第5章移动卫星通信系统

1、第五章移动卫星通信系统，5.1移动卫星通信系统概述5.2移动卫星通信系统的网络结构5.3国际移动卫星通信系统(INMARSAT)5.4静止轨道区域移动卫星通信系统5.5低轨道移动卫星通信系统5.6卫星导航和定位系统练习，也称为卫星移动通信，移动卫星通信利用卫星传输实现移动用户或移动用户与固定用户之间的相互通信，基于5.1移动卫星通信系统概述、VSAT和地面蜂窝移动通信的移动卫星通信系统结合空间卫星多波束技术、航天器处理技术、计算机和微电子技术的综合使用，将通信终端扩展到地球的各个角落，实现“世界漫游”，是引起通信产业质量变化的高级智能新通信网。因此，可以看作是田径运动通信系统的延长和扩展。从“

2、移动”的角度看，MSS有三种方案：第一种是卫星固定(同步轨道卫星)，移动终端，第二种是卫星移动(异步轨道卫星)，终端不移动。第三个是人造卫星移动(异步轨道卫星)，终端也移动。MSS充分利用了卫星通信的优势和特点，因此，它不仅可以沿着人口密集的城市和交通提供移动通信，而且还可以为人口较少的地区提供移动通信。特别是对运动中的汽车、火车、飞机、船、个人的通信更有意义。业务范围包括单向和双向无线通信、语音、数据、定位等。卫星移动通信系统开发过程、卫星与地面移动通信系统比较、卫星移动通信系统网络结构、卫星移动通信系统基本网络结构、卫星移动通信系统网络结构继续1、欧洲电信标准协会(ETSI)推荐的卫星个人

3、卫星没有建立星际链路的功能，移动用户之间的呼叫传输延迟至少等于非静止轨道卫星2跳的传输延迟和信道之间的地面网络传输延迟。全球明星系统使用此结构方案为移动用户提供服务。卫星移动通信系统网络结构继续3，ETSI推荐的卫星个人通信网络结构(b)也不采用星际链路，而是使用静止轨道卫星提供肾小管之间的连接。使用静止卫星减少了系统对地面网络的依赖，但会带来数据的远距离传输。在此结构中，移动用户之间的呼叫传输延迟至少等于非静止轨道卫星2跳的传输延迟加上静止轨道卫星1跳的传输延迟。卫星移动通信系统网络结构继续4，ETSI推荐的卫星个人通信网络结构(c)使用星际链路将同一轨道结构的卫星相互连接。系统仍然需要一个

4、信息站来执行某些网络功能，但是对此已经产生了依赖。移动用户之间的呼叫传输延迟取决于由卫星和星际链路组成的空气主干网络路由选择。铱系统利用该结构体系为移动用户提供服务。卫星移动通信系统网络结构继续5，在ETSI推荐的卫星个人通信网络结构(d)中，使用了建立为双卫星网络的混合星座结构。静止轨道卫星使用星际链路进行互连，使用IOL:Inter-OrbitLinks与静止轨道数据中继卫星进行互连。移动用户之间的呼叫传输延迟等于两个静止轨道卫星反冲延迟加上从静止轨道卫星到静止轨道卫星的一跃点延迟。该结构需要至少3个地球同步轨道中继卫星，以确保地球同步轨道卫星的全球互连。，卫星移动通信系统网络结构继续6，

5、系统空间段空间段提供网络用户和信道站之间的连接；宇宙段由一个或多个卫星星座组成，每个星座包含一系列轨道参数和独立的卫星参数。空间分段轨道参数通常在系统设计的早期阶段根据指定服务范围的服务质量(QoS)要求确定。空间分段可以通过多种方式设计，具体取决于轨道类型和板载有效载荷使用的技术。卫星移动通信系统网络结构继续7，系统地面部分通常称为固定地球站FES，网络控制中心(NCC)和卫星控制中心(SCC)用户信息管理系统(CIMS)包括负责通道配置数据维护、系统计费完成、用户计费生成和通话详细信息记录的数据库系统。与新关站、网络控制中心、卫星控制中心合作，网络控制中心、卫星控制中心、用户信息管理系统称

6、为控制段，卫星移动通信系统网络结构继续8，系统地面部队新关站通过本地交换将系统卫星网络(空间段)提供给地面现有核心网络(例如公用电话交换网PSTN和公用移动网络PLMN)的固定系统地面网络控制中心，也称为网络管理站(NMS)，连接到用户信息管理系统CIMS，将卫星资源管理、网络管理和控制相关逻辑功能按功能分为网络管理功能组和调用控制功能组。 网络管理功能组的主要任务是管理调用通信流的总体概述。系统资源管理和网络同步；操作和维护(OAM)功能；工作站信号链路管理；为拥塞控制用户的终端试点提供支持呼叫控制功能组的主要任务包括：公共信道信令功能；移动呼叫启动器通道选择；定义新关局的组成，继续卫星移动

7、通信系统网络结构10，系统地面团卫星控制中心监视卫星星座的性能，控制卫星的轨道位置。与卫星有效载荷相关的特殊调用控制功能也可以在卫星控制中心完成，根据功能，可分为卫星控制功能组和调用控制功能组卫星控制功能组的主要任务包括：生成并发送卫星有效负载和公用胶囊的命令。遥测信息的接收和处理；传输梁指向指令；轨道变更操作命令生成和发送执行距离修正调用控制功能组完成移动用户-移动用户调用的实时交换，卫星移动通信系统网络结构继续11，系统用户段用户段由各种用户终端组成；移动终端和便携式终端、5.1.1移动卫星通信系统的分类移动卫星通信系统根据用途分为两大类：海上移动卫星系统(MMSS)、航空移动卫星系统(A

8、MSS)和陆地移动卫星系统(LMSS)。MMSS主要用于改善海上救援工作，提高船舶使用效率和管理水平，提高海上通信业务和无线定位能力；AMSS主要用于改善飞机和地面之间乘务员和乘客的语音和数据通信。LMSS主要为使用卫星在陆地上移动的车辆和行人提供移动通信服务。移动卫星通信系统是按卫星的轨道(椭圆轨道、圆形轨道)和高度(高、中、低)，主要是四个通信系统：大椭圆轨道(HEO)、同步静止轨道(GEO)、中轨道(MEO)、低轨道(LEO)，第一个GEO移动卫星系统是军用卫星通信系统，利用美国通信卫星公司(COMSAT)的Marisat卫星进行卫星通信。20世纪70年代中期，为了加强海上船舶的安全保障

9、，国际电信联盟决定将l波段中的15351542.5MHz和1636.31644MHz分配给海上卫星通信业，向远洋船舶提供玛丽sat的部分能力。，5.2国际移动卫星通信系统(INMARSAT)，5.2.2INMARSAT系统配置1。提供海上移动卫星业务的INMARSAT系统提供海上移动卫星业务的INMARSAT系统主要由船舶局、海岸站、网络协调站、卫星和网络控制中心等组成，如图5-1所示。其中，卫星与船局之间的链路用于l波段，卫星与海岸站之间的银c或l双频操作，传输语音信号时的c波段，l波段用于用户电报、数据和分配信道。图5-1由提供海上移动卫星业务的INMARSAT系统组成，2 .提供陆地移动

10、卫星业务的INMARSAT系统INMARSAT标准a、b、c、D、D/D、M和mini-M系统都有可用作陆地的移动地球站。图5-2INMARSAT标准m系统的配置，3 .提供航空移动卫星业务的INMARSAT系统INMARSAT航空卫星通信系统主要提供由卫星、航空地球站和机载站(AES)三部分组成的飞机和地球站之间的地对空通信业务。如图5-3所示。卫星和航空地球站之间是c波段，卫星和机载站(AES)之间是l波段。航空地球局是卫星和地面公共通信网的接口，改造了陆地地球局。空降站是飞机上设置的移动地球站。INMARSAT航空卫星通信系统中的通道分为p、r、t和c通道，p、r和t通道主要用于数据传输

11、，而c通道可以传输语音、数据、传真等。图5-3区域移动卫星通信业务主要由静止轨道(GEO)移动通信卫星负责的inmarsat航空卫星通信系统。今后，GEO移动通信卫星将使用1216m口径天线生成200300个点光束，从而大大提高EIRP和G/T值，转发器将采用矩阵功率放大器技术，广泛采用板载处理技术，实现手持终端通信。5.3静止轨道区域移动卫星通信系统，GEO区域移动卫星通信系统仅需要一个卫星(最多需要一个备份星)。因此，建设周期或发射费用，或整个系统费用，比中低轨道全球移动卫星通信系统便宜得多。当前商业或建议的GEO区域移动卫星通信系统包括MSAT、Mobilesat、PRODAT、(ACe

12、S)和Thuraya。5.3.1北美移动卫星通信系统MSAT1。系统配置北美移动卫星通信系统(MSAT)是世界上第一个区域性移动卫星通信系统。1983年，Canada communication s(TMI)和American mobile satellite company(AMSC)将部署和运行此系统的两个卫星MSAT-1和AMSC的MSAT-1他们都使用美国huz公司最先进的HS-601卫星平台和加拿大speesa的有效负载相互备份这两颗星。MAST系统由卫星、门站、基站、中央控制站和移动站组成，如图5-6所示。图5-6MSAT系统配置，5.3.2亚洲蜂窝系统ACeS1。概述GEO卫星蜂

13、窝系统的目标通常有两个：为有限地区提供服务，支持手持通信。区域移动卫星通信建设对发展中国家具有特殊的意义，不仅为该地区提供移动通信业务，而且还可以通过低成本的固定终端满足广大稀事业地区的基本通信需求。如果要在这些地区部署地面通信网络，则在这些基础架构上需要的投资很多，周期长，业务密度低，经济上也不可取。2 .ACeS系统的组成ACeS系统是包括印度尼西亚等的东亚、东南亚和南亚的区域卫星移动通信系统。占地1100多万平方英里，拥有约30亿人口，为亚洲地区用户提供语音、传真、低速数据、互联网服务、全球漫游等服务。ACeS系统包括静止轨道卫星、卫星控制单元(SCF)、一个网络控制中心(NCC)、三个

14、接收站和用户终端。它采用了高级、成熟的核心技术，如高卫星EIRP值提供、板载处理和交换功能，以及网络控制和管理。，图5-7ACeS系统地面分段图，5.4.1概述低轨移动卫星通信系统是20世纪80年代末，基本想法是利用多个低轨卫星组成卫星星座，构成全球(或地区)移动通信系统。地面海拔一般为5001500公里，围绕地球运行的时间约为100分钟，重量通常不超过500公斤，这与GEO卫星通信系统不同。主要特征如下。5.4低轨道移动卫星通信系统，目前提出LEO卫星方案的大企业有8家。其中最具代表性的狮子座系统主要是铱系统、Globalstar系统、白羊座系统、低轨道卫星系统、Coscon系统，5.4.2

15、铱系统1。系统概述铱系统是1987年美国摩托罗拉(Motorola)提议的LEO移动卫星通信系统，与现有通信网络相结合，实现全球数字个人通信。设计思想不同于静止轨道移动卫星通信。使用成本高的大型同步卫星，而铱系统使用小型(2.3m1.2m米)相对简单的智能卫星，该卫星可以在多个商业化的车辆上发射。轨道很低(同步卫星高度的约1/47)，必须用很多卫星复盖地球。因此铱系统的主体是连接77颗小型卫星的网络。这些卫星构成了在780公里的地球上空绕7个极地轨道运行的星形星座。所有人造卫星都以相同的方向运行，穿越北极，一直运行到南极。围绕地球飞行的77个卫星与铱原子形状相似的77个电子围绕原子核运动，因此

16、该系统被命名为铱系统。该系统后来改进为以6个极地圆形轨道为中心的66个卫星，但仍使用原来的名字。轨道平面上分布着11个轨道运行卫星和1个备用卫星，轨道倾角为86.4，轨道高度为780公里。另一个改进是将原来单一卫星的37点光束增加到48个光束，使系统可以集中通信业务较多的地方的通信容量，并根据用户对语音或寻呼服务的特殊要求重新分配频道。此外，新的梁图可以减少干涉。铱系统卫星有卫星处理器和卫星之间的交换，与其他移动卫星通信系统不同，使用铱系统主要特征的星际链路，系统的性能得到了很大提高，系统的复杂性增加，增加了系统投资成本。铱系统市场主要位于商务旅行者、海事用户、航空用户、紧急支援、偏远地区。铱

17、系统设计的漫游不仅解决了卫星网络和地面蜂窝网络的漫游，还解决了地面蜂窝网络之间的交叉协议漫游，铱系统与其他移动卫星通信系统具有不同的特点。铱系统除语音业务外，还提供传真、数据、定位、寻呼等业务。现在，美国国防部是最大的用户。2 .系统配置铱系统主要由卫星星座、地面控制设施、关口站(提供与陆空中电话网络的接口的地球站)、用户终端等组成。图5-8(a)所示。图5-8铱系统(a)铱系统配置；(b)点梁保护层的结构；(c)铱星结构，1)空间段如上所述，铱系统空间段是包含66个低轨道智能小卫星的星座。66个卫星网络构成了可交换的数字通信系统。每个卫星可以提供48个点光束，重量为689公里，图5-8(b)显示了复盖了48个点光束的结构。图5-8(c)以3轴稳定5年寿命的铱星结构。每个卫星将卫星之间的相交链接连接到网络，包括在同一轨道平面上连接两个相邻卫星的前向和后向链接，以及最多四个轨道平面之间的