[科普中國(guó)]-高軌道地球衛(wèi)星通信

簡(jiǎn)介

高軌道衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的特征來(lái)源于使用位于赤道上方35800km的對(duì)地同步衛(wèi)星開展通信業(yè)務(wù)的條件。在這個(gè)高度上，一顆衛(wèi)星幾乎可以覆蓋整個(gè)半球，形成一個(gè)區(qū)域性通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以為其衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的任何地點(diǎn)提供服務(wù)，例如美國(guó)一顆衛(wèi)星就可以覆蓋美國(guó)大陸的連續(xù)部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各幾百海里的近海地區(qū)。在GEO衛(wèi)星系統(tǒng)中，只需要一個(gè)國(guó)內(nèi)交換機(jī)對(duì)呼叫進(jìn)行選路，信令和撥號(hào)方式比較簡(jiǎn)單，任何移動(dòng)用戶都可以被呼叫，無(wú)需知道其所在地點(diǎn)。同時(shí)，移動(dòng)呼叫可以在任何方便的地點(diǎn)落地，不需要昂貴的長(zhǎng)途接續(xù)，衛(wèi)星通信費(fèi)用與距離無(wú)關(guān)，它與提供本地業(yè)務(wù)的陸地系統(tǒng)的費(fèi)用相近。當(dāng)衛(wèi)星對(duì)地面臺(tái)站的仰角較大的時(shí)候（如在美國(guó)本土經(jīng)度范圍內(nèi)，衛(wèi)星對(duì)地面的仰角一般在20°～56°之間），移動(dòng)天線具有朝上指向的波束，可以與地面的反射區(qū)分開，這樣就可以幾乎完全避免在陸地系統(tǒng)中常見(jiàn)的深度多徑衰落。衛(wèi)星信號(hào)因其仰角大，僅僅穿過(guò)樹冠，從而使由枝葉引起的衰減降到只有幾dB。

特點(diǎn)自本世紀(jì)60年代以來(lái)，人類已經(jīng)將數(shù)以百計(jì)的通信廣播衛(wèi)星送入高軌道（GEO），在實(shí)現(xiàn)國(guó)際遠(yuǎn)距離通信和電視傳輸方面，這些衛(wèi)星一直擔(dān)當(dāng)主角。但是，高軌道（GEO）衛(wèi)星也存在一些問(wèn)題：

（1） 自由空間中，信號(hào)強(qiáng)度反比于傳輸距離的平方。高軌道（GEO）衛(wèi)星距地球過(guò)遠(yuǎn)，需要有較大口徑的通信天線。

（2） 信號(hào)經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸會(huì)帶來(lái)較大的時(shí)延。在電話通話中，這種時(shí)延會(huì)使人感到明顯的不適應(yīng)。在數(shù)據(jù)通信中，時(shí)延限制了反應(yīng)速度，對(duì)于2001年臺(tái)式超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，半秒種的時(shí)延意味著數(shù)億字節(jié)的信息滯留在緩沖器中。

（3） 軌道資源緊張。高軌道（GEO）衛(wèi)星只有一條，相鄰衛(wèi)星的間隔又不可以過(guò)小，因?yàn)榈厍蛘咎炀€分辨衛(wèi)星的能力受限于天線口徑的大小。在Ka頻段（17～30GHz）為了能夠分出2°間隔的衛(wèi)星，地面站天線口徑的合理尺寸應(yīng)不小于66cm。按這樣計(jì)算，高軌道（GEO）衛(wèi)星只能提供180顆同軌道位置。這其中還包括了許多實(shí)用價(jià)值較差，處于大洋上空的位置。1

應(yīng)用編輯北美衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)MSAT是世界上第一個(gè)區(qū)域性衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。1983年，加拿大通信部和美國(guó)宇航局達(dá)成協(xié)議，聯(lián)合開發(fā)北美地區(qū)的衛(wèi)星業(yè)務(wù)，加拿大TMI公司和美國(guó)AMSC公司負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的實(shí)施和運(yùn)營(yíng)。MSAT是加拿大經(jīng)營(yíng)的第一顆星，MSAT系統(tǒng)可服務(wù)于公眾通信，又可以服務(wù)于專用通信。關(guān)口站通過(guò)有線環(huán)路與市話本地網(wǎng)相連，移動(dòng)用戶和固定用戶之間的通信通過(guò)由網(wǎng)絡(luò)控制中心分配的射頻信道和關(guān)口站、市話本地網(wǎng)互連之后進(jìn)行。

總的來(lái)說(shuō)MSAT系統(tǒng)主要提供兩大類業(yè)務(wù)：一類是公眾通信的無(wú)線業(yè)務(wù)，另一類是面向?qū)Ｓ猛ㄐ诺膶Ｓ猛ㄐ艠I(yè)務(wù)。具體可以分為以下6種：
移動(dòng)電話業(yè)務(wù)：把移動(dòng)的陸上車輛、船舶或飛機(jī)同公眾電話交換網(wǎng)互連起來(lái)的語(yǔ)音通信。
移動(dòng)無(wú)線電業(yè)務(wù)：用戶移動(dòng)終端與基站之間雙向話音調(diào)度業(yè)務(wù)。
移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：可與移動(dòng)電話業(yè)務(wù)或移動(dòng)無(wú)線電業(yè)務(wù)結(jié)合起來(lái)的雙向數(shù)據(jù)通信。
航空業(yè)務(wù)：為了安全或其它目的的話音和數(shù)據(jù)通信
終端可搬移的業(yè)務(wù)：在人口稀少地區(qū)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
尋呼業(yè)務(wù)
MSAT系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理是分級(jí)實(shí)現(xiàn)的。在系統(tǒng)級(jí)上，網(wǎng)絡(luò)操作中心負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的管理和業(yè)務(wù)控制，包括數(shù)據(jù)庫(kù)管理、用戶信息服務(wù)、業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)、航空安全優(yōu)先業(yè)務(wù)的安排，以及向各網(wǎng)絡(luò)控制中心提供使用的線路數(shù)量以及其頻率。具體的線路中心是在網(wǎng)絡(luò)控制中心實(shí)現(xiàn)的。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心管理一個(gè)或多個(gè)用戶集團(tuán)。每個(gè)用戶集團(tuán)包括一組移動(dòng)用戶以及其相應(yīng)的鏈路站。這種分級(jí)管理的辦法，可以各自獨(dú)立地解決各用戶集團(tuán)內(nèi)部的問(wèn)題，使整體管理簡(jiǎn)單化。與此同時(shí)，系統(tǒng)操作中心仍可以優(yōu)先調(diào)用下一級(jí)網(wǎng)絡(luò)中的線路。
由移動(dòng)終端到網(wǎng)絡(luò)控制中心的信令通道采用隨機(jī)地址方式，控制中心到移動(dòng)用戶的信令則采用點(diǎn)到多點(diǎn)連續(xù)數(shù)據(jù)包復(fù)用方式，當(dāng)移動(dòng)終端或鏈路站通過(guò)信令通道發(fā)出呼叫時(shí)，網(wǎng)絡(luò)控制中心的網(wǎng)路管理選擇呼叫信息，然后根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的狀態(tài)信息、允許的業(yè)務(wù)信息和配置信息等，選擇兩端的連接線路并確定業(yè)務(wù)的類型。頻率指配信息通過(guò)信令信道傳到兩個(gè)端站，控制其頻率合成器，把頻率設(shè)置在指定的頻道。當(dāng)通信完畢后，網(wǎng)絡(luò)管理器把線路歸入空閑的通道備用、路由選擇和地址區(qū)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。2