移动卫星通信系统

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概述

        移动卫星通信系统是为舰船、车辆、飞机、边远地点用户或运动部队提供通信手段的一种卫星通信系统。它包括移动台之间、移动台与固定台之间、移动台或固定台与公共通信网用户之间的通信。近年来,虽然陆地移动通信系统的发展很快,但是陆地移动通信系统的覆盖范围即便是陆地部分也是有限的,并没有覆盖全球的所有陆地部分。随着全球化经济的发展,个人移动的范围扩大,个人通信的需求也逐步增加。为了实现全球个人通信的目标,必须借助卫星通信系统的全球覆盖特点。因此未来的全球个人通信系统将是地面陆地移动通信系统、卫星移动通信系统与地面公共通信网的结合。
移动卫星

1. 移动卫星通信系统的特点

       利用卫星提供移动通信业务按照卫星的轨道分布可以分成三种:高轨移动卫星通信系统、中轨移动卫星通信系统、低轨移动卫星通信系统。由于用户在移动或卫星在移动,移动卫星通信系统技术与固定业务的卫星通信系统有较大的不同。
       (1) 由于围绕地球存在范•艾伦辐射带,该辐射带是带电粒子组成的高能粒子带,表现为强电磁辐射,其中a粒子、质子和高能粒子穿透力强,对电子电路破坏性大。范•艾伦辐射带由高度不同的内外两层圆环带组成,高度分别从1500km到5000km和13000km和20000km组成。卫星移动通信系统的卫星轨道应尽量避免在此两个圆环内。
       (2) 由于卫星功率有限,移动台的天线尺寸不能太大,因此在移动台G/T值不能太大的情况下,为保证通信质量,要求卫星具有较高的EIRP值,但一个移动台占用卫星功率过多又限制了系统的容量,采用多波束卫星天线是解决此矛盾的有效途径,这意味着对卫星技术提出了更高的要求。
       (3) 由于移动台在移动和卫星在移动,因此系统在非高斯信道工作,且移动带来多径衰落,因此在系统设计时应考虑多径衰落余量,降低了系统的容量。
       (4) 众多的移动台共享有限的卫星资源,为充分利用卫星资源,需要合理的多址联接方式和信道分配方式、调制解调和编码技术。
       (5) 移动台要求高度的机动性,因此小型化也是十分重要的考虑因素。
通信系统

2. 高轨移动卫星通信系统

       采用同步轨道的卫星移动系统特点是,卫星的覆盖面大,相当于移动通信中的大区制,移动终端的越区切换少,系统实现简单,其缺点是星地距离大,距离衰减很大,因此地面终端不可能做得很小。
        国际海事卫星移动通信系统(Inmarsat)是基于同步轨道的移动卫星通信系统,具有服务范围大、流动性大、用户多、业务量小地特点,海事卫星移动通信系统投入运行后,由于它覆盖面大,通信质量高而且稳定,因此具有很多的用户。
        Inmarsat系统由空间段、岸站(CES)和移动终端(MES)三大部分组成,如图64所示。

        (1) 空间段

        空间段由通信卫星、网络控制中心(NOC)和网络协调站(NCS)组成。
        ① 通信卫星
        Inmarsat卫星分布在地球同步静止轨道上,距离地球35800km„Inmarsat现有4颗星重叠覆盖地球,并有备用星,其所处位置如下:
      • 大西洋区:东区:西经16度;
      • 大西洋区:西区:西经54度;
      • 印度洋区:东经65度; 
      • 太平洋区:东经178度。
Inmarsat  系统组成
图64  Inmarsat  系统组成
       Inmarsat通信卫星的基本功能时接收发自岸站和船站的信号,将其放大并再次传送给它们,卫星转发器执行频率转换:
       • 在岸到船方向从6GHz波段变频到1.5GHz波段;
       • 在船到岸方向从1.6GHz波段变频到4GHz波段。
网络控制中心(NOC)
       网络控制中心设在伦敦国际卫星组织总部,负责监测、协调和控制网络内卫星的操作运行。依靠计算机检査卫星工作状态,同时还对个地面站的运行情况进行监督,协助网络协调站对有关事务进行协调。
网络协调站(NCS)
        网络协调站时整个系统的一个重要组成部分。在每个洋区至少有一个地面站兼作网络协调站,并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的控制和分配工作。网络协调站的任务:分配语音、数据和高速数据信道频率;在一个公共信道上转发收自地面站电传信道上的分配信息;对所有海用终端发布国际海事卫星业务通告。

(2)岸站(CES)

       岸站是指设在海岸附近的地球站,它既是卫星系统与地面陆地电信网络的接口,也是一个控制和接入中心,其主要功能有:
       • 对从船舶、陆上和在空中来的呼叫分配和建立信道;
       • 信道状态(空闲、正在受理申请、占线等)的监视和排队管理;
       • 船站、陆上和航空站识别码的编排和核对;
       • 登记呼叫,产生计费信息;
       • 遇难信息的监收;
       • 卫星转发器频率偏差补偿;
       • 通过卫星的自环测试;
       • 在多地面站时运行时的网络控制功能;
       • 对船舶、陆上核航空终端进行基本测试;
       • 对卫星终端用户提供各类技术服务。 
 
       每个岸站至少分配到一个时分多路复用/时分多址接续载波用于网络协调站及卫星终端之间的信令交换。在各个洋区工作的每一个不同类型的岸站都有一个唯一与它有关的两位或三位数字接续码(如北京海事卫星地面站印度洋区C标准岸站的接续码为311),世界各地的许多国家都设有国际海事卫星系统岸站.典型的岸站抛物面天线直径为11〜13m,该天线永久地指向该洋区运转的卫星。
典型的岸站设备包括:
       • 射频系统:包括天线、高功率放大器、低噪声放大器、上下变频器等;
       • 接续控制部分:包括信道单元、信令转换设备、交换设备、终端授权数据库、呼叫记录处理等;
       • 与公众通信网的接口:微波设备或光缆等。

(3) 移动终端

       Inmarsat开发了许多不同的终端支持不同的业务,用户可通过终端使信号上达卫星,在经过地面站,通过国际或国内的公众通信网与其他固定或移动用户通信,反过来,公众网等固定或移动用户也可以通过卫星与卫星终端通信。

(4) Inmarsat业务

       • 在海事上应用包括:直拨电话、电传、传真、电子邮件和数据连接;
       • 在航空上应用包括:驾驶舱语音、数据、自动位置与状态报告和旅客直拨电话。
       • 在陆地上应用包括:微型卫星电话、传真、数据和运输方向上的双向数据通信、位置报告、电子邮件和车队管理等。

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