静止卫星通信技术

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1、几种静止轨道卫星移动通信系统介绍韦哲 摘要：本文分析了卫星通信系统的分类以及每一类的特点，并就静止轨道卫星详细分析， 介绍了国际上典型的几种移动通信系统，通过比较分析了它们的特点。 关键词：卫星通信 移动通信 静止轨道1 卫星移动通信系统的分类和特点按卫星运行轨道来分，卫星移动通信系统可分为同步轨道(GEO)、中轨道(MEO)和低 轨道(LEO)系统。 GEO 系统技术成熟，成本低，利用三颗卫星可构成覆盖除地球南、北极区的卫星移动 通信系统。但缺点有二：一是传播时延较大，两跳话音通信时的通信延迟不易被用户所接 受；二是传播损耗大，使手持卫星终端不易于实现。 LEO 和 MEO 系统的优点：一是

2、同步轨道日益拥挤，二是具有比同步卫星轨道低、传 播延迟时间短、传播路径损耗小、可实现真正的全球覆盖等优点。2 静止轨道卫星移动通信系统在静止轨道卫星移动通信系统中，能够提供全球覆盖的有国际海事卫星(Inmarsat)系统， 提供区域覆盖的有瑟拉亚卫星(Thuraya)系统，亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统，北美移动卫星 (MSAT)系统，提供国内覆盖的有澳大利亚的 MobileSat 系统和日本卫星 N-STAR 等。 2.1 国际海事卫星(Inmarsat)系统 国际海事卫星(Inmarsat)系统是由国际海事组织经营的全球卫星移动通信系统。全球业 务发展最快，技术最先进，可靠性最高的 MSCS

3、。 自 1982 年运营以来，全球使用该系统的国家已超过 160 个，用户从初期的 900 多个海 上用户已发展到今天包括陆地和航空在内的 29 万多个用户。 1999 年变为商业公司，全面提供海事、航空、陆地移动卫星通信和信息服务，是船舶 遇险安全通信的主要支持系统，并承担陆地应急通信和灾害救助通信。 INMARSAT 第一代于 1982 年投入使用，共租用 9 颗卫星，寿命至 1995 年。第二代于 1990 年投入使用，共 4 颗卫星，寿命到 2002 年。第三代卫星 INMARSAT-3 于 1996 年开 始陆续发射使用，共有 9 颗卫星在轨运行，寿命至 2013 年。2005 年

4、INMARSAT 开始发射 第四代卫星，它用 3 颗大功率同步卫星覆盖全球。 从 1991 年起，我国先后在北京建成各类海事地面站 10 座，直接覆盖印度洋和太平洋 地区，并通过虚拟站间接覆盖大西洋东西区，构成全球覆盖。 现在国内使用遍布国内各行各业，主要使用第三代，已有 6000 多个用户，但第四代用 户目前还很少。 2.2 瑟拉亚(Thuraya)系统 Thuraya 系统是一个由总部设在阿联酋阿布扎比的 Thuraya 卫星通信公司建立的区域性 静止卫星移动通信系统。 Thuraya 系统的卫星网络覆盖包括：欧洲、北非、中非、南非大部、中东、中亚、南 亚等 110 个国家和地区，约涵盖全

5、球 1/3 的区域，可以为 23 亿人口提供卫星移动通信服务。Thuraya 系统终端整合了卫星、GSM、GPS 三种功能，向用户提供语音、短信、数据（上网） 、传真、GPS 定位等业务。 (1)Thuraya 系统的空间段 Thuraya 系统的空间段由三颗相同的静止轨道卫星（Thuraya-1、Thuraya-2 和 Thuraya- 3）组成。Thuraya 卫星是非常先进的大型商用通信卫星，采用双体稳定技术，设计寿命 12 年，在轨尺寸为 34.5m17m。 (2)Thuraya 系统的地面段 Thuraya 系统地面段通过一个同时融合 GSM、GPS 和大覆盖范围的卫星网络向用户提

6、供通信服务，在覆盖范围内移动用户之间可以实现单跳通信。 地面段的规模包括：175 万个预期用户、13750 条卫星信道、一个主信关站和多个区域 性信关站，主信关站建在阿联酋的阿布扎比。 区域性信关站基于主信关站设计，可以根据当地市场的具体需要建立和配置相应的功 能，独立运作并且通过卫星和其他区域信关站连接，提供和 PSTN/PLMN 的多种接口。 卫星的地面控制设备可以分为三类：命令和监视设备、通信设备，以及轨道分析和决 策设备。命令和监视设备负责监视卫星的工作状况，使卫星达到规定的姿态并完成姿态保 持。命令和监视设备又可以分为卫星操作中心(SOC)和卫星有效载荷控制点(SPCP)。SOC 负

7、责控制和监视卫星的结构和健康，而 SPCP 负责控制和监视卫星的有效载荷。轨道分析 和决策设备的主要功能是计算卫星在空间的位置，并指示星上驱动设备进行相应的操作， 这主要是为了保持卫星和地球的同步。通信设备用于通过一条专用链路传输指令及接收空 间状态和流量报告。 (3)Thuraya 系统的用户段 Thuraya 系统的双模（GSM 和卫星）手持终端，融合了陆地和卫星移动通信两种服务， 用户可以在两种网络之间漫游而不会使通信中断。 Thuraya 系统的移动卫星终端包括手持、车载和固定终端等，提供商主要有休斯网络 公司和 Ascom 公司。 2.3 亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统 亚洲蜂窝卫星

8、ACeS 系统是一个由印度尼西亚等国建立起来的，覆盖东亚、东南亚和 南亚的区域卫星移动通信系统。它的覆盖面积超过了 1100 万平方英里，覆盖区国家的总人 口约为 30 亿。ACeS 系统是世界上第一个将卫星与地面移动通信系统集成的系统。 (1)ACeS 系统的空间段 ACeS 系统的空间段包括两颗静止轨道卫星 Garuda-1 和 Garuda-2。Garuda-1 卫星于 2000 年 2 月 12 日在哈萨克斯坦的拜科努尔由质子火箭发射升空，定点在东经 123的静止 卫星轨道位置上，初期运行在倾角为 3的同步轨道上，三年多后重定位在赤道上空的对地 静止轨道位置上。Garuda-2 发射后

9、作为 Garuda-1 的备份，并扩大覆盖范围。空间段可以同 时处理 1.1 万路电话呼叫并能够支持 200 万用户。 Garuda 卫星装有两副 12m 口径的 L 波段天线，每副天线包括 88 个馈源的平面馈源阵， 用 2 个复杂的波束形成网络控制各个馈源辐射信号的幅度和相位，从而形成 140 个通信点 波束和 8 个可控点波束，点波束覆盖如下图所示。另外，还有 1 副 3m 口径的 C 波段天线 用于信关站和 NCC 之间通信。 (2)ACeS 系统的地面段 ACeS 系统的地面段由卫星控制设备、网络控制中心和信关站三部分组成。 卫星控制设备(SCF)位于印度尼西亚的雅加达，包括用于管理

10、、控制和监视 Garuda 卫 星的各种硬件、软件和其他设施。网络控制中心(NCC)和卫星控制设备安置在一起，管理 卫星有效载荷资源，管理和控制 ACeS 整个网络的运行。ACeS 信关站提供 ACeS 系统和 PSTN、PLMN 网络之间的接口，使得其用户能够呼叫世界上其他地方的其他网络的用户。每一个信关站都提供独立的基于卫星和 GSM 网络的服务区，用户在本地信关站注册，外 地用户可以从其他 AceS 信关站或 GSM 网络漫游到该信关站。每一个信关站通过一个 21m 的天线和卫星建立链路。 (3)ACeS 系统的用户段 ACeS 系统主要提供两类终端：手持用户终端和固定终端。 典型的手持终端是 ACeS R190，支持用户在运动中通信，可以在 ACeS 卫星模式和 GSM900 模式之间自由切换。固定终端有 ACeS FR-190，由主处理单元和室外的天线组成， 可以在偏远地区提供方便的连接。