在沒有基站的太平洋里？

移動衛(wèi)星通信就是利用衛(wèi)星作為中繼站，實現(xiàn)地面、空中、海上移動用戶之間，或移動用戶與固定用戶之間的相互通信。它是衛(wèi)星通信的一種重要方式。

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移動衛(wèi)星通信的特點

移動衛(wèi)星通信與固定衛(wèi)星通信相比要求要高很多。由于實際要求限制，一般天線的口徑小，收發(fā)能力差，特別在行進中通信可能會遇到如傳輸延遲、背景噪聲以及受到遮擋等不利條件。因此，移動衛(wèi)星通信比固定站址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)要復(fù)雜的多。固定站址的衛(wèi)星通信，地球站使用的天線口徑比較大，收發(fā)能力強、衛(wèi)星的發(fā)射功率可以低一些。而移動衛(wèi)星通信的天線都安置在車、船、飛機上，天線口徑小，收發(fā)能力較差；由于條件限制，它也不可能具備固定站址的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中高精度的對衛(wèi)星的自動跟蹤設(shè)備，移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的天線指向能力低，所以對衛(wèi)星的發(fā)射功率要求比較高。另外，由于移動衛(wèi)星通信用戶的移動，高山、建筑、樹木的遮擋、地球表面的反射等，使得移動衛(wèi)星通信的通信信道也比較復(fù)雜。

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移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、地面主站、地面基站、地面網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站和眾多的遠程移動站組成，如圖1所示。

圖1 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

1．衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

轉(zhuǎn)發(fā)地面、空中、海上固定站和移動站的信息，起中繼作用，所以也稱為衛(wèi)星中繼站。

2．地面主站

較大容量的地球站，是移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心。主站也稱關(guān)口站，它擔負公眾電話網(wǎng)和移動衛(wèi)星通信網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)接，為遠程移動站和固定站用戶提供語音和數(shù)據(jù)傳輸通道。對于公眾網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳輸和接收，主站要完成數(shù)據(jù)的分組交換、接口協(xié)議轉(zhuǎn)換、路由選擇等。網(wǎng)絡(luò)控制中心也設(shè)在主站內(nèi)，它主要執(zhí)行下面三個功能：

1)對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的性能、工作狀態(tài)進行監(jiān)測控制，根據(jù)要求控制衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的切換。

2)承擔全網(wǎng)絡(luò)的管理，如發(fā)送信令和信標信號，對整個系統(tǒng)性能和所有設(shè)備進行監(jiān)測、故障查詢及切換、頻譜監(jiān)視、頻率和功率控制、記費等。

3)完成按需分配多址(Demand Assigned Multiple Access，DAMA)控制。移動終端通過信令發(fā)出呼叫申請，網(wǎng)絡(luò)控制中心收到申請信號后，通過數(shù)據(jù)庫找出空閑業(yè)務(wù)信道，再通過信令告之移動終端和相關(guān)的地面主站。

3．地面基站

是小容量的固定地球站，它主要完成遠程移動終端與地面專用通信系統(tǒng)(或蜂窩通信網(wǎng))之間的轉(zhuǎn)接作用，其接口、協(xié)議和信令要和相應(yīng)的地面網(wǎng)制式兼容。

4．網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站

負責某覆蓋區(qū)域的信息分配和網(wǎng)絡(luò)管理。協(xié)調(diào)站也可由覆蓋區(qū)內(nèi)的地面基站兼任。

5．遠程移動站

可以是車、船、飛機及步行的人等。它的設(shè)備包括：天線、射頻單元和終端，終端又可以分為無線電終端、電話終端、數(shù)據(jù)終端。在終端設(shè)備上配置有單片機，擔任DAMA處理功能，通過信令信道接收網(wǎng)絡(luò)控制中心的指令，并自動調(diào)整業(yè)務(wù)信道。

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移動衛(wèi)星通信的分類

移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常可以按通信系統(tǒng)的應(yīng)用分類，也可以按衛(wèi)星和終端的狀態(tài)分類，還可以按衛(wèi)星的軌道分類。

1．按應(yīng)用分類

移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)可分為海事衛(wèi)星移動系統(tǒng)(Maritime Mobile Satellite System，MMSS)、航空衛(wèi)星移動系統(tǒng)(Aero Mobile Satellite System，AMSS)和陸地衛(wèi)星移動系統(tǒng)(Land Mobile Satellite System，LMSS)。

1)海事移動衛(wèi)星系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于改善海上救援工作，提高船舶使用的效率和管理水平，增強海上通信業(yè)務(wù)和無線定位能力。國際海事衛(wèi)星組織(International Maritime Satellite Organization，INMARSAT)于1979年7月16日成立，總部設(shè)在英國倫敦。中國是創(chuàng)始成員國之一，目前有11顆運行和備用衛(wèi)星，代表著其第一代和第二代衛(wèi)星系統(tǒng)。衛(wèi)星運行在四個區(qū)域：太平洋、印度洋、大西洋東區(qū)和大西洋西區(qū)。第三代衛(wèi)星已于1996年發(fā)射，與前兩代衛(wèi)星不同的是，每一顆第三代衛(wèi)星除有全球波束外還帶有五個點波束。點波束可在小范圍內(nèi)集中較大的功率，因此地面可以使用小型、低功率移動終端，從而降低空間段的費用。

2)航空衛(wèi)星移動系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于飛機和地面之間為機組人員和乘客提高語音和數(shù)據(jù)通信。早在1964年利用衛(wèi)星進行航空移動通信就已經(jīng)被提出來了，但由于技術(shù)、經(jīng)濟、國際合作、所有權(quán)和經(jīng)營權(quán)等方面的問題而拖延，一直到1988年才在海事衛(wèi)星進行了飛行通信試驗。既而在1991年通過海事衛(wèi)星在新加坡、挪威和英國的三個地球站，向太平洋、印度洋和大西洋上空的飛機提供通信。目前，包括中國在內(nèi)，世界上的各大航空公司的飛機上都有機載站。

3)陸地衛(wèi)星移動系統(tǒng)

對于幅員遼闊、山區(qū)和沙漠占比重很大的國家，目前的蜂窩移動通信所不能完全覆蓋，該系統(tǒng)利用衛(wèi)星為行駛在對地面蜂窩移動通信不能覆蓋的地區(qū)的運行車輛提供通信服務(wù)。美國、加拿大、澳大利亞等國都在進行開發(fā)和研究，并已實現(xiàn)在車、船和飛機等移動體上的通信，甚至實現(xiàn)到手機的通信。衛(wèi)星移動通信以其通信面積廣的獨特優(yōu)勢得到了國際上高度重視。

2．按衛(wèi)星的軌道分類

按衛(wèi)星距離地球的高度可分為三種衛(wèi)星軌道：低地球軌道(LEO)、中地球軌道(MEO)和高地球軌道(GEO)。

1)低地球軌道(Low Earth Orbit，LEO)衛(wèi)星距地面500～5000km，運行周期為2～4h。

利用LEO衛(wèi)星使實現(xiàn)手持機個人通信成為現(xiàn)實。衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時短，路徑損耗小，多個衛(wèi)星組成的系統(tǒng)可以實現(xiàn)真正的全球覆蓋。采用蜂窩通信、多址、點波束、頻率復(fù)用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動通信提供了技術(shù)保障。整個系統(tǒng)如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)小區(qū)，服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶至少被一顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可以隨時接人系統(tǒng)。因此，LEO衛(wèi)星系統(tǒng)被認為是最有前途的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。但系統(tǒng)要求衛(wèi)星數(shù)量多，發(fā)射投資高，衛(wèi)星壽命也相對較短，系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜。

2)中地球軌道(MediumEarthOrbit，MEO)衛(wèi)星距地面5000～20000km，運行周期4～12h。

MEO系統(tǒng)中的衛(wèi)星數(shù)量少于LEO系統(tǒng)，每顆衛(wèi)星對其覆蓋地區(qū)的服務(wù)時間比LEO衛(wèi)星長，因此，該系統(tǒng)的控制和切換均比較簡單，衛(wèi)星及地球站成本低，衛(wèi)星壽命較長。MEO系統(tǒng)兼顧了LEO系統(tǒng)和GEO系統(tǒng)的特點。

3)高地球軌道(Geostationary Earth Orbit，GEO)嚴格的講應(yīng)該叫做靜止地球軌道，實際上就是前面介紹過的同步地球衛(wèi)星。由于衛(wèi)星距地面35800km，比前兩者高得多，所以通常把它稱為高地球軌道。它的運行周期為24h。

GEO移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)最早用于海事通信業(yè)務(wù)，以后又發(fā)展用于航空移動通信。近年又推出了用于陸地便攜式移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可提供語音、數(shù)據(jù)和傳真服務(wù)。自20世紀60年代以來，人類已將數(shù)以百計的通信衛(wèi)星送入GEO，由于該軌道的衛(wèi)星的壽命長、使用簡單，在實現(xiàn)國際遠距離通信和電視傳輸方面，這些衛(wèi)星一直擔當主角。但GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)也存在一些問題。

a)需要有較大口徑的通信天線。自由空間中，信號強度與傳輸距離的平方成反比，也就是說，信號強度隨距離的加大衰減的速度很快。因為GEO衛(wèi)星距地球過遠，所以要求拋物面天線的口徑比較大。

b)信號經(jīng)過遠距離傳輸會帶來較大的時延。高軌道衛(wèi)星距離地球35800km，地球的兩個用戶通過衛(wèi)星中繼通話，信號要傳輸70000km以上，會產(chǎn)生零點幾秒的時延。這種時延會使人在通話中感到明顯的不適應(yīng)。在數(shù)據(jù)通信中，時延限制了反應(yīng)速度，信息將會滯留在緩沖器中。

c)軌道資源緊張。GEO衛(wèi)星在赤道上只有一條，相鄰衛(wèi)星的間隔又不可以過小，GEO衛(wèi)星只能提供180個軌道位置。這其中還包括了許多實用價值較差，處于大洋上空的位置。

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移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，尤其是數(shù)量眾多的小衛(wèi)星中、低軌移動通信系統(tǒng)是一個非常龐大而技術(shù)非常復(fù)雜的大系統(tǒng)。其主要關(guān)鍵技術(shù)有：

(1)衛(wèi)星軌道選定和發(fā)射控制技術(shù)。

(2)衛(wèi)星大型多波束天線及控制、轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。

(3)星上交換和處理技術(shù)。

(4)大型衛(wèi)星平臺技術(shù)。

(5)星上大功率輸出技術(shù)。

(6)衛(wèi)星星間通信技術(shù)。

(7)信道切換技術(shù)(硬切換、軟切換)。

(8)系統(tǒng)內(nèi)外頻率兼容和干擾控制技術(shù)。

(9)防竊聽加密技術(shù)。

(10)高效糾錯編譯碼算法和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，多址技術(shù)(FDMA、TDMA、CDMA)。

(11)小型高效移動終端天線技術(shù)，包括手持機天線和機載天線。

(12)網(wǎng)管和網(wǎng)控技術(shù)(信令路由、業(yè)務(wù)路由、信道分配等)。

(13)網(wǎng)絡(luò)接續(xù)技術(shù)(衛(wèi)星網(wǎng)與地面網(wǎng)接續(xù))。

為了簡化系統(tǒng)的復(fù)雜程度，有些移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)不采用星間通信鏈路，少數(shù)系統(tǒng)采用FDMA方式，多數(shù)采用TDMA或CDMA方式，具體采用哪種多址方式與系統(tǒng)容量有關(guān)。但CDMA方式能提供軟切換信道，使信道的切換更為可靠。網(wǎng)絡(luò)管理及與地面網(wǎng)的接續(xù)，通常是由網(wǎng)控關(guān)口站和網(wǎng)控中心(NCC)來實現(xiàn)的。