什么是靜止軌道(GEO)衛星系統

什么是靜止軌道(GEO)衛星系統

中、低軌道與靜止軌道衛星通信的競爭與互補

——提供北美衛星蜂窩電話、數據業務的L頻段GEO MSAT衛星系統由美國AMSC公司及加拿大TMI通信公司組成，可提供手提箱式終端或車載移動業務。AMSC計劃及組織的誕生還需歸功于70年代末至80年代初美國宇航局（NASA）的研究支持。當時加州理工學院的噴氣動力研究所（JPL）進行了UHF及L頻段GEO衛星的移動通信可行性試驗； 1982年NASA建議FCC發放此移動衛星的許可申請，促進其推向實用化。MSAT衛星由Hughes公司制造，已于1995年4月由AMSC發射成功，1996年再由加拿大方發射一顆SAT，兩者分別定點于259°E 和253.5°E，互為備用，覆蓋美國本土、加拿大、阿拉斯加、夏威夷及波多黎哥，像INMARSAT系統一樣，MSAT的發射功率依然無法支持手持機終端，這是其最大弱點。但是它奠定了邁向手機運行的新一代空帶GEO衛星通信系統的基礎，從而誕生了諸如ACeS、ASC及APMT等系統。從體制上說，這三個系統屬同一類型，均瞄準了亞太電信市場，L頻段實現了手機用戶的衛星移動通信。下面以ACeS系統為主進行較詳細的介紹。

——ACeS系統的設想起源于1993年發起，由印尼的PT Pasifik Satelit Nusantara（PSN）公司發起，目標是經濟地解決亞洲一些地區對移動及固定業務電話的需求，從而由印尼行政當局登記了相應軌道位置，并使PSN公司獲得了經營此移動業務的許可證。此后，其系統概念進一步擴展。1994年底，菲律賓的主要電話公司菲律賓長途電話公司（PLDT）加入，成為合作伙伴，1995年初泰國電信公司Jasmine加入，成為第三個合作伙伴，于是在1995年6月正式成立ACeS（PT Asia Cellular Satellite）公司，其經營許可證由印尼旅游郵電部頒發。并于1995年5月與美國洛克希德-馬?。↙-M）公司簽署了此系統的GARUDA衛星、衛星控制設施（SCF）及網絡控制中心（NCC）的制造合同。計劃中的GARUDA衛星為4顆（GARUDA1～GARUDA4），軌道位置分別為 118°E、123°E、135°E、80°E，三個關口站分別為雅加達、馬尼拉和曼谷，并擬由瑞典 Ericsson公司為其開發制造雙模手機，第一GARUDA衛星擬于1998年上半年發射，下半年投入業務。

——GARUDA 1及 GARUDA 2衛星擬利用C／L頻段，C頻段用于鏈接NCC及關口站，L頻段用于建立移動用戶鏈路； GARUDA 3及GARUDA 4將利用S頻段以擴充容量。初期的GARUDA 1、GARUDA 2的兩個L頻段收發天線反射面尺寸達12m，該衛星運用L-M公司的AZ100AX平臺，衛星壽命約12年，發射工具擬用Proton、 Ariane 44L或Ariane 5。ACeS系統的覆蓋域包括整個中國、朝鮮半島、日本、印度及東南亞地區。其手機為與地面蜂窩電話兼容的雙模型，即雙模ACeS／GSM或雙模ACeS／AMPS，可方便地與地面移動網互聯。

——ASC和APMT系統構想基本與ACeS類似，兩系統的衛星均擬用Hughes公司的HS601平臺，借助L頻段提供衛星移動業務。 ASC的全稱為Afro-Asian Satellite Communications，擬用3顆名為OBSIDIAN的GEO衛星覆蓋中東、亞太及非洲地區的 55個國家，由印度Essel聯合集團年月有，并已與Hughes公司簽訂了價值達7億美元的合同，以 HS601平臺為基礎建造此系統，其手持機亦為雙模型。APMT亦稱APMS（Asia Pacific Mobile Satellite），該系統由新加坡電信、新加坡科技、Hughes通信公司和中國國防科工委等單位發起，瞄準亞太地區移動業務，計劃投資約9億美元。

2 INTELSAT新一代GEO衛星通信系統

——INTELSAT（國際通信衛星組織）是世界上最大的商業衛星組織，目前有141個成員國，擁有25顆世界上最先進的連接全球進行商業運作的GEO衛星通信系統，可為約200個國家和地區提供相應國際／區域／國內衛星通信綜合業務，具有參與全球競爭的豐富運營經驗與財力。該組織積極引入各類衛星通信新業務、新技術，有效地利用衛星軌道、頻譜及空間段，以其最佳服務和可靠性譽滿全球。

——在全球連接實施視頻廣播業務方面，INTELSAT擁有世界上最強的實現能力。亞特蘭大奧運會期間，INTELSAT投入了 13顆衛星全力以赴進行360 color="#000000">°連接全球節目快速實時廣播，使全球35億電視觀眾大飽眼福，INTELSAT衛星系統的優良傳輸性能對此作出了卓越的貢獻。

——color="#000000">1993年，INTELSAT首先在丹麥格陵蘭地區大面積成功地使用了傳輸帶寬僅為 5MHz的數字壓縮電視廣播系統。INTELSAT的數字電視業務帶寬需求范圍可以從100kHz擴展至 72MHz，從靜止圖像、會議電視、衛星新聞采集（SNG），直至HDTV。

——color="#000000">在1994年12月9日的新聞發布會上，INTELSAT正式宣告將在其目前運行的第七代、第八代衛星和更新一代衛星系統中引入寬帶ISDN同步傳輸所需的編碼調制新技術，以便使衛星電路能支持全球信息高速公路（亦稱共為國際信息基礎設施）的運行。這一編碼調制新技術突破了原有四狀態傳輸的QPSK調制模式，上升為8PSK調制，并利用多維（6維）網格編碼調制與RS（里德—索洛蒙）外碼技術級聯，構成功率、頻譜利用非常緊湊的有效傳輸手段，可支持在一個72MHz 標準衛星轉發器中傳輸B-ISDN／SDH STM-1的155mbit／s的高速率綜合業務，并且運行誤碼率可低達10-10，即可與光纖傳輸質量相比擬；亦可利用ATM傳輸以滿足未來高速多媒體數據業務的需求。借助這一傳輸技術，一個單一INTELSAT轉發器可傳輸10路數字高清晰度電視節目或50路常規廣播質量的數字電視業務。這一新型編碼調制技術信噪比Eb／No=10.8dB

靜止軌道(GEO)衛星系統(二)

一、 概述

靜止軌道衛星（GEO）移動通信業務的特征來源于使用位于赤道上方35800km的對地同步衛星開展通信業務的條件。在這個高度上，一顆衛星幾乎可以覆蓋整個半球，形成一個區域性通信系統，該系統可以為其衛星覆蓋范圍內的任何地點提供服務，例如美國一顆衛星就可以覆蓋美國大陸的連續部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各幾百海里的近海地區。在GEO衛星系統中，只需要一個國內交換機對呼叫進行選路，信令和撥號方式比較簡單，任何移動用戶都可以被呼叫，無需知道其所在地點。同時，移動呼叫可以在任何方便的地點落地，不需要昂貴的長途接續，衛星通信費用與距離無關，它與提供本地業務的陸地系統的費用相近。當衛星對地面臺站的仰角較大的時候（如在美國本土經度范圍內，衛星對地面的仰角一般在20°～56°之間），移動天線具有朝上指向的波束，可以與地面的反射區分開，這樣就可以幾乎完全避免在陸地系統中常見的深度多徑衰落。衛星信號因其仰角大，僅僅穿過樹冠，從而使由枝葉引起的衰減降到只有幾dB。

二、 特點

衛星移動通信業務可以提供兩種普通的業務：一種為公共衛星電話，另一種是專用衛星電話，前者需要互聯公用交換電話網，使一個移動體呼叫世界上任一個固定電話，后者只是在一移動臺和它的調度員之間進行。這兩種業務都可以傳送電話，尋呼和定位信息。這兩種業務也可以結合起來形成特有的通信能力。

（1） 公用衛星電話業務

該網絡包括衛星，工作于L頻段的移動臺、工作于K頻段的網絡操作中心和關口地球站/交換機互連完成，它使用由網絡操作中心經專用信令信道指配給移動臺和關口站的射頻信號。為了建立一個呼叫和確定接續路由，移動臺撥叫終點地址電話號碼，同時也給出自己的號碼。網絡操作中心指配給該移動臺一個L頻段射頻信道，并將相應的K頻段信道指配給靠近固定電話地址的關口站，在此產生通常的電話信令，以建立呼叫。網絡操作中心記錄路由、主叫和通話時間以便計算。另一方面上的操作與此類似。在提供長途連接靈活接續能力上，關口站的重要性是值得注意的，可能需要成百上千個關口站。呼叫一旦建立，話音帶內數據、分組消息、定位和尋呼等業務信息均可以傳遞，一個無線臺可以完成所有這些功能。

（2） 專用衛星移動電話業務

該系統包括衛星、移動臺和位于用戶建筑外的基站，該基站由簡化的關口（無呼叫路由選擇和長途互連設備），根據需要指配給系統一條或幾條電路，它可以使用簡單的“按下即談話”操作，也可以使用更復雜的交換方式，以便將系統的時間指配給不同的用戶用于不同的目的。每一個移動體可以使用單一無線臺完成調度電話、不同速率數據、分組消息以及尋呼、定位消息的傳遞。若該無線臺可以調諧到上面所提到的公用衛星電話信令信道，則它也可以具有無線公用電話功能。

三、 系統的組成

1、空間系統

由于移動天線終端尺寸小，在L頻段每信道所需衛星輻射功率較固定衛星業務中相應的信道的功率為大，預計所需的衛星功率為3000W，天線直徑約為5m，用多波束覆蓋業務區。這就要使每個信號選定從單一K頻段波束到所需L頻段波束以及反向的接續路由。K頻段被劃分幾段，每段對應L頻段的一個特定的點波束。為解決以下兩個難點： （1）每個L段上的業務無法精確預測，而且隨時變化；（2）國內業務和國際業務的分配很復雜，也使得衛星移動通信系統業務的陸地、海上、空中三個部分的分配很困難，以便與本波束內業務取得一致。但是，這里不存在L頻段到L頻段的路徑。

2、地面系統

（1）衛星移動無線電臺和天線

衛星移動無線電臺和陸地移動無線電臺的功能、復雜性。部件數量和類型很相似，只是衛星移動無線電臺使用5kHz信道間隔而不是25或30kHz。電臺話音、調度電話、數據、消息分組、定位、尋呼等都屬于該衛星電話系統本身的功能，每個衛星移動電臺都需要一個頻率綜合器，以便將他們調諧到所需的5kHz信道。該系統還采用專用信令信道，以免系統在公共安全緊急救援期間飽和，并為天線的指向調整提供參考。信令信道在移動臺從一個衛星波束進入相鄰衛星波束時，為波束轉換提供幅度參考電平。

為獲得滿意的話音質量以及鄰星的頻率再用，需要約13dBi的高增益天線。天線的輻射圖形可以是圓的或是橢圓的，在方位角上通過電動的機械方法實現調整。也可以通過圓形陣列的切換達到近13dBi的增益。

（2）關口站、基站

地球站工作于K頻段，由于衛星移動通信服務的基本結構是每載波單信道，所以關口站必須自動按網控中心從信令信道傳來的指令調諧到5kHz信道?；拘枰l率合成器，可以工作在固定信道。這兩種站都使用3.3m天線，但通信密度大的地區的關口站需要較大的天線。關口站應有足夠的容量，以免阻塞；還要有足夠備份以保證高的可用性。一個出故障的關口站將被旁路，這時呼叫由相鄰的關口站臨時轉接。

北美衛星移動通信系統——MSAT

北美衛星移動通信系統MSAT是世界上第一個區域性衛星移動通信系統。1983年，加拿大通信部和美國宇航局達成協議，聯合開發北美地區的衛星業務，加拿大TMI公司和美國AMSC公司負責該系統的實施和運營。MSAT是加拿大經營的第一顆星，MSAT系統可服務于公眾通信，又可以服務于專用通信。關口站通過有線環路與市話本地網相連，移動用戶和固定用戶之間的通信通過由網絡控制中心分配的射頻信道和關口站、市話本地網互連之后進行。

總的來說MSAT系統主要提供兩大類業務：一類是公眾通信的無線業務，另一類是面向專用通信的專用通信業務。具體可以分為以下6種：

1.移動電話業務：把移動的陸上車輛、船舶或飛機同公眾電話交換網互連起來的語音通信。

2.移動無線電業務：用戶移動終端與基站之間雙向話音調度業務。

3.移動數據業務：可與移動電話業務或移動無線電業務結合起來的雙向數據通信。

4.航空業務：為了安全或其它目的的話音和數據通信

5.終端可搬移的業務：在人口稀少地區在固定的位置上使用可搬移的終端為用戶提供電話和雙向數據業務

6.尋呼業務

MSAT系統的網絡管理是分級實現的。在系統級上，網絡操作中心負責全系統的管理和業務控制，包括數據庫管理、用戶信息服務、業務協調、航空安全優先業務的安排，以及向各網絡控制中心提供使用的線路數量以及其頻率。具體的線路中心是在網絡控制中心實現的。每個網絡控制中心管理一個或多個用戶集團。每個用戶集團包括一組移動用戶以及其相應的鏈路站。這種分級管理的辦法，可以各自獨立地解決各用戶集團內部的問題，使整體管理簡單化。與此同時，系統操作中心仍可以優先調用下一級網絡中的線路。

由移動終端到網絡控制中心的信令通道采用隨機地址方式，控制中心到移動用戶的信令則采用點到多點連續數據包復用方式，當移動終端或鏈路站通過信令通道發出呼叫時，網絡控制中心的網路管理選擇呼叫信息，然后根據數據庫提供的狀態信息、允許的業務信息和配置信息等，選擇兩端的連接線路并確定業務的類型。頻率指配信息通過信令信道傳到兩個端站，控制其頻率合成器，把頻率設置在指定的頻道。當通信完畢后，網絡管理器把線路歸入空閑的通道備用、路由選擇和地址區分選擇上，還有一些特殊的考慮，例如單向呼叫、限定范圍呼叫等。

海事衛星移動系統——Inmarsat

一、 系統概述

最早的GEO衛星移動系統，由美國通信衛星公司（COMSAT）利用Marisat衛星進行衛星通信，是一個軍用衛星通信系統。70年代中期為增強海上船只的安全保障，將部分內容提供給遠洋船只使用。1982年形成了以國際海事衛星組織（Inmarsat）管理的Inmarsat 系統，開始提供全球海事衛星通信服務。1985年對公約作修改，決定把航空通信納入業務之內，1989年又決定把業務從海事擴展到陸地。目前它已經是一個有72個成員國的國際衛星移動通信組織，控制著135個國家的大量話音和數據系統。中國交通部和中國交通通信中心分布代表中國參加了這個組織。

Inmarsat 系統由船站、岸站、網絡協調站和衛星組成。下面簡要介紹各部分的工作特點：

1．衛星

分布在大西洋、印度洋和太平洋上空的3顆衛星覆蓋了幾乎整個地球，并使三大洋的任何點都能接入衛星，岸站的工作仰角在5°以上。

2．岸站

岸站（CES）是指設在海岸附近的地球站，歸各國主管部門所有，并歸它們經營。它既是衛星系統與地面系統的接口，又是一個控制和接入中心。其主要功能為：（1）對從船舶或陸地上來的呼叫分配和建立信道；（2）信道狀態（空閑、正在受理申請、占線等）的監視和排隊的管理；（3）船舶識別碼的編排和核對；（4）登記呼叫，產生計費信息；（5）遇難信息監收；（6）衛星轉發器頻率偏差的補償；（7）通過衛星的自環測試；（8）在多岸站運行時的網絡控制功能；（9）對船舶終端進行基本測試；每一海域至少有一個岸站具備這種功能。典型的CES拋物面天線直徑為11～14m。

3．網路協調站

網路協調站（NCS）是整個系統的一個組成部分。每一個海域設一個網路協調站，它也是雙頻段工作。

4．船站

船站（SES）是設在船上的地球站。在海事衛星系統中它必須滿足：（1）船站天線滿足穩定度的要求，它必須排除船身移位以及船身的側滾、縱滾和偏航的影響而跟蹤衛星；（2）船站必須設計的小而輕，使其不至于影響船的穩定性，同時又要設計的有足夠帶寬，能提供各種通信業務。

5．系統工作

在Inmarsat 系統中基本信道類型可分為：電話、電報、呼叫申請（船至岸）和呼叫分配（岸至船）。Inmarsat 系統規定在船站與衛星之間采用L頻段，岸站與衛星采用雙重頻段，數字信道采用L頻段，FM信道采用C頻段，因此對于C頻段來說，船站至衛星的L頻段信號必須在衛星上變頻為C頻段信號再轉發至岸站，反之亦然。

二、Inmarsat 系統的發展計劃--Inmarsat–P

Inmarsat 業務的發展如下表所示。其中移動性更強的Inmarsat -C以及M的開發是借助于該組發射Inmarsat -3衛星的結果，Inmarsat -A/B相當于衣箱大小，而Inmarsat -C/D相當于公文包大小。

Inmarsat為實現21世紀工程，第一步是在1991年推出Inmarsat-C終端，它是采用信息存儲轉發的方式進行通信，移動用戶可以事先在顯示屏上編輯好電文，然后以數據的形式通過衛星發往所需的地面站，地面站收好最后一組數據包后，對數據包進行復原處理，然后通過國際電信網在幾秒鐘內將電文送到用戶，采用存儲--轉發方式，可以使Inmarsat衛星的工作容量得到最大限度的利用，從而可以降低用戶對星上的費用，還可以使得用戶利用陸地通信網中各種通信方式發送數據。Inmarsat-C終端把接收機、發射機、天線三者集成在一個僅有16開書本大小的公文包內。約3～5Kg，其天線使用小型的定向或全向天線，很易于指向衛星。

Inmarsat-M終端是Inmarsat于1992年底推出的，它是通向全球個人移動通信的橋梁。它可以提供直接撥號、雙向電話、第三類傳真和數據通信，提供單跳、全國范圍內的移動、稀路由電話服務，具有直接與國際電信網連接的選擇能力，對于同一城市，其費用比蜂窩電話低。該終端廣泛用于各類船舶、航空用戶以及各種類型的車輛。其天線能夠自動跟蹤船舶、飛機、車輛，在行進中能隨時保持與衛星的聯系。隨著世界網絡信令系統的發展，Inmarsat-M終端將提供單一號碼的入口接續，并與蜂窩系統互連。

Inmarsat為在本世紀末（21世紀）實現全球個人移動通信提出了Inmarsat21世紀工程，其目標是在本世紀末為用戶提供的通信終端（稱為Inmarsat-P終端）體積小，重量輕、費用低，提供能夠越洋的全球手持衛星語音通信以及數據、尋呼、定位等業務，能與國際公眾網（PSTNS）接口。