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1、L 波段卫星移动终端监测方法探讨作者：万峻 杨浏 李安平 来源：国家无线电监测中心 时间：2014-03-11卫星移动通信系统是利用卫星通信的多址传输方式为全球用户提供大范围、机动灵活的移动通信服务，可实现互联网接入、语音、传真、ISDN、短信等多种业务应用。卫星移动终端具有很强的便携性、隐蔽性，通信不受地域制约等特点，使其成为各种应急通信的首选，应用越来越广泛。为实现对卫星移动终端的有效监控，国家无线电监测中心对 L 波段海事卫星、铱星等主流卫星移动通信终端上行信号的监测方法进行了深入研究。在此，将研究结果与各位同行分享与探讨。1.L 波频卫星移动通信系统技术简介1.1 移动终端使用频段在
2、L 波段，卫星移动终端分为两种模式，TDD （时分双工）和 FDD（频分双工），使用频率如下：（1） FDD（频分双工）模式：上行频段：1610 MHz1660.5MHz下行频段：1525 MHz1559MHz（2） TDD（时分双工）模式：上下行同频段：1610 MHz1626.5MHz1.2 卫星移动通信系统制式L 波段有 4 种主流卫星移动通信制式，部分参数如下表：表 1. L 波段卫星移动通信制式部分参数2.上行信号监测方法针对卫星移动终端上行信号特点，监测方法包括：信号发现和分析、交会定位、逼近查找。2.1 信号发现和分析图 1. 监测系统结构图2.1.1 信号搜索发现（1） 监测设
3、备架设地点距离所需关注区域直线距离宜不超过 2 公里（具体位置根据电磁环境复杂度、接收设备灵敏度、接收天线类型及架设位置和高度、关注区域大小、定位精度要求等决定）。（2） 宜选择地势较高、四周遮挡少的地点架设设备，选用噪声低、频段较窄的全向天线进行接收。（3） 参数设置建议:表 2. 参数建议（4） 启动监测搜索模式，在频段内观察发现感兴趣信号。a) 1610MHz1660.5MHz 是卫星移动地对空业务专用频段，如发现非卫星通信信号，即为非法信号。b) 在 TDD 工作制式下，上下行共用频率，由于下行频率覆盖区域宽阔，因此在监测的频段内会发现卫星置为位 95Kbauds 下行信号，应将接收机
4、 /频谱仪的接收带宽和 RBW调整至合适，观察信号的时频图（如瀑布图）。如果时频图中对应的该信号中心频率随时间不变化，则是上行信号（无多普勒频移），如果中心频率随时间发生变化，信号在时频图中呈现倾斜特征，则是下行信号（产生多普勒频移）。c) 在 FDD 工作制式下，通信连接建立后，使用频率不会变化（跨覆盖区域除外）；在 TDD 工作制式下，通信连接建立后，使用频率仍会跳变，宜利用具有宽带测向能力的设备，观察前后 2 个频率在信号特征上和示向度上是否有一致性，以确定发现的是同一信号的频率变化。（5） 如果监测系统具有自动监测的功能，可采用能量检测、信号识别、触发报警等方式开展信号快速搜索发现。2
5、.1.2 信号分析（1） 锁定搜索中发现的感兴趣信号频点。（2） 参数设置建议:表 3. 参数建议（3） 通过对信号时域、频域、调制域、特征域等进行监测，观察信号频谱、声音等特征，记录监测数据，采集信号音频、中频频谱、I/Q 数据等能反映信号特征的资料，分析信号调制类型、符号速率、所属的通信系统，以及信号出现规律。（4） 如果监测系统具有自动识别、解码功能，可进一步解码通信内容，以准确判断信号来源。2.2 交会定位（1） 使用 3 个或 3 个以上站点对目标区域进行组网监测测向，站点之间直线距离宜不远于 2 公里。（2） 布点时，应考虑地形、电磁环境、天线方向以及卫星通信系统制式等影响：a)
6、宜选择区域周边制高点布置站点；b) 对于地球同步静止轨道卫星通信系统，移动终端天线有一定的方向性（如中国境内使用时需将天线对准南边，获得最好接收效果），可将监测站点在目标区域的近赤道一侧布置成近似半圆形或一线形；c) 对于全球多轨道卫星通信系统，可将监测网站点布置成三角包围形（见图 2）；注：移动监测车可作为可搬移监测设备使用图 2. 监测全球多轨道卫星通信系统的定位组网布局示意图（3） 利用搜索功能发现和分析感兴趣的信号，确定为目标信号时，应锁定信号频率，启动交会定位功能。（4） 交会定位时，测向定位系统参数设置建议：表 4. 参数建议（5） 记录目标信号出现的时间、频点、示向度和定位地点等
7、信息，存储交会定位图。2.3 逼近查找（1） 交会定位或者已知目标信号大致区域后，出动移动监测车，测向系统参数设置建议：表 5. 参数建议（2） 利用车载监测设备对目标信号进行实时监测，当移动监测车有较稳定示向度后，依据示向前行。（3） 车辆行进过程中，1 名监测人员应负责测向设置、观察测向结果及信号可能发生的频率变化等情况，另 1 名监测人员应仔细观察周围建筑分布、楼顶天线布置等情况。（4） 当信号源已锁定在小范围内，监测人员应携带便携式监测设备开始徒步查找，参数设置建议：表 6. 参数建议（5） 监测人员应缓慢均速转动定向天线，密切注意信号强度变化，同时开启最大保持功能，关注信号可能发生的
8、频率变化情况。（6） 当信号电平快速增强，可通过肉眼（或辅助望远镜）辅助发现发射装置。（7） 当发现移动终端后，应进行发射测试，以最终确定信号源。3. 监测记录及报告监测任务执行中应严格按规范记录监测日志和监测数据，存储信号频率图、音频文件等。任务执行完毕应及时撰写监测报告，其内容需包括：任务来源及要求；执行时间和地点；监测人员和设备；监测过程和数据；监测结论等。参考文献1朱庆厚 无线电监测与通信侦察M 人民邮电出版社 2005.10 2信息产业部无线电管理局中华人民共和国无线电频率划分规定M 人民邮电出版社 20103Dennis Roddy 卫星通信M 机械工业出版社 20114周鸿顺 频
9、谱监测手册M 人民邮电出版社 2006.25杨浏 开展卫星轨道资源监管中需注意的问题 中国无线电 2013.56黄伟宁 宋柯平 卫星电话上行信号的监测与定位 2012 全国无线及移动通信学术大会L 波段卫星移动通信业务首页 支持服务 L 波段卫星移动通信业务 L 波段的卫星通信和广播业务主要为：利用 GEO（地球同步轨道）卫星向车载、船载、机载和便携式终端提供移动电话和数据通信业务、利用 GEO 卫星或 LEO（低轨）卫星星座向手持终端提供移动电话和数据通信业务，以及利用 GEO 卫星向便携式和车载终端提供声音和数据广播业务。由于可用带宽窄，加上车载、便携式和手持终端的天线波束宽，L 波段卫星
10、通信的频率资源和轨位资源极为紧缺。因此，相应的临时使用服务局限于向常规的卫星通信、移动通信、以及有线通信服务区外的用户，提供话音和低速数据通信。尽管 L 波段卫星通信终端的售价通常比较低廉，但是，L 波段卫星通信系统的建设成本高，其通信费用也远高于常规的卫星通信手段。系统设备与资源静止卫星静止通信卫星工作在距离地球表面大约 3 万 6 千公里的同步轨道上，一颗卫星可以覆盖大约 1/3 的地球表面。静止卫星与地面终端的距离远，无线电信号的单跳时延，即从一个地面终端经卫星转发至另一个地面终端的传输时延长达 1/4 秒上下，电波的传输损耗也高达 180dB 以上。为了限制通话延时，移动终端之间的通话
11、线路应避免采用双跳或多跳连接，需要在卫星上引入复杂而昂贵的星上交换设备。为了能向天线增益和射频功率都很低的手持式地面终端提供服务，卫星天线需要采用大口径、高增益设计。由于发射火箭的尺寸限制，大口径天线还得采用折叠展开式设计。为了提高频率资源的利用率，卫星天线多采用密集点波束设计，以便通过波束隔离的手段，重复使用 L 波段的可用带宽。由此可见，可以向手持或便携式终端提供服务的静止通信卫星的结构复杂，发射和展开过程的风险高，造价通常为常规通信卫星的 3 到 5 倍。低轨卫星星座低轨卫星的覆盖范围随轨道高度而变。多颗低轨卫星组成的星座有可能动态覆盖整个地球表面。卫星星座通常由等间隔分布在赤道环上的多
12、个倾斜卫星轨道、以及均匀分布在每个倾斜轨道上的多颗卫星所构成。星座中的卫星数量取决于卫星的轨道高度，星座的覆盖范围取决于卫星高度和轨道倾角。考虑到低轨卫星星座的卫星数量为数十至数百个，低轨卫星的工作寿命又因大气阻力的影响而远低于静止卫星，卫星星座的建设和维护费用数十倍于常规静止轨道通信卫星。地面终端天线L 波段地面移动终端的天线增益很低，方向性也极差。例如，锥形螺旋天线的标称增益约为 3dB，方向图为半球状；微带天线的标称增益为 2dB，方向图为宽环形；下垂式交叉偶极子天线的标称增益为 5dB，方向图为环形；圆柱形隙缝天线的标称增益为 2dB，方向图为环形。由于 L 波段地面终端天线对本系统卫
13、星和邻星的鉴别力有限，静止轨道环上可以容纳的 L 波段卫星数量远少于 C 波段和 Ku 波段卫星。相邻的 L 波段卫星之间只能通过协调，分享有限的带宽资源。工作波段国际电联在无线电规则中，为卫星通信分配的 L 波段资源如表 1 所示。表 1L 波段的卫星通信频率资源频率 (MHz) 业务分配 现行卫星系统1452-1492 固定、移动、广播、卫星广播 AsiaStar1525-1535 空间操作 / 下行、固定、卫星移动 / 下行等 Inmarsat, Thuraya1535-1559 卫星移动 / 下行Inmarsat, Optus B3, Thuraya1610-1610.6 卫星移动 /
14、 上行、航天导航、（卫星定位 / 上行） GlobalStar1610.6-1613.8卫星移动 / 上行、无线电天文、航天导航、（卫星定位 / 上行） GlobalStar1613.8-1626.5卫星移动 / 上行、航天导航、（卫星移动 / 下行、卫星定位 / 上行） GlobalStar, Iridium1626.5-1660 卫星移动 / 上行 Inmarsat, Thuraya1660-1660.5 卫星移动 / 上行、无线电天文 Thuraya表 1 中的数据表明，分配给卫星广播的总带宽为 40MHz ，分配给卫星移动通信（星对地）的总带宽为 34MHz ，分配给卫星移动通信（地对
15、星）的总带宽为 50.5MHz 。现有和将来的所用卫星移动通信业务所能使用的 L 波段资源仅为 84.5MHz 。这些频率资源中的大部分还要通过协调，与其他的无线业务分享使用。表 2 亚太地区的 L 波段通信广播卫星INMARSAT OPTUS-BTURAYAACeS AsiaStar北斗 IridiumGlobalStar类型 GEO GEO GEO GEO GEO GEO LEO 星座 LEO 星座轨位 (deg E) 64/108.5/178/17916044 （双星） 123 105 80/110.5/14066 星 6 轨面 48 星 8 轨面转发器类型 透明信道透明信道星上交换 透
16、明信道星上交换 透明信道电话信道 500 13750 11000 1100 到 3840 2000 到 3000L 波段天线 (m) 12.25 12 2 1天线增益 (dBi) 18 26.9 2点波束数 250 到 300 140 48 16移动业务 电话 / 数据 数据 / 电话 电话 声音广播 定位 / 数据 电话 电话类型 电话地面设备类型船载 / 车载 / 便携车载 / 便携 手持 手持便携 / 车载 便携 手持 手持天线增益 (dBi) 21/14/12/6/0 12 1 2.6射频功率 (W) 0.45 0.5终端价格 (USD) 3000 （便携式） 1000 1500 到 3000 250 到 750话费 (USD/min)2.7 0.35 到 1 0.3 到 3.0 0.3 到 1.5上行波段 L
