一种新的卫星移动通信系统及其应用

任丹

92941 部队96分队 辽宁 125000

0 前言

卫星通信业务中最引人注目的是卫星移动通信。卫星移动通信是指无论在任何地方，用户都可以使用移动终端，通过同步通信卫星和地球站，并经由通信网中转，进行全球范围的通话、传真和数据传输的一种通信方式。根据卫星离地距离的不同，卫星移动通信系统又分为高、中、低轨道系统。其中高轨同步卫星通信技术较成熟，空间资源相对较为丰富，但时延较长(往返时延超过 550ms)。其主要发展趋势是数字化、宽带化、高性能、高功率、低成本本，并向多媒体的领域进军；而低、中轨道卫星通信系统的空间段传输时延较小，完全满足地面公共通信协议标准的要求，可以使用对时延要求较为严格的 TCP/IP等网络通协议，而且抗卫星失效能力强，频率再用率高，可使用低功率手机，容量较大，是支撑卫移动电话较为理想的手段。

1 卫星移动通信的现状

从20世纪80年代初开始，发达国家的诸多大公司意识到未来覆盖全球、面向个人的无缝隙通信，即所谓 5W(Whoever、Whomever、Wherever、Whenever、Whatever)的巨大需求，中、低轨道星座通信系统最突求出的特点是：可以做到覆盖全球、受地理环境影响较小；网络的顽存性强，少量卫星的被毁，系统可降额使用，并能在几小时之内补充发射；传播时延短、传输损耗小、用户终端偏小、机动灵活、功能强，包括广播、群呼、查询、位置报告等；在支持大范围大量动用户的数据通信方面更是具有突出的优势，因此相继大力发展以中、低轨道的卫星星座系统为空中转接平台的移动卫星通信系统。至90年代已建成并投入应用的主要有：铱(Irilridium)系统、Globalstar系统、ORBCOMM 系统、ICO(海事组织的系统)等。

但是，与卫星通信几乎是同时起步的地面光纤网络与蜂窝移动通信网(GSM、CDMA)的飞速发展给卫星通信带来了巨大的冲击。铱星的陨落对卫星通信特别是小卫星星座系统的发展产生很大的负面影响，人们对卫星移动通信的前景一度丧生信心。第二次海湾战争以及9.11恐怖袭击事件，对卫星移动通信又起了很大的促进作用，人们意识到拥有另一种通信手段作为备份的重要性。随着 Internet的发展，以及军事应用、政府、行业部门的特殊需求，卫星星座系统仍然是卫星行业发展的重点。德国的Satcon公司新近提出了一种卫星移动通信系统——“信使”(Courier)系统，对我国发展卫星移动通信系统很有借鉴意义。

2 “信使”系统的特点

2.1 “信使”系统的主要技术参数

(1) 空间段

卫星总数：72

轨道数：8

每轨道卫星数：9

轨道类型：圆形

轨道高度：800km

卫星速度：约为6. 9km／S(2) 地面段

信关站数量：19

飞行控制站数量：2

终端概率：1-5W

手持：≤2W

其它：≤5W

终端工作模式：多模

传输速率：1.2；2.4；4.8；9. 6kBit/s

用户数量：约为2千5百万

(3) 工作频段

终端——卫星(上行)：1. 6100 ——1. 6265 GHz

卫星——终端(下行)：2.4385——2.5000 GHz

卫星——卫星(星际)：24. 4500——24. 7500 GHz信关站——卫星：29. 1000——29. 4000 GHz

卫星——信关站：19. 3000——19. 6000 GHz

信道数量：每卫星约2000个

每波束容量：约300Erl

(4) 信号传输

调制方式：

卫星——卫星：QPSK

卫星——终端：BPSK

卫星——信关站：QPSK

语音编码：声码器(4.8；9. 6kBit/s)

多址方式：

卫星——卫星：SDMA/SCPC/TDM

卫星——终端：SDMA/FDMA/SS-CDMA

卫星——信关站：SDMA/SCPC/TDM

2.2 “信使”系统与其它LEO现代卫星移动通信系统的比较

“信使”系统与其它LEO现代卫星移动通信系统的性能进行比较，针对业务与资费、轨道参数、传播与复用等方面进行对比。通过对比可以看出，“信使”系统是一能够覆盖全球的，具有话音、数据、导航等多种业务的先进的卫星移动通信系统。

3 我国卫星移动通信的市场

3.1 卫星移动通信的发展空间和市场前景

我国地域辽阔、地形复杂，卫星移动通信的特点和定位是紧密联系的。确切地讲卫星移动通信市场定位。一是地面通信网覆盖不到的地方。二是特殊的行业和工种，如地质勘探、探险等。在我国开发大西部的战略下，全球卫星移动通信系统在我国民用市场潜力巨大。我国的西部地区疆域广阔，但多为荒漠和戈壁，人烟稀少，卫星移动通信将显示出独具的优势。在发生重大毁灭性自然灾害的地区，地面网络多数会遭到破坏，而卫星移动通信可能是惟一幸存的通信手段，如 1998年我国抗洪救灾期间，湖北省曾提出：“光纤不通微波通，微波不通短波通，短波不通卫星通”。结果在地面通信设施严重受损的灾区，通过配备便携式国际移动卫星终端，及时把多处灾情向有关方面汇报，对抗洪减灾很有帮助。在岛屿众多的地区、全球的野外勘探和考察人员、民航飞机和远洋舰船、紧急搜索和救援等，都需要一种不受地域或天气限制的全球移动通信手段，因此在这些地方和部门卫星移动通信是最佳手段。由此可见，卫星移动通信在民用市场的潜力是巨大。同时利用系统提供的导航定位功能，又能在交通、安全保护等领域开拓广阔市场。

3.2 全球卫星移动通信系统在军事领域的应用十分广泛

美军有一个与铱系统功能相似的军用卫星通信系统，即Milstar(军事星)系统(投资160亿美元，代表着目前军事卫星通信的最高水平)，目前该系统已经发展到第二代，系统由六颗卫星构成星座，采用60GHz的星间链路，具有较强的星上处理、星上交换能力、抗干扰能及抗核加固能力，该系统的任务是战时向总统和最高指挥当局提供最低限度的基本通信，以便在所有级别的冲突中指挥和控制美国战略和战术部队，可见全球卫星通信系统在美国的军事通信中的地位是十分重要的。事实上从目前铱系统主要服务美军也可看出，军事应用对全球卫星移动通信的需求是很大的。同时我们也能看到“信使”系统的低轨卫星采用点波束，覆盖范围小(200～300公里)，加上系统构成星座，具有星上处理和交换能力(星际链路也不易被侦收和干z和抗毁能力。此外采用低轨卫星使信号传输延时大大减少(为10～20ms)，为利用卫星的超视距优势，发展卫星数据链创造了有利的条件。

我们相信通过科学、合理的管理和市场运营，卫星移动通信是有相当可观的生存空间。以海事卫星系统(Inmarsat)为例，实际上NMARSAT的终端约需3000到上万美元(根据不同终端类型)，话费为3-7美元/分钟，因此系统在价格上没有什么优势，但通过合理的市场定位和运作，经过 20多年的经营，目前已拥有用户16万多(国内用户6000多)，系统投资商已获得收益和回报。可见新技术在走向市场的过程中都会遇到巨大阻力，普通手机之所以在前些年被叫作“大哥大”，也是因为它价格太贵，每部几万元人民币，所以成为一种身份的象征，为少数人服务，而现在它已物美价廉很普及了。当年IBM公司推出它的笔记本电脑时，所花费的钱相当于爆炸一颗原子弹，但今天，笔记本电脑就在我们身边。因此，只要有合理科学的经营策略和不断完善的技术，卫星移动通信是会获得成功的。

同时也应该看到，“卫星移动通信”要比地面移动系统昂贵，到目前为止“卫星移动通信”无论在技术上、还是市场投入上远不能与地面移动相比，与地面系统竞争是不现实的，但“卫星移动通信”确实具有它的优势，需要发展，因此必须用于特殊场合、特殊用户，如石油(海上)开采、探险、救灾等，也可拓展“卫星移动通信”的其它应用，例如物流管理、导航定位、交通管理、数据采集等。

[1] 张平等.第三代移动通信技术.人民邮电出版社.2009.

[2] 吕海寰,蔡剑铭,甘仲民,陈九治.卫星通信系统(修订本).人民邮电出版社.2010.