒng)初步開始為赤道地區(qū)提供移動電話業(yè)務(wù)，2002年開始提供全球移動電話業(yè)務(wù)。

Om系統(tǒng)

軌道通信系統(tǒng)0rbcomm是只能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)全球通信的小衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有投資小、周期短、兼?zhèn)渫ㄐ藕投ㄎ荒芰?、衛(wèi)星質(zhì)量輕、用戶終端為手機(jī)、系統(tǒng)運(yùn)行自動化水平高和自主功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Orbcomm系統(tǒng)由36顆小衛(wèi)星及地面部分(含地面信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)控制中心和地面終端設(shè)施)組成，其中28顆衛(wèi)星在補(bǔ)軌道平面上:第l軌道平面為2顆衛(wèi)星，軌道高度為736/749 km;第2至第4軌道平面的每個軌道平面布置8顆衛(wèi)星，軌道高度為775 km;第5軌道平面有2顆衛(wèi)星，軌道高度為700km，主要為增強(qiáng)高緯度地區(qū)的通信覆蓋;另外8顆衛(wèi)星為備份。

Tc系統(tǒng)

Teledesic系統(tǒng)是一個著眼于寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展的低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。由840顆衛(wèi)星組成，均勻分布在21個軌道平面上。由于每個軌道平面上另有頒備用衛(wèi)星，備用衛(wèi)星總數(shù)為84顆，所以整個系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量達(dá)到924顆。經(jīng)優(yōu)化后，投入實(shí)際使用的Teledesic系統(tǒng)已將衛(wèi)星數(shù)量降至288顆。Teledesic系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星可提供l0萬個l6kb/5的話音信道，整個系統(tǒng)峰值負(fù)荷時，可提供超出100萬個同步全雙工El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(shí)時雙向高速數(shù)據(jù)通信等寬帶通信業(yè)務(wù)。

海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)(system of maritime satellite communications)是使用通信衛(wèi)星作為中繼站的船舶無線電通信系統(tǒng)。其特點(diǎn)是質(zhì)量高，容量大，可全球、全天候、全時通信。美國于1976年先后向大西洋、太平洋和印度洋上空發(fā)射了三顆海事通信衛(wèi)星，建立了世界上第一個海事衛(wèi)星通信站，主要容量服務(wù)于海軍 。1979年7月國際海事衛(wèi)星組織成立 ，并于1982年建立了國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，成為第一代國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)雖然造價昂貴，但因其有許多優(yōu)點(diǎn)，而發(fā)展前景廣闊。

海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由通信衛(wèi)星、岸站和船站三大部分組成。①海事通信衛(wèi)星。它是系統(tǒng)的中繼站，用以收、發(fā)岸站和船站的信號。衛(wèi)星布設(shè)于太平洋、大西洋和印度洋三個洋區(qū)，采用靜止軌道衛(wèi)星，衛(wèi)星可提供電話、電報、傳真和共用呼叫服務(wù)。②岸站。它是設(shè)在海岸上的海事衛(wèi)星通信地球站，起通信網(wǎng)的控制作用，設(shè)有天線等設(shè)備，岸臺可與陸上其他通信網(wǎng)相連通。③船站。它是裝在船上的海事衛(wèi)星通信地球站，是系統(tǒng)的通信終端，裝備有拋物面天線等設(shè)備，電話通信采用調(diào)頻方式，電報通信采用移相鍵控調(diào)制方式。每顆通信衛(wèi)星的通信容量的分配是由指定岸站的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站負(fù)責(zé)分配衛(wèi)星通信信道。電報信道預(yù)先分配給各岸站，由其負(fù)責(zé)分配與船站進(jìn)行電報通信的時隙。電話信道由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站控制，由船站、岸站進(jìn)行申請后分配。