第7章卫星移动通信系统.ppt

1 第7章卫星移动通信系统 zy29209 2 7 1移动卫星系统的分类及特点7 2移动卫星通信的电波传播7 3静止轨道 GEO 移动卫星通信系统7 4低轨道 LEO 移动卫星通信系统7 5中轨道 MEO 移动卫星通信系统 3 7 1移动卫星通信系统的分类及特点 第一代移动卫星通信系统 模拟信号技术1976年 由3颗静止卫星构成的MARISAT系统成为第1个提供海事移动通信服务的卫星系统 舰载地球站40W发射功率 天线直径1 2米 1982年 Inmarsat A成为第1个海事移动卫星电话系统 4 第二代移动卫星通信系统 数字传输技术1988年 Inmarsat C成为第1个陆地移动卫星数据通信系统1993年 Inmarsat M和澳大利亚的Mobilesat成为第1个数字陆地移动卫星电话系统 支持公文包大小的终端1996年 Inmarsat 3可支持便携式的膝上型电话终端 5 第三代移动卫星通信系统 手持终端1998年 铱 Iridium 系统成为首个支持手持终端的全球低轨移动卫星通信系统2003年以后 集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统 UMTS IMT 2000 6 7 1 1移动卫星通信系统的组成 空间段 卫星转发器地面段地面主站 也称网关站或信关站 负责公用电话交换网 蜂窝通信网和移动卫星通信网的转接网络控制中心卫星控制中心用户段 移动终端 手持终端 7 7 1 2移动卫星通信系统网络结构 8 ETSI建议的卫星个人通信网络结构 四种 9 结构 a 中 空间段采用透明转发器 系统依赖于地面网络来连接信关站 卫星没有建立星际链路的能力 移动用户间的呼叫传输延时至少等于非静止轨道卫星两跳的传输延时加上信关站间的地面网络传输延时 全球星系统采用该结构方案为移动用户提供服务 10 11 结构 b 同样没有采用星际链路 使用静止轨道卫星提供信关站之间的连接 静止卫星的使用减少了系统对地面网络的依赖 但会带来数据的长距离传输 该结构中 移动用户间的呼叫传输延时至少等于非静止轨道卫星两跳的传输延时加上静止轨道卫星一跳的传输延时 12 13 结构 c 使用了星际链路来实现相同轨道结构的卫星进行互连 系统仍然需要信关站来完成一些网络功能 但对其的依赖性已经下降 移动用户间的呼叫传输延时是变化的 依赖于在卫星和星际链路构成的空中骨干网络路由选择 铱系统采用该结构方案为移动用户提供服务 14 15 结构 d 中使用了双层卫星网络构建的混合星座结构 非静止轨道卫星使用星际链路进行互连 使用轨间链路 IOL Inter OrbitLinks 与静止轨道数据中继卫星互连 移动用户间的呼叫传输延时等于两个非静止轨道卫星半跳的延时加上非静止轨道卫星到静止轨道卫星的一跳的延时 在该结构中 为保证非静止轨道卫星的全球性互连 需要至少3颗静止轨道中继卫星 16 7 1 3移动卫星通信系统的分类 按用途分海事移动卫星系统 MMSS 航空移动卫星系统 AMSS 陆地移动卫星系统 LMSS 17 海事移动卫星系统系统 MMSS MMSS旨在帮助海上救援工作 提高船舶使用效率和管理水平 改善海上通信业务和提高无线定位能力 其在海事上的应用包括 直拨电话 传真 电子邮件和数据连接等 18 航空移动卫星系统系统 AMSS AMSS的主要用途是在飞机与地面之间为机组和乘客提供话音和数据通信 其在航空上的应用包括 驾驶舱语音 数据 自动位置与状态报告和乘客直播电话等 19 陆地移动卫星系统系统 LMSS LMSS的主要用途是针对陆地上的移动用户而言 主要用户是陆地上行驶的车辆 此外 向目前地面蜂窝移动通信所不能覆盖的地区提供服务 特别对幅员辽阔 山区和沙漠占很大比例的国家 以其通信面积广等独特的优势得到国际上的高度重视 其在陆地上的应用包括 微型卫星电话 传真 数据和传输上的双向通信 位置报告 电子邮件和车队管理等 20 按卫星运行轨道来分同步轨道 GEO 高椭圆轨道 HEO 中轨道 MEO 低轨道 LEO 21 同步轨道 GEO 高度 约36000km典型实例 Inmarsat 国际移动卫星通信系统 MSAT 北美移动卫星通信系统 Mobilesat 澳大利亚移动卫星通信系统 ACeS 亚洲蜂窝系统 22 优点 开发早 技术成熟多普勒频移小发展星上多点波束技术 可简化地面设备适用于低纬度地区仅用几颗卫星即可实现廉价的区域性移动卫星通信 23 缺点 高纬度地区通信效果差 不能实现全球覆盖 仅能构成区域覆盖的移动卫星通信系统 地面设备大 成本高 机动性差 手持终端不易实现 需用星上处理技术和大功率发射管及大口径天线传播时延大 降低时延需要星上交换技术 24 高椭圆轨道 HEO 高度 约40000km 远地点 周期 12h 24h利用远地点附近开展业务 有8h 12h可看到卫星 连续业务至少需要2 3颗卫星 典型实例 Molniyal 闪电卫星 Archimedes 阿基米德系统 25 优点 可覆盖高纬度地区地球站可工作在大仰角上 减小大气影响可用简单的高增益非跟踪天线发射成本较低在业务时间内不会发生掩蔽现象缺点 连续通信业务需要2 3颗卫星当从一颗星向另一颗星切换时 需要电路中断保护措施 26 需要多普勒频移补偿功能地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星 需要两副天线和一套跟踪设备卫星天线必须有波束定位控制系统当近地点过低时 需要防辐射措施 因为卫星会经过范 艾伦带全球覆盖一般需星间链路地面设备较大 成本高 27 中轨道 MEO 高度 约2000km或3000km 20000km周期 5h 6h 对约10000km而言 连续业务需要15 16颗卫星典型实例 Odyssey 奥迪赛系统 I CO 全球卫星通信系统 28 低轨道 LEO 高度 500 2000或3000km 多在1500km以下 周期 约1h45min 在1000km高度 有大约12min可以看到卫星 在1000km高度 连续业务需要20 30颗卫星典型实例 Iridium 铱系统 Globalstar 全球星系统 Orbcomm 轨道通信系统 29 优点 可覆盖全球传播时延短 服务质量好频率资源可多次再用抗毁性能好传播损耗小 终端对卫星的仰角比较大 要求有效全向辐射功率小 卫星和地面终端设备简单 适合个人移动卫星通信 手持终端易于实现 研制费用低 研制较容易 30 缺点 连续通信业务需要多颗卫星复杂的网络设计 投资浩大一般需要星上处理和星间通信等技术较大的多普勒频移 需要频率补偿功能当从一颗星向另一颗星切换时 需要电路中断保护措施地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星 需要两副天线和一套跟踪设备 31 7 1 4移动卫星通信系统的特点 移动卫星通信系统具有的技术特点系统庞大 构造复杂 技术要求高 用户 站址 数量多 移动终端设备的体积 重量 功耗均受限 天线尺寸外形受限于安装的载体 如飞机 汽车 船舶等 手持终端的要求更加苛刻 32 卫星天线波束应能适应地面覆盖区域的变化并保持指向 用户移动终端的天线波束应能随用户的移动而保持对卫星的指向 或者是全方向性天线波束 移动卫星通信系统中的用户链路 其工作频段受到一定的限制 一般在200MHz 10GHz 因为移动终端的有效全向辐射功率EIRP有限 对空间段的卫星转发器及星上天线需专门设计 并采用多点波束技术和大功率技术以满足系统的要求 33 由于移动体的运动 当移动终端与卫星转发器间的链路受到阻挡时 会产生 阴影 效应 造成通信的阻断 对此 移动卫星通行系统应使用户移动终端能够多星共视 多颗卫星构成的卫星星座系统 需要建立星间通信链路和星上处理 星上交换 或者 需要建立具有交换和处理能力的信关关口地球站 要求较大的卫星轨道弧段 34 7 1 5移动卫星通信系统的工作频段 从技术观点来看 往返于移动体的最佳工作频率范围为800MHz 3GHz 因此 移动卫星通信中 卫星和移动终端之间的通信 通常采用L波段 1 6 1 5GHz S波段 2 5 2 6GHz 卫星和地球站之间的连接则可采用C Ku等波段 35 移动卫星通信系统的基本组成 36 7 1 6移动卫星通信系统的关键技术 1 卫星轨道选定和发射控制技术卫星大型多波束天线及控制 转发技术星上交换和处理技术大型卫星平台技术星上大功率输出技术卫星星间通信技术 37 2 地面网络信道切换技术系统内外频率兼容和干扰控制技术防窃听加密技术高效纠错编译码算法和调制解调技术 多址技术小型高效移动终端天线技术 包括手持机天线和机载天线网管和网控技术网络接续技术 38 6 1 7移动卫星通信系统的发展趋势 重点发展低轨移动卫星通信系统发展综合移动卫星通信系统 扩充功能与地面网络连接成为个人通信网制定统一的国际标准和建议开展国际间合作开发以及合作经营卫星技术 移动终端技术的进一步发展频率资源利用的进一步研究 39 7 2移动卫星通信的电波传播 7 2 1多径衰落移动卫星通信中 电波在移动环境中传播时 会遇到各种物体 经反射 散射 绕射等到达接收天线 成为各个路径达到的合成波 叫多径传播 各传播路径分量的幅度和相位各不相同 因此 合成信号起伏很大 称为多径衰落 对于卫星通信 由于有一个较强的直射波存在 因此陆地 海洋和航空移动卫星多径传播都服从莱斯 Rice 分布 40 对付多径衰落的技术1 系统设计时的措施应留有必要的多径衰落储备余量 具体做法先按符合莱斯分布的基本情况考虑 通常取K 10dB时对应的多径衰落深度作为基础 K为莱斯因子 为直射波功率和散射信号平均功率之比 考虑树林 建筑物等的遮蔽效应 平静海面的镜面反射效应 以及飞机机翼 机尾 船舶舱面上其它装置所附加的反射效应等因素 对衰落储备余量再作适当修正 41 考虑工作频率 天线类型 天线增益 仰角 极化 波束畸变 以及天线对低仰角干扰有无鉴别抑制能力等因素 对衰落储备余量作适当修正 从目前国际上的各种移动卫星通信系统来分析 多径衰落储备余量一般在3 5dB 对于无遮蔽情况 典型的取6dB 对于有遮蔽的情况 取10dB或更多一些 以上均指为采取其他抗多径衰落措施时的值 42 2 减小多径衰落影响的其他措施对于直射信号受遮蔽的情况 增加发送功率是一种有效办法 对于漫反射形成的多径干扰 增加发射功率并不能解决多大问题 交织编码和卷积码相结合采用差分调制方式极化成形多单元天线以及空间分集重复发送与多数判决采用扩频技术与Rake接收机 但技术复杂 43 7 2 2多普勒效应由于通信双方的相对运动 会使接收信号的频率发生变化 此现象称为多普勒效应 由多普勒效应引起的附加频移称为多普勒频移 44 多普勒效应的影响多普勒效应使得信号载波频率发生偏移 这样 如果两个信号的发射频率间隔不够大时 小于最大可能的多普勒频移 则接收端会产生相互干扰 会造成载波偏离接收机滤波器中心频率 从而使输出信号幅度下降 窄带滤波器 会造成信号在一个码元的持续时间内有较大的相位误差 这会给载波同步带来极大困难 对于采用相干解调的数字卫星通信影响较大 45 抗多普勒频移的措施地球站 卫星闭环频率控制星上多普勒频移预校正接收机频率的预校正发射机频率的预校正进行系统设计时 工作频率可以适当选低一些普遍采用差分调制 并且不用相干检测解调器具有校正多普勒效应的功能 46 7 2 3电离层对电波传播的影响对于卫星通信 电离层的主要影响是闪烁 电离层闪烁会影响电波的幅度 相位 极化和到达方向等 对接收信号产生衰落 在链路功率预算时要留有一定的衰落储备余量来补偿电离层闪烁 解决电离层闪烁的有效措施是时间分集或编码分集 包括重复发送与多数判决等措施 47 6 2 4对流层对电波传播的影响当电波通过对流层时 会受到对流层中氧分子 水蒸气分子和云 雾 雨 雪等的吸收和散射 从而对信号产生损耗 这种损耗于电波频率 波束的仰角 气候以及地理位置等有密切的关系 对流层对移动卫星信道的影响包括 气体吸收 降雨损耗 云雾损耗 大气折射 大气闪烁 波导传播 去极化效应等 各种损耗在链路率预算时要计入链路损耗中 48 7 3静止轨道 GEO 移动卫星通信系统 静止轨道移动卫星通信业务目前主要由国际移动卫星组织的INMARSAT提供 提供全球范围内的移动卫星通信 广泛采用星上处理和多点波束天线技术 从而降低地面设备体积 功耗 进而实现手持式通信 对于区域移动卫星通信系统 采用静止轨道系统一般只需要一颗卫星 建设成本较低 因此也有很多应用 49 7 3 1国际移动卫星通信系统 INMARSAT 背景国际移动卫星通信组织 原国际海事卫星组织 成立于1979年 总部设在英国伦敦 中国是创始成员国之一 Inmarsat是为企业和政府用户提供全球移动卫星通信解决方案的全球领先供应商 它通过由分布在全球86个国家的260个合作伙伴组成的全球性业务网络提供服务 50 网络空间段 目前 Inmarsat空间段由10颗静止轨道卫星组成 主要是第三代和第四代卫星 第三代由4颗GEO卫星 外加一颗备用卫星 构成 第四代计划由3颗GEO卫星构成 目前已发射2颗 网络控制中心 NOC 位于伦敦市中心的Inmarsat总部 负责监测 协调和控制网络内所有卫星的操作和运行 地面站 LES 由各国Inmarsat签字者建设并经营 分布于全球 既是卫星系统与地面陆地电信网络的接口 又是控制和接入中心 51 52 53 54 在Inmarsat系统中 Inmarsat总部只负责运营空间段 各签字者负责建立各自的地面站和直接向用户提供服务 Inmarsat的中国签字者是交通部北京船舶通信导航公司 英文简称MCN 是国务院批准代表中国参加国际移动卫星组织 Inmarsat 的中国唯一成员 是Inmarsat所有中国事务的唯一合法经办机构 负责Inmarsat在中国的经营和管理工作 55 MCN的主要业务为 运行北京地面站 提供移动卫星通信网络服务 办理终端设备入网 启用事宜 销售卫星终端设备 开发通信应用系统 提供系统集成服务 从事用户使用Inmarsat所有业务的国际 国内帐务结算 提供移动卫星通信技术咨询 此外 在中国还有遍布各地的Inmarsat终端代理销售网络 56 服务Inmarsat为需要可靠和创新的陆地 海上或空中语音和数据通信的政府和企业客户提供种类丰富的领先移动和固定卫星服务 Inmarsat网络覆盖了几乎整个地球 其中包括全球98 以上的陆地 除极区 Inmarsat开发了多种不同类型的业务系统 提供不同类型的移动终端 57 Inmarsat A模拟系统Inmarsat B是A型的数字式接替产品 可提供实时的直播数字电话 传真和电传服务 还提供数据通信业务和高速数据通信业务 也可传输图像 58 InmarsatC和mini C 海上和陆地版本 低速数据小型终端 支持数据 传真业务 广泛用于群呼安全网 车 船管理网 遥测 遥控和数据采集 以及遇险报警等 Inmarsatmini C系统是从InmarsatC演化而来的产品 主要针对小型海上和陆地移动用户 59 InmarsatD 全球卫星短信息服务系统的地面终端 提供具有集成GPS支持的双向数据通信 支持总部与边远地区人员 无人值守设备和传感器之间的双向短信息通信 适用于跟踪 追踪 短数据消息和SCADA 数据采集与监视控制 应用 60 InmarsatE卫星应急无线电示位标 EPIRB 终端 1 6GHz 是全球海上遇险告警专用设备 船舶遇险时 E型终端将漂浮海面 并立即发出告警信号 包括位置坐标 船舶的等级等 经卫星传到Inmarsat的应急无线电示位标处理器 通常 遇险信息能在一分钟之内传送到搜救中心 进行救援部署 该系统把海事卫星静止轨道技术与全球定位系统 GPS 结合到一起 并会同海上遇险安全系统协调工作 因而大大提高了示位精度 目前常用的是COSPAS SARSATEPIRB406MHz卫星搜救系统 61 62 Inmarsatmini M 海上 便携车载和高增益版本 M型是B型的简化型 可提供可靠的数字服务 包括语音 2 4Kbps数据传输 用于电子邮件和图像传输 传真 目前M型主要业务是提供电话业务 63 便携 固定 车载 船载 64 65 卫星新干线InmarsatBGAN2005年底 Inmarsat推出一项新的全球宽带网络业务BGSN 它是具有宽带网络接入 移动实时视频直播 兼容3G等多种前卫通信能力的新一代Inmarsat全球卫星宽带局域网的简称 BGAN将对85 的全球陆地面积提供无缝隙网络覆盖 承载最高达492Kbps的高速互联网接入 话音 传真 ISDN 短信 语音信箱等多种业务应用模式 66 67 68 69 BGAN设备主要有便携终端和车载终端两类 便携终端 TT Thrane Thrane 的探险家 EXPLORER 系列110 300 500 700 创值的WideyeSabre1 休斯公司的HNS9201 70 车载终端 TT的探险家527 休斯的HNS9250 71 InmarsatFleetF77 F55和F33为满足海事应用中不断增加的对电子邮件和数据传输的要求而设计的一系列船用通信服务 支持语音 传真 移动ISDN F77 F55和F33服务速度分别为128kbps 64Kbps 9 6kbps 以及移动分组数据业务 Fleet77还满足最新的全球海上遇险和安全系统要求 72 Aero M卫星电话系统Aero M卫星电话系统是小型和中型尺寸飞机的最终解决方案 以较低的安装成本获得标准的语音 传真和数据业务 73 Swift64是Inmarsat最新推出的为民用航班 商业航班 政府用机所提供的业务 可以提供64kbps速率的带宽 以满足高质量的语音 E MAIL Internet 企业内部局域网的接入 视频会议等业务 SwiftBroadband空中宽带业务 最高速率432kbps 74 IsatPhone手持式双模卫星电话 卫星模式 GSM模式 通过运行在Inmarsat四代卫星系统下的手持式终端提供话音服务 是目前体积最小的海事卫星终端 此项业务目前利用印度洋上方的卫星 主要覆盖亚洲 非洲大部分区域 预计2008年实现全球覆盖 75 76 Inmarsat资费标准Mini m站 2 3美元 分钟M4站 2 5美元 分钟 4 8K语音 6 5美元 分钟 64K数据 BGAN分成很多种套餐 资费不等话音 约1美元 分钟短信息 0 45美元 条IP业务 3 7美元 Mbyte和其他卫星系统通信 2 5 16 8美元 分钟 77 7 3 2亚洲蜂窝系统 ACeS 背景ACeS AsianCellularSatellite 系统的目标是为亚洲范围内的国家提供区域性的移动卫星通信业务 包括数字语音 传真 短消息和数据传输服务 并实现与地面公用电话交换网PSTN和地面移动通信网PLMN GSM网络 的无缝链接 由印度尼西亚的PSN公司 美国洛克希德 马丁 LockheedMartin 全球通信公司 菲律宾长途电话公司 PLDT 和泰国Jasmine公司共同组建的合股公司 78 79 空间段ACeS卫星通讯系统的卫星主体由美国络克希德马丁公司制造 2000年发射的Garuda 1同步卫星 定位于赤道上空东经123 卫星预计运行12年 可以同时接入11000路电话 用户总容量可达两百万 独立而相同的两个12m抛物面反射器装在卫星两边的支架上 分别用于发射和接收 产生140个点波束 使用星上处理和波束间呼叫寻路功能 80 81 地面站 负责将ACeS卫星网络接入到世界各地的地面网络或将地面网络接入到Aces卫星网络 总部设在印度尼西亚的雅加达 它将用户接入到基于卫星的移动通讯服务 目前共有三个地面站 分别在印度尼西亚的雅加达 菲律宾的马尼拉 泰国曼谷 在印尼的巴登岛上则有一个网络控制中心和一个卫星监控站 通信方式 ACeS用户之间将直接经由Garuda 1进行通信 ACeS用户与地面公众网用户之间的通信则经由卫星下行至地面入口网来实现 82 ACeS的地面设备 信关站天线Ericsson手持机 83 ACeS通信链路用户链路使用L频段 上行1626 5 1660 5MHz 下行1525 0 1559 0MHz 上行用户信道带宽50kHz 采用GMSK调制方式和FDD TDMA FDMA多址接入方式馈送链路采用C频段 上行6 425 6 725GHz 下行3 400 3 700GHz 上行用户信道带宽200kHz 采用OQPSK调制方式和FDD TDMA FDMA多址接入方式 84 85 覆盖范围 86 87 88 由于亚星卫星太阳能电池板损坏 无法提供足够电力 打开足够的转发器 其中关闭了40 的覆盖区域 主要保障马来西亚 印尼等东南亚国家覆盖 导致中国地区绝大部分区域无法提供服务 绿色区域为中国目前可提供服务区域 89 90 用户设备手机由爱立信公司制造 EricssonAcesR190亚星电话 亚星R190是双模 卫星 GSM900 手提卫星电话 是世界上体积最小的卫星电话 可以通过亚洲卫星联接到世界各地的固定电话 手机或其它卫星电话 该卫星电话无入网费 无月租费 并可随时充值 91 92 R190卫星电话物理指标 显示 三行液晶显示重量 210克 包括电池 体积 130 50 32mm通话时间 约2小时40分待机时间 约42小时 卫星 或47小时 GSM 数据 传真功能 9 6kbps GSM 2 4kbps 卫星 93 使用卫星电话当然有其局限性 那就是必须在户外以卫星电话的天线对准卫星方向才能接通卫星网络 一旦在室内 船舱内或汽车内就因为收不到讯号而不能使用 针对这一问题 可配置高频户外天线 94 FR190卫星电话亚星FR190可作为陆地固定终端使用 亦可作为船载终端使用 通过亚洲卫星与世界各地的固定电话 手机或其它卫星电话通话 设备具有数据传输的功能 内置调制解调器 频率 L波段话机 50 150 210mm 400克 95 96 拨号方式需在室外无遮蔽情况下搜索 接入ACeS亚星系统 屏幕显示 Aces 主叫亚星用户拨打亚星用户 直拨对方卫星电话号码 098 亚星用户拨打固话或手机用户 00 国际码 中国为86 对方电话号码被叫固话或手机用户拨打亚星用户 0063 98 对方亚星电话号码 97 资费标准主叫拨打菲律宾用户 0 25美元 分钟拨打中国固定或地面蜂窝移动用户 0 35美元 分钟拨打其他国家或地区 0 35或0 85美元 分钟被叫 0 25美元 分钟 98 最新境况2006年9月4日 Inmarsat与ACeS 亚星 正式签署协议 收购了亚星 Inmarsat公司入主亚星后 将改造亚星的网络体系 并将其融合进Inmarsat网络体系 目前 通过运行在Inmarsat四代卫星系统下的手持式终端提供话音服务 即Isatphone业务 是目前体积最小的海事卫星终端 此项业务将于2007年覆盖亚洲 非洲大部分区域 2008年实现全球覆盖 网络 I 4卫星和GSM网络 99 Isatphone和R190的区别 100 101 7 3 3欧星 Thuraya 系统 背景Thuraya公司1997年在阿联酋创立 是一个私营股份制公司 目前共有21个股东 主要是一些国家的主要电信业务提供商和国际投资机构 系统的总投资为11亿美元 Thuraya系统提供区域性的移动卫星通信业务 支持包括语音 传真 短消息 数据传输和GPS定位服务 102 欧星卫星终端是全球第一款创造性地整合了卫星 GSM GPS三种功能 提供语音 短信 数据 上网 传真 GPS定位五种业务的智能卫星电话 按呼叫区域划分资费标准 最低少于1美元 分钟 空间段Thuraya系统的空间段由3颗地球同步轨道卫星组成 每颗卫星均装配高功率多点波束天线和移动通信有效载荷 可提供覆盖区域内的蜂窝式语音和数据服务 103 欧星系统空间段部署过程卫星Thuraya 1和Thuraya 2已分别于2000年10月21和2003年6月发射入轨 分别定位于东经28 5 和44 轨道倾角为6 3 2008年1月15日 海上发射公司将Thuraya 3卫星从太平洋上一个浮动发射台上发射升空 定位于东经98 5度 Thuraya 3卫星是美国波音公司研制的一颗高功率地球同步轨道移动通信卫星 在轨设计寿命12年 104 thuraya 3 105 Thuraya 1卫星装配有新型的直径为12 25米的L频段孔径收发天线 结合波音公司的星上数字信号处理器 形成动态相控阵天线 产生250 300个在轨可重定向的点波束来形成覆盖区域内的宏小区 极限情况下 Thuraya 1卫星可以将总功率的20 分配给单个的点波束 产生热点 hotspot 波束Thuraya 2由美国波音公司制造 采用和Thuraya 1相同的技术 但比Thuraya 1增加了10 的星上电能储备和40 的通信容量 使得Thuraya 2有更长的使用寿命和更大的系统容量 106 地面段Thuraya卫星系统地面段包括地面网关 网络运营中心以及卫星控制设备 网络控制中心位于阿联酋的沙迦 2008年 Thuraya 3卫星发射后 Thuraya系统的覆盖区域包括欧洲决大部分地区 中东 北部和中部非洲 西亚 中亚 南亚和大洋洲大部分地区 共117个国家和地区 目前已能覆盖中国全境 107 108 109 Thuraya系统通信体制Thuraya系统采用FDD TDMA FDMA接入方式 采用QPSK调制技术 系统阻塞率低于2 用户链路采用L频段 上行频带1626 5 1660 5MHz 下行1525 0 1559 0MHz馈送链路采用C频段 上行6425 0 6725 0MHz 下行3400 0 3625 0MHz 110 舒拉亚卫星系统的服务包括 电信服务 语音电话 紧急服务 群发三个传真 SMS电波广播 传送服务 异地数据 9 6kbps 电信包集会 分解 PAD 9 6kbps 呼叫 等待 发送 维持 转移 来电显示 CLIP 电话会议 增值服务 短信 SMS 语音邮件 操作者辅助 用户方位测定 互动式语音应答 IVR 预付费 免费电话 紧急结算 111 112 ThurayaHughes7101是一款集成了卫星 GSM和GPS技术的卫星电话 可进行语音 数据 传真 短信息通讯及位置确定 Hughes7101支持全球漫游 可接入当地GSM网络 若超出GSM网络可接入卫星网络 重量 220克 通话时间 卫星模式2 4小时 GSM模式4小时 待机时间 卫星模式34 1小时 GSM模式33 3小时 113 114 115 Thuraya卫星电话SO 2510系统支持 卫星 GPS定位导航服务存储 32M内存尺寸 118 53 18 8mm重量 130g显示 1 5英寸 64k彩色 128 128像素连接 USB速率 下行可达60kbps 上行可达15kbps传真和数据 9 6kbps电池 通话2 4小时 待机50小时 116 117 ThurayaSO 2520智能型卫星电话系统支持 卫星 GSM三频 900 1800 1900 增强型GPS存储 最大内存128M 可外接SD存储卡尺寸 138 5 52 18 8重量 170g显示 1 9英寸 262k彩色 177 220像素相机 集成130万像素接口 蓝牙 USB 红外 118 119 SG 2520 SG 2520数据线 SG 2520卡扩展 SG 2520电池 SG 2520摄像头 SG 2520充电器 120 欧星数据终端ThurayaDSL是一种轻便的 易于使用的卫星IP调制解调器 DSL数据终端基于INTERNETIP和GPRS技术 提供可靠的 高速的数据解决方案 可实现 长久在线 按实际流量计费 重量 1 6公斤 含电池 尺寸 305 245 45mm 笔记本电脑大小接口 以太网接口最高速率 144kbps 共享带宽 电池 待机时间24小时 连续数据传输1小时 121 122 资费标准按呼叫区域划分资费标准Thuraya用户之间 话音 0 66美元 分钟传真 数据 1 22美元 分钟Thuraya用户拨打其他用户 话音 0 95 1 95美元 分钟传真 数据 1 51 2 11美元 分钟短信服务 0 25美元 条拨号上网 1 22美元 分钟 123 7 4低轨道 LEO 移动卫星通信系统 7 4 1概述低轨道移动卫星通信系统是20世纪80年代后期提出的一种新构思 其基本思路是利用位于500 1500km高度范围的多个卫星构成卫星星座 组成全球 或区域 移动通信系统 卫星可以置于倾斜轨道或极地轨道或两者并用 一般为圆轨道 目前星座主要有两种 一种为极轨星状星座 另一种为网状星座 124 极轨星状星座 可覆盖全球 如Iridium系统 125 网状星座 通常区域覆盖 如Globalstar系统 126 在LEO移动卫星通信系统中 星座设计是个极其重要的问题 直接影响到整个系统的复杂性和造价 具体包括 卫星数量 轨道平面数量 轨道平面倾角 轨道平面相对间距 在每个轨道平面内的卫星数量 同一轨道平面的卫星相对相位 相邻轨道平面的卫星的相对相位 每颗卫星的轨道高度以及对应的轨道周期 127 低轨道卫星通信的主要特点 卫星体积小 重量轻 造价低 制造周期短 可批量生产 发射机动 迅速 可采用一箭多星发射互为备份 抗毁能力强地面终端设备简单 造价低廉 便于携带传播时延短 服务质量好 128 7 4 2 铱 Iridium 系统 背景第一个全球覆盖的LEO卫星蜂窝系统 支持话音 数据和定位业务 铱系统于上世纪八十年代末由Motorola推出 九十年代初开始开发 耗资50亿美元 于1998年11月开始商业运行 中国在1999年开始运行铱星业务 2000年3月 铱 公司宣告破产 停止一切业务 2000年底 美国国防部支持的新铱星公司出资收购铱星系统 重新开始运营 129 空间段铱系统星座最初的设计由77颗LEO卫星组成 均匀分布在7条极地轨道上 所有卫星都向同一方向运行 它与铱元素的77个电子围绕原子核运行类似 系统因此得名实际星座包括66颗卫星 它们分布在6个圆形的 倾角86 4 的近极轨道平面上 轨道高度780km 每个轨道平面上均匀分布11颗卫星 以及一个在轨备用星 每颗卫星的重量为689kg 采用三轴稳定 卫星设计寿命5 8年 相邻平面上卫星按相反方向运行 130 131 132 133 铱 星座中的每颗卫星提供48个点波束 在地面形成48个蜂窝小区 在最小仰角8 2 的情况下 每个小区直径为600km 48个点波束组合起来 可以构成直径为4700km的覆盖区 星座对全球地面形成无缝蜂窝覆盖 每颗卫星的一个点波束支持80个信道 单颗卫星可提供3840个信道 该系统采用小区频率再用方式 这样可以进一步提高频谱资源 134 135 多址方式 FDMA TDMA混合多址 系统将L频段10 5MHz频带内按FDMA方式划分为12个子频带 每个子频带20个信道 共240个信道 在此基础上再利用TDMA结构 其帧长为90ms 每帧可支持4个50kbit s用户连接 调制方式 QPSK信道编码 3 4码率卷积码 约束长度K 7信道复用 12小区复用方式 136 铱系统是目前唯一使用了系统内星际链路 ISL 的移动卫星通信系统 且具有星间路由寻址功能 每个卫星有4条星际链路 一条为前向 一条为反向 另两条为交叉连接 星际链路速率高达25Mbps 由于采用了星际链路 铱系统内用户之间通信 可完全通过铱系统而不与地面公网有任何联系铱系统用户与地面网用户之间通信 则要经过系统内的关口站进行通信 137 138 139 铱系统具有全球漫游功能 因此每个关口站都有用户都有原籍位置寄存器 HLR 和访问位置寄存器 VLR 每个用户都有其归属的关口站 该关口站必须维护用户资料 如用户当前位置等 处理呼叫建立 呼叫定位和计费 当用户漫游时的接续过程类似地面蜂窝移动通信系统 140 铱系统空间段部署过程从1997年5月5日到1999年6月12日的2年期间 共有88颗铱系统卫星发射到轨道中 其中前1年发射了72颗3种运载火箭被用于发射这88颗卫星 其中11枚美国波音公司的德尔塔2型 DeltaII 火箭发射了55颗 3枚俄罗斯质子 Proton 火箭发射了21颗 7枚中国的长征2型火箭发射了14颗 141 地面段铱系统的地面段包括信关站 用户终端和遥测 跟踪和控制站 TT C 由于铱系统采用了星际链路 因此只需在全球设置少数几个信关站即可 考虑到国家和地区的主权和经济利益 实际上系统按照国家和地域差别在全球设置了共12个信关站 中国北京有一个 外加一个美军专用关口站在夏威夷 网络控制中心一主一备 分布位于美国弗吉尼亚州和意大利罗马 142 关口站 143 网络控制中心 144 用户终端有手持机 车载台和半固定终端3种类型 系统手持机设计为双模终端 手机重量和体积比目前蜂窝电话略大 能够支持地面蜂窝通信网络的多种标准 如GSM PDC D AMPS或CDMA 既适用于铱系统 又适用于本地地面蜂窝网络 Motorola手持卫星电话一共有三代产品9500 9505 9505A 145 MOTOROLA9500卫星电话 尺寸 192L 62W 68Dmm重量 454g速度 2 4kbps持续通话时间 2小时 标准电池 3 2小时 高容量电池 6 5小时 超高容量电池 待机时间 20小时 标准电池 30小时 高容量电池 65小时 超高容量电池 146 MOTOROLA9505A与前两代产品相比较 更小巧 更坚固 收星灵敏度更高 接收信号更快更稳定 9505A增加了加密功能 可以满足您各种商业需要 同时还有红外线接口和可选的免提耳机 尺寸 158L 62W 69Dmm重量 385g 147 148 Thrane ThraneSAILORSC4000铱星电话系统专为海事环境设计 符合国际海事标准 已获得各种主要认证机构的批准 并取得船舶保安警报系统 SSAS 证书 能在海洋上最恶劣的环境中长久使用并承受磨损 适合各种需要语音和小数据量通讯的深海航行船只 包括游艇 渔船 大型商船 军舰等 149 150 铱系统通信链路用户链路 L频段 用户终端到卫星上行链路使用1621 35 1626 5MHz 卫星到用户终端下行链路使用1616 1626 5MHz 时分双工模式 馈送链路 Ka频段 关口站到卫星上行29 1 29 4GHz 卫星到关口站下行19 3 19 6GHz 星际链路 Ka频段 为23 18 23 38GHz 151 152 拨号方式在室外没有遮蔽的地方 开机搜星注册后 屏幕显示 IRIDIUM 后使用卫星电话主叫铱星用户拨打铱星用户 00 对方12位铱星电话号码铱星用户拨打固话或手机用户 00 国际码 中国为86 对方电话号码被叫拨打铱星用户 00等待提示音完后 12位铱星电话号码 153 铱星短信往Iridium发送短信 免费登录 154 资费标准 续费方式50分钟充值 656 只增加通信时间 不延长使用期限充值 320 不增加通信时间 延长1个月使用期限 155 7 4 3 全球星 Globalstar 系统 背景全球星系统由美国劳拉空间通信公司和Qualcomm公司提出 与铱系统提出的时间差不多 1996年11月 全球星系统获得了美国联邦通信委员会颁发的运营证书全球星系统是以支持话音业务为主的全球低轨移动卫星通信系统 总投资逾26亿美元 156 空间段采用倾斜轨道网状星座 包括48颗卫星和6颗备用卫星 均匀分布在8个倾角52 的轨道平面上 轨道高度1414公里 轨道周期113分钟 实现了全球南北纬70 之间的覆盖 每颗卫星的重量为460kg 有16个波束 功率1100W 采用三轴稳定 卫星设计寿命为7 5年 用户同时可视卫星有2 4颗 每颗卫星与用户能保持10 12min通信 然后经软切换至另一颗星 157 158 159 160 频率分配方法终端 卫星 L频段1610MHz 1626 5MHz卫星 终端 S频段2483 5MHz 2500MHz关口站 卫星 C频段5091MHz 5250MHz卫星 关口站 C频段6875MHz 7055MHz全球星卫星的L S频段天线为有源相控阵天线 在地面形成16个点波束覆盖区用户链路采用FDD双工方式 上行L频段 下行S频段 161 162 全球星系统L频段和S频段的16 5MHz带宽被分为13个1 23MHz的频分子信道采用CDMA 每一波束内可重复使用全部频带 163 全球星系统的馈送链路采用C频段 上行159MHz 下行180MHz 天线采用宽波束覆盖 地面信关站使用抛物面天线跟踪卫星 上行和下行频段均按频分复用方式划分出9个子信道 最低频率的子信道分别用作命令和遥测信道 其余的8个通过正交极化 左旋和右旋圆极化 分割产生16个子信道 对应16个用户点波束 164 165 全球星系统没有采用星际链路 系统用户将通过卫星链路接入地面公用网 在地面网的支持下实现全球移动卫星通信全球星通过其遍布全球的上百个合作伙伴和空间卫星网络将用户与各地的有线和蜂窝通信业务系统连接起来 并向有不同通信需求的用户提供全球漫游 蜂窝网络覆盖区以外的业务 以及边远地区的固定终端通信业务 全球星系统是地面蜂窝网络的补充而不是替代 网络需要大量地面站 166 167 168 覆盖范围 169 全球星系统空间段部署过程全球星系统从1998年5月第一次发射4颗卫星开始 到2000年初共发射了48颗工作卫星和4颗备用卫星入轨1999年9月 全球星系统经历了一次灾难性的发射 这次发射失败共导致系统损失了12颗卫星 因而也推迟了系统的运营开始时间 有两种运载火箭被用于发射这52颗卫星 其中7枚波音公司的德尔塔2型 DeltaII 火箭发射了28颗 6枚SoyuzIkar火箭发射了24颗 170 地面段全球星系统有一主一备两个控制中心 负责管理全球星系统的地面接续 即管理关口站 数据网 并监视48颗卫星的运行情况 关口站是指设置在全球各地的地面站 每个关口站可同时与3颗卫星通信 采用定向跟踪式天线 它承担转接全球星系统和地面公网 PSTN PLMN 的任务 它把来自不同卫星或同一卫星的不同数据流信号组合在一起 以提供无缝隙的覆盖 它把卫星网和地面公网连接起来 每一个用户终端可通过一颗或几颗卫星和关口站实现与全球任何地区的通信 171 172 用户段该段指的是使用全球星系统业务的用户终端设备 用户终端设备包括手持式 车载式和固定式 采用全向天线 用户终端可提供高质量的数字语音 低速率数据 短信息 以及其它增值业务 2000年5月25日开始在中国地区提供服务 广泛适用于石油 天然气 水利 科考 运输 海上作业 公安边防 军队 地质勘探 考古 旅游等行业和部门 173 双模手机GSM Globalstar全球星双模手机由意大利Telital公司提