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Harbin Institute of Technology 衛(wèi)星移動通信技術 設計題目：衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展前景 院 系：電子與信息工程 班 級： 設 計 者： 裴明信（留學生） 學 號： 10SF05002 指導教師： 設計時間： 2011-04-17 哈爾濱工業(yè)大 1 .概述 1965 年國際衛(wèi)星組織成立,創(chuàng)建了國際衛(wèi)星通信系統(tǒng),開展固定衛(wèi)星業(yè)務(FSS) 。1979 年7 月,國際海事衛(wèi)星組織( INMARSAT) 成立,創(chuàng)建了國際移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),開展移動衛(wèi)星業(yè)務(MSS) 。到90年代,全球掀起了非同步軌道(NGEO) 衛(wèi)星個人通信的熱潮,推出了多種低軌(L EO) 、中軌(MEO) 衛(wèi)星組網(wǎng)的通信系統(tǒng)。隨后GEO - MSS 系統(tǒng)中的蜂窩衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)( GEO - CES) 投入運行。如今,寬帶移動通信系統(tǒng)正在積極籌建,為全球多媒體業(yè)務和視頻業(yè)務的發(fā)展創(chuàng)造條件。全球移動個人通信系統(tǒng)正在不斷演進。本文將結合GEO/ NGEO 軌道及FSS/ MSS 業(yè)務這兩種分類方法闡述衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀。 2 .GEO - FSS 國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)INTELSAT INTELSAT 衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)展到第Ⅸ代和第Ⅹ代衛(wèi)星。目前在軌工作衛(wèi)星共配置19 顆(大西洋區(qū)AOR 10 顆、太平洋區(qū)POR 3 顆、印度洋區(qū)IOR 4顆、亞太地區(qū)APR 2 顆) ,到2003 年將增加軌道位置,全球配置24 顆衛(wèi)星。新一代的Ⅸ代衛(wèi)星是INTELSAT 容量最大的衛(wèi)星。Ⅸ代衛(wèi)星的C 頻段(6/ 4GHz) 擁有44/ 48 個轉發(fā)器,Ku 頻段(14/ 11GHz) 擁有12/ 16 個轉發(fā)器。C 頻段采用左旋/ 右旋園極化對兩個半球波束和五個區(qū)域波束進行極化隔離,實現(xiàn)了七次頻率復用,可用帶寬達3456MHz。Ku 頻段采用水平/ 垂直線性極化,對兩個點波束進行極化隔離,有效通信帶寬達720MHz ,能同時傳輸160000 條話路和3 路廣播電視。INTELSAT 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術發(fā)展可歸納成下列幾點: ①增加了新衛(wèi)星的發(fā)射功率。Ⅸ代衛(wèi)星C 頻段區(qū)域波束e. i. r. p. 高達48. 3dBW ,Ku 頻段點波束e. i. r. p. 高達51. 5dBW; ②實現(xiàn)2間隔的衛(wèi)星軌道位置。增添四個軌道部署新衛(wèi)星(340E、33E、157E、178E) ; ③開發(fā)Ka 頻段軌道資源,部署新的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。INTELSAT 已向國際電聯(lián)申請注冊了8 個軌道位置。在2004 年后開通Ka 頻段通信業(yè)務; ④大力發(fā)展寬帶高速業(yè)務。 1998 年開始, INTELSAT 啟用8PSK 2/ 3 TCM格狀編碼Modem 制式, 稱之為TCM/ IDR。使在Modem 加上RS 糾誤外碼后,系統(tǒng)的比特誤碼率BER 降于10 - 10 ,通信質量達到光纖通信的量級,并 節(jié)省20 %的頻帶資源。在8PSK 2/ 3 TCM 的基礎上, 進一步開發(fā)16QAM、64QAM 的Modem , 為SDH STM - 1155152Mbps 高速數(shù)據(jù)( HDR) 業(yè)務的傳輸創(chuàng)造條件; ⑤積極推行DTV 數(shù)字電視、SNG數(shù)字衛(wèi)星新聞收集和DTH(直接到戶) 業(yè)務; ⑥從2000 年到2001 年INTELSAT 開展了BVSAT 新業(yè)務。支持用戶的寬帶應用。 3 .GEO - MSS 國際移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)INMARSAT INMARSAT 原名國際海事衛(wèi)星組織。目前,INMARSAT 系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了第三代: IN2MARSAT - 3 。它在全球三個洋區(qū)配置了四顆衛(wèi)星。該系統(tǒng)固定岸站采用C 頻段全球覆蓋,移動站采用L 頻段全球及五個點波束覆蓋。其移動站已從模擬的A 標準站發(fā)展到數(shù)字的B、C、D、E、M、Mi2ni - M、AERO 等適合各種用戶終端的標準站,提供傳真和數(shù)據(jù)業(yè)務。INMARSAT 系統(tǒng)是目前時唯一運行暢通、盈利較好的全球移動通信系統(tǒng)。INMARSAT - 3 衛(wèi)星采用點波束覆蓋,可以用筆記本PC 那樣小的Mini - M 終端進行通信,為用戶提供了更好的通信條件。 隨著Internet 及多媒體業(yè)務的發(fā)展, IN2MARSAT 開發(fā)了M4 新業(yè)務。它采用16QAM 調(diào)制方式及TURBO 糾誤碼,不但提供Mini - M 的業(yè)務,還支持電路交換的64Kbps 的ISDN 業(yè)務,并共享64Kbps 信道支持INMARSAT 分組數(shù)據(jù)業(yè)務( IPDS) 。IPDS 是一種分布式平臺,支持IP 網(wǎng)絡。M4 系統(tǒng)為Internet 、PSTN、ISDN 開辟了應用空間,為企業(yè)和個人提供一個簡練實用的移動辦公室。M4 系統(tǒng)的運行成功,導致F 標準的建立。1999 年9 月INMARSAT 通過了推行F 標準的決議。F 標準是在M4 系統(tǒng)的基礎上,加上海上遇險安全功能( GMDSS 系統(tǒng)) 所形成的業(yè)務標準,將作為新的標準替代A 標準。INMARSAT 的第四代衛(wèi)星將采用歐洲功率最大的同步軌道衛(wèi)星INMARSAT - I - 4 系統(tǒng),實現(xiàn)B- GAN 寬帶全球區(qū)域網(wǎng)。使用可展開的大天線,用200 個點波束覆蓋地面,采用頻率復用來擴大通信容量。系統(tǒng)投入運行后,擴大了第三代蜂窩電話用戶的視頻通道,用戶終端可獲得432Kbps 的數(shù)據(jù)業(yè)務,并使廣大鄉(xiāng)村和邊遠地區(qū)能高速接入因特網(wǎng)。 B - GAN 可使用戶的LAN 擴展為移動全球區(qū)域網(wǎng)GAN ,既提供高質量全移動的ISDN 業(yè)務的接入,又提供移動IP 業(yè)務的接入,并且還支持導航業(yè)務,擴大和增強導航信號的應用。它是將IT 基礎設施擴展成IT Network 的重要舉措。 4 .GEO - CES 蜂窩移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 技術進步使基于GEO 同步衛(wèi)星用手持機為用戶提供個人移動通信的系統(tǒng)相繼出臺。印尼的亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)Aces、阿聯(lián)酋的Thuraya 衛(wèi)星系統(tǒng)都已順利運行。俄羅斯的“鏡面- KP”衛(wèi)星通信系統(tǒng)也正在積極實施中。Aces 亞洲蜂窩衛(wèi)星通信系統(tǒng)是很成功的個人移動通信系統(tǒng)。2000 年2 月發(fā)射的第一顆衛(wèi)星GARUDA - 1 定位于123E ,覆蓋西到印度、巴基斯坦,東到菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞,南到印尼,北到中國、日本的廣大區(qū)域。星上裝有2 副12 米口徑的天線(一收一發(fā)) ,對關口站通信用C 頻段,對移動用戶通信用L 頻段,為200 萬用戶開通11000 個電話信道。Aces 系統(tǒng)已向亞洲的8 個國家和地區(qū)提供業(yè)務,和47 個國家和地區(qū)簽定了GSM 國際漫游協(xié)議。用戶終端有手持機、移動式和固定式三種,都是Aces/ GSM 雙模轉換方式。 5 .NGEO - MSS 中/ 低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 5.1.銥( Iridium) 系統(tǒng) 銥系統(tǒng)由66 顆工作星組成,分布在6 個傾角為86. 4的近地軌道上,軌道高度為780km ,運行周期100. 13 分鐘。銥衛(wèi)星群在空間形成一個空間網(wǎng)絡,每一顆星相當于一個空中基站。星與星間有4 條17. 5MHz帶寬的雙工星間鏈路,工作在Ka 頻段。對地鏈路采用點波束覆蓋,每顆星可提供48 個點波束1100個雙工信道。系統(tǒng)全球容量約72600 個信道。全球設立12 個關口站完成用戶接入及與公用網(wǎng)的接續(xù)。銥衛(wèi)星對用戶的通信鏈路工作在L 頻段,話音速率為4. 8/ 2. 4Kbps ,用雙模手持機與GSM 兼容。 5.2.Globalstar 全球星 全球星系統(tǒng)由48 顆工作星組成,分布在8 個傾角為52的圓軌道面上,軌道高度為1414km ,運行周期為114 分鐘。全球星對地鏈路采用點波束設計。每顆衛(wèi)星有16 個點波束,在地面形成小區(qū)覆蓋,可提供2800 個雙工話音或數(shù)據(jù)信道。全球星系統(tǒng)衛(wèi)星間沒有星間鏈路,所有用戶呼叫均經(jīng)過衛(wèi)星轉到關口站,由關口站選擇路由與對方連接,并承擔與公用網(wǎng)的接續(xù)。全系統(tǒng)在全球設150 個關口站。關口站與衛(wèi)星間的鏈路使用5/ 7GHz 頻段,帶寬為160MHz。用戶終端設備上行使用L 頻段,下行使用S 頻段,采用CDMA 接入,QPSK 調(diào)制。終端設備的話音為2. 4/ 4. 8/ 9. 6Kbps ,數(shù)據(jù)傳輸速率為7. 2Kbps。 5.3.ICO 系統(tǒng) ICO 系統(tǒng)是INMARSAT 規(guī)劃的一個MEO 中園軌道移動通信系統(tǒng)。它由10 顆工作星組成,分布在2 個傾角為45的軌道平面上, 軌道高度10355km ,運行周期為6 小時。每顆衛(wèi)星有163 個點波束,可同時提供4500 個信道。ICO 系統(tǒng)有一個由12 個國家的衛(wèi)星接入樞紐站SAN 和連接各個SAN 的光纖網(wǎng)組成的網(wǎng)絡。 SAN 站作為本國(地區(qū)) 的衛(wèi)星空中插入節(jié)點,通過網(wǎng)關與公用網(wǎng)連接。SAN 站與衛(wèi)星的上下工作頻率為5/ 7GHz 頻段。下工作頻率采用2GHz 頻段。衛(wèi)星與地面通信采用TDMA/ FDMA 方式,與地面GSM 蜂窩系統(tǒng)兼容,手持機采用雙模轉換方式。 6 .衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展預測 6.1.衛(wèi)星通信發(fā)展的驅動因素和市場定位 銥系統(tǒng)技術先進但系統(tǒng)復雜,設計者想用技術的進步來建造一個完善的全球無隙覆蓋的PCS 系統(tǒng),經(jīng)歷了12 年的奮斗歷程,花費了55 億美元,結果是節(jié)節(jié)失利。這是由于它忽視地面移動通信的火爆發(fā)展,沒有及時調(diào)整經(jīng)營策略的結果。這種強調(diào)技術驅動,忽視市場驅動的后果值得引以為戒。進入信息時代后,衛(wèi)星通信不能獨攬?zhí)煜?必須發(fā)揮衛(wèi)星通信的廣播能力及廣域連接的優(yōu)勢,作為地面通信系統(tǒng)的補充和延伸,支持地面系統(tǒng)復蓋不到的廣大地區(qū),如山區(qū)、海島、邊遠和內(nèi)海等。這就是衛(wèi)星系統(tǒng)的市場定位、也就是與其他通信系統(tǒng)的綜合關系。 6.2. GMPCS 全球移動個人通信系統(tǒng)的走向 目前移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)的走勢大致如下: ①在用L EO/ MEO 窄帶系統(tǒng)正在改造與融合地面通信系統(tǒng)已經(jīng)向寬帶發(fā)展,在用的Iridi2um、Globalstar與ICO 窄帶系統(tǒng)正在自我調(diào)整和逐步改造,有些系統(tǒng)將與寬帶系統(tǒng)進行業(yè)務融合,例如ICO 公司已經(jīng)與Teledesic 等公司聯(lián)合開發(fā)分步實施,從窄帶業(yè)務逐步走向寬帶。 ②在用GEO 系統(tǒng)正向寬帶發(fā)展GEO 的INMARSAT 第四代衛(wèi)星采用12 米多波束天線,200 個波束復蓋區(qū),實現(xiàn)全球寬帶地域網(wǎng)B - GAN、GEO 系統(tǒng)的Aces 衛(wèi)星也準備用50MHz帶寬的資源,采用高效的64QAM 調(diào)制方式,先進的TUBRO 碼信道糾碼誤方式來建立一個完整的多媒體系統(tǒng)(AMS) 。 ③ Ka 頻段的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)即將問世GEO 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng),如Ast rolink 系統(tǒng)是由4 - 9 顆GEO 衛(wèi)星組成,采用星上處理(OBP) 和星上交換(OBS) 支持多媒體業(yè)務, 數(shù)據(jù)速率為16kbps —9. 0Mbps ,用戶小終端速率為384kbps。L EO 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng),如知名的Teledesic 系統(tǒng)是由12 個軌道面共288 顆衛(wèi)星組成,衛(wèi)星軌道面高度為1375km ,軌道面上相鄰的衛(wèi)星間有工作在60GHz 的星間鏈路。該系統(tǒng)采用完全的星上處理和星上交換,設計成一個“空中因特網(wǎng)”。寬的下行鏈路為MF - TDMA 方式,速率為2Mbps ,下行鏈路為ATDMA 方式,速率為64Mbps。GEO 與MEO 混合組網(wǎng)的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng),如SPACEWAY系統(tǒng),是由4 顆GEO 衛(wèi)星滿足高速傳輸。用高度為10352km 的4 個軌道面,每軌道面5 顆的20 顆MEO 衛(wèi)星構成的星座面向先進的交互式的寬帶多媒體業(yè)務,傳輸速率為16kpbs —6Mbps。以上這些系統(tǒng)將在發(fā)展中融合互補,逐步按地面移動通信系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展,不斷升級構成GM2PCS 系統(tǒng)。 6.3. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展前景 ①衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有機動靈活、廣播/ 組播能力強、區(qū)域連接等潛在優(yōu)勢,是全球移動通信不可缺少的重要組成部份,有著廣闊的發(fā)展前景。 ② GEO —MSS 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng), 如IN2MARSAT、Aces 等系統(tǒng)將繼續(xù)在移動衛(wèi)星通信中發(fā)揮主要作用。 ③GEO —FSS 衛(wèi)星通信系統(tǒng)(如INTELSAT)的BVSAT 業(yè)務,將大力開展。這種以IP 為基礎的寬帶多媒體傳輸系統(tǒng),是解決“最后一公里”的有效途徑。目前BVSAT 的產(chǎn)品很多,使用效果也很好,有些設備的設計已向移動業(yè)務MSS 發(fā)展,將用于車載、船載的移動通信。 ④衛(wèi)星的數(shù)字電視/ 視頻廣播DVB 與高速因特網(wǎng)組合在一起,形成DVB/ IP 業(yè)務,成為寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)中的高效傳輸平臺,是一個適合現(xiàn)代潮流的亮點。 ⑤寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng),大多采用Ka 頻段。在網(wǎng)絡處理上已經(jīng)從“彎管中繼”逐步走向“星上交換”(OBS) 。為了確保質量都采用IP/ ATM 傳輸方式。 ⑥ Ka 寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的星座設計種類很多,廠商們決策慎重。L EO 系統(tǒng)的Teledesic 行動緩慢,GEO —MEO 系統(tǒng)的Space Way 先建GEO 系統(tǒng)將首先在2003 年出臺?？磥鞧EO 先行,MEO、L EO 穩(wěn)進是發(fā)展的趨勢。 ⑦衛(wèi)星通信系統(tǒng)將按下一代網(wǎng)NGN 的發(fā)展進程而循序前進。