几种典型的静止轨道卫星移动通信系统

2020/2/61几种典型的静止轨道卫星移动通信系统2020/2/62卫星移动通信系统的分类和特点几种典型的静止轨道卫星移动通信系统国际海事卫星(Inmarsat)系统瑟拉亚(Thuraya)系统亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统静止轨道卫星移动通信系统的优缺点2020/2/63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。1卫星移动通信系统的分类和特点2020/2/642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。2020/2/652.1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。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。国际海事卫星系统目前已经发展到第四代。2020/2/66INMARSAT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。2.1国际海事卫星(Inmarsat)系统发展过程2020/2/67INMARSAT采用L波段和C波段，INMARSAT二代使用的频带是：2.1国际海事卫星(Inmarsat)系统使用频率L波段：下行1530～1548MHz，上行1626.5～1649.5MHz。C波段：下行3600～3623MHz，上行6425～6443MHz。INMARSAT有海上移动终端（简称M）、陆上移动终端（简称L）、航空移动终端（简称A），以及用于灾难告警的NSS，它们分别被划分了规定的频率范围：L频段：1530-（M,L）-1533-（M）-1544-（MSS）-1545-（A）-1548MHzC频段：3600-(M)-3605-(M,L)-3608-(M)-3619-(MSS)-3620-(A)-3623MHz。2020/2/68INMARSAT先后发展应用了A、B、C、M、Mini-M、Aero、F等七种标准。2.1国际海事卫星(Inmarsat)系统A标准：1982年开始使用。信道间隔50/25kHz,采用FM调制，传输模拟话音和传真。后被B标准替代。B标准：1992年开始使用。信道间隔20kHz,采用QPSK调制，传输16kbps的压缩话音、9.6kbps的传真和数据。Aero标准：1990年开始使用。信道间隔17.5kHz,采用QPSK调制，传输9.6kbps的压缩话音、2.4/4.8kbps传真、19.6kbps数据。主要用于空中交通管制和航空公司乘客。C标准：1991年使用。信道间隔5kHz,采用BPSK调制，补充A标准，不传话音，只传0.6/1.2kbps的存储转发数据。M标准：1993年开始使用，很快又推出了广泛使用的Mini-M标准。七种传输标准2020/2/692.1国际海事卫星(Inmarsat)系统Mini-M标准：使用点波束，传送4.8kbps声码话、2.4kbps的G3传真和2.4kbps数据。Mini－m终端更轻巧，含电池重量仅1.4kg。F标准：频道间隔40kHz,用16QAM调制并采用Turbo纠错编码，因此有很好的误码性能。信号是无头无尾的全突发，传输64kbps速率的电话和双向数据。F和Mini-M标准是目前广泛应用的标准。七种传输标准2020/2/6102.2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。2020/2/611Thuraya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34.5m×17m。(1)Thuraya系统的空间段2020/2/612(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。2020/2/613(2)Thuraya系统的地面段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。2020/2/614(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。SO-2510和SG-2520是Thuraya卫星通信公司的第二代手持终端，是目前最轻和最小的卫星手机，具有GPS功能、高分辨率的彩色屏幕、大的存储空间、USB接口和支持多国语言。2020/2/615(4)Thuraya系统的主要技术指标Thuraya系统能够通过手持机提供GSM话质的移动话音通信以及低速数据通信。12.25m口径卫星天线：可以产生250~300个波束，提供和GSM兼容的移动电话业务。星上数字信号处理：实现手持终端之间或终端和地面通信网之间呼叫的路由功能，便于公共馈电链路和点波束用户链路互联数字波束成形功能：能够重新配置波束覆盖，扩大波束也可以形成新的波束，实现热点区域的最优化覆盖，可以灵活地将总功率的20%分配给任何一个点波束。系统能够同时提供13750条双工信道，包括信关站和用户之间、用户之间的通信链路。2020/2/616(5)Thuraya系统的业务Thuraya系统提供话音、低速数据和导航业务，具体为：GSM音质的话音通信，9.6kbit/s的数据和传真，标准的二代GSM业务以及增强业务。语音：卫星语音通话功能（GSM音质，MOS分高于3.4）；语音留言信箱服务；WAP服务。传真：ITU-TG3标准传真。数据：作为调制解调器，连接PC进行数据传送，速率为2.4/4.8/9.6kbit/s。短信：增值的GSM短信息服务。定位：内置GPS，提供卫星定位导航，提供距离和方向服务，定位精度100米。2020/2/6172.3亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统亚洲蜂窝卫星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。2020/2/618Garuda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。(1)ACeS系统的空间段2020/2/619ACeS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、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。(2)ACeS系统的地面段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。2020/2/620(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ACeSR190，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ACeSFR-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。(4)ACeS系统的业务ACeS系统能够向亚洲地区的用户提供双模（卫星、GSM900）的话音、传真、低速数据、因特网服务以及全球漫游等项业务。2020/2/621(5)ACeS系统的关键技术Thuraya系统和ACeS系统共同的特点都是通过GEO卫星向手持终端用户提供移动通信，为了实现这一目标，它们都采用了先进和成熟的技术，其关键技术主要有：1)提供高的卫星EIRP值：这是能在低增益的手持机之间实现移动通信的关键。它们的卫星都是大型的通信卫星，卫星有效载荷信号的发射功率都在10kW以上，同时卫星均采用多波束天线，采用数字波束成形技术，可以动态调整覆盖区域和根据需要重新分配容量和功率。Thuraya系统的每颗卫星有250~300个点波束，ACeS系统卫星也具有140个通信点波束。通过这些技术显著提高了卫星发射信号的强度，即使用户处于弱信号区域，比