卫星接入系统

王毅
　　卫星接入系统其最大特点是利用卫星通信的多址传输方式。为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务，是陆地移动通信系统的扩展和延伸，在边远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具有独特的优越性。卫星接入按应用范围来分，可分为海事移动卫星接入系统，航空移动卫星接入系统和陆地移动卫星系统。

　　海事移动卫星接入系统能够改善海上救援工作，提高船舶使用效率和管理水平，增强海上通信业务和无线电定位能力。

　　航空移动卫星接入系统能够在飞机与地面之间为机组人员和乘客提供话音和数据通信。陆地移动卫星接入系统主要是利用卫星为行驶在陆地上的车辆提供通信。

　　按照系统采用的技术来分，可分为静止轨道卫星接入系统、中轨道卫星接入系统和低轨道卫星接入系统。静止轨道卫星接入系统其技术成熟，成本相对较低。低轨道卫星接入系统具有传输时延短、路径损耗小、易实现全球覆盖及避开了静止轨道的拥挤等优点。中轨道卫星接入系统则兼有上述两种系统的优缺点。

　　一、卫星接入的技术

　　1．空间段技术

　　卫星接入系统采用的空间段技术随着时间的推移不断改进，表现在卫星星体的重量、功率和尺寸不断增大，寿命不断延长。而且星上通信设备和功能日趋复杂和完善，通信能力不断增强，主要表现在下列几点：

　　（1）卫星转发器数目增多，从最少1个增加到48个，而每个转发器的容量却从240路增加到24000路。

　　（2）使用频段从c段（6／4ghz）移向ku频段（14／12ghz或14／11ghz）。

　　（3）星上天线增多，从第四代卫星开始逐步形成由全球波束、半球波束、区域波束和点波束组成的多波束系统，频率再用次数增多。

　　（4）实现了星上波束交换。

　　2．地面段技术

　　由于固化器件、微电子技术、数字技术的发展，地球站中过去采用的超低温参量放大器、速调管或行波管放大器分别可用全固体化常温低噪声放大器和全固体化功率放大器来取代。再加上卫星功率的不断增大，因此地球站逐渐由大变小，由初期大而昂贵的30米天线地球站一直发展到目前天线不到1米的廉价小站。

　　3．组网技术

　　由于引入了多址接入方式，使卫星能够同时提供电话和电视业务。随着多址技术和星上交换技术的发展，允许更多的地球站可同时接入卫星，合理分配资源，除了点对点联网外，还可以实现一点对多点的广播式联网。还可根据需要组成星形结构和网状结构的网。

　　4．频率复用

　　在卫星接入中，通常采用两种办法来实现频率再用。一种办法是同一频带采用不同极化，如垂直极化和水平极化、左旋圆极化和右旋圆级化等；另一种办法是不同波束内重复使用同一频带，在多波束系统中广泛使用这一办法。

　　5．多址技术

　　多址技术是指系统内多个地球站以何种方式各占信道接入卫星和从卫星接收信号。目前实现的多址技术主要有频分多址（fdma）、时分多址和码分多址。

　　6．多波束和星上交换

　　为了提高频率利用率，成倍地扩大卫星容量，新的卫星都采用了多波束工作方式。多波束的优点是地面功率较强，使地球站设备简化，每个波束可以使用同一频率，互不干扰，实现频率多次再用，增加卫星的总容量。

　　随着多波束系统的引入，在tdma的基础上，又发展了星上交换时分多址（ss－tdma）技术，星上交换指在多波束卫星上采用动态接续矩阵进行波束交换。它可以按需要把相应的上行波束和下行波束互接起来，以满足各波束覆盖范围内所有地球站之间的通信需求。

　　二、卫星接入系统的构成

　　北美的msat卫星接入系统，是一种静止轨道移动卫星接入系统。它由卫星、关口站、基站、网路控制中心和移动站组成。由于移动站天线小，因而卫星每信道的功率一定要比固定卫星系统的大得多，然而又因为卫星可用带宽有限，能提供的信道数不多，卫星天线又较大，因此，对卫星功率的总要求并不大，估计约3000w。天线采用直径5米的可展开多波束天线，用它来覆盖美国、加拿大以及墨西哥。关口站提供与公众电话网的接口，使移动用户和固定用户之间可以互相通信。基站是卫星接入系统与专用调度中心的接口，各调度中心通过基站进入卫星接入系统对其车队进行调度管理，基站也可以是数据主站，对移动数据终端起主控作用。网路控制中心包含网路运行中心，其作用包括：提供系统频率基准、信道分配、网路性能监视、用户终端性能监视、切断有故障的用户终端、记录每一呼叫所用时间、带宽和功率、保持呼叫记录和计费。

　　三、卫星接入系统

　　1．prodat卫星接入系统

　　在欧洲宇航局的协调下，欧洲国家研制的prodat卫星接入系统包括海、陆、空三种形式的移动通信。它包括marecs卫星、prodat终端、网路管理中心及固定终端。

　　2．mobilesat卫星接入系统

　　澳大利亚的mobilesat系统包括移动终端、网路管理站、若干基站以及关口站。它将通过两颗aussat－b卫星来实现。卫星是一简单的中继站，卫星天线直径2米，用单一的波束覆盖澳大利亚大约90％的地区。网路管理站负责管理整个系统，并且对其他站提供适当的控制和信令信息。关口站是移动终端和地面公众网之间的主要接口。

　　3．inmarsat卫星接入系统

　　国际海事卫星通信系统（inmarsat）由船站、岸站、网路协调站和卫星组成。分布在大西洋、印度洋和太平洋上空的三颗卫星覆盖了几乎整个地球，并使三大洋地区的任何一点都能最佳地接入卫星。岸站是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有并由它们经营。它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接入中心。网络协调站是整个系统的一个重要组成部分。每一个海域设一个网路协调站。大西洋的站设在美国的southbury，太平洋的设在日本的ibaraki，印度洋的设在日本的namaguchi，负责整个系统运行的管理中心设在伦敦总部。船站即设在船上的地球站。海事卫星系统中对船站天线的稳定度要求较高。船站天线必须跟踪卫星，同时还要排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚、偏船的影响。

　　4．铱卫星接入系统

　　铱卫星接入系统的主体是由77颗小型智能卫星通过微波彼此互连而成的网络。由于这77颗卫星组成的星座结构形状非常类似于金属元素“铱”的原子结构形状，故而取名为铱卫星接入系统。铱系统由卫星星座、地面控制设施、关口站和用户单元组成。这些卫星在765公里的地球上空围绕7个极地轨道运行。每颗卫星在与地面用户终端及关口站进行通信的同时还与星座中其它卫星相互通信。铱系统是一种低轨道移动卫星通信系统。星座的管理由地面控制设施执行。各种重要功能如网路管理、轨道规划，异常状态分析及解决，以及链路的管理等都在此实施。关口站是提供铱系统和公众电话系统间接口的地球站。用户单元是为直接与上空卫星进行通信而设计的，它以便携式话音单元为基础规划了多种不同产品。

　　5．globalstar卫星接入系统

　　美国的globalstar系统是作为地面蜂窝移动通信系统和其它移动通信系统的延伸，与这些系统具有互可运行性。它由卫星星座、关口地球站、网控关口设备和网控中心组成。卫星星座包括48颗卫星，它们分布在8个轨道平面上，每平面6颗卫星。关口站与网控中心互连，也与公众电话网互连，负责与地面系统的接口，任一移动用户可通过卫星与最靠近它的关口站互连，并接入地面系统。在用户至卫星的链路和卫星至关口站的链路上采用码分多址（cdma）的方式。关口站通过网控关口设备与网控中心相连。控制中心与所有的数据库以及网络关口设备通信。网控中心和网控关口设备完成数据库管理、系统软件装载管理、计费和呼叫路由选择、接入管理与系统间控制等功能。设在美国的网控中心为lqss（loralqualcommsatelliteservices）公司所有并经营。每个国家都有自己的网控中心和网控关口设备，为本国用户服务。globalstar的用户可以选用单模式或双模式的移动终端。单模式终端只能在globalstar系统内使用、双模式终端既可以在内部使用，也可以在地面蜂窝系统或其它移动通信系统内使用。

　　四、卫星接入系统发展前景

　　移动卫星接入系统在不同的国家会有不同的服务面和不同的用户构成。移动卫星接入系统毕竟是比较昂贵的一种通信手段，在其初期主要是对费用高低不敏感的用户，如政府部门、石油和地质勘探及开发部门、体育探险队、豪华娱乐场所等的用户。其次是对费用高低较敏感、但确实需要的用户，如金融、保险、商贸、旅游、运输、渔业、航空等方面的用户。据国外预测，到2000年全世界的无线终端数超过两忆，移动卫星通信势必占有一席之地，inmarsat系统估计到2000年将有100～200万个手持机用户，铱系统则估计有180万用户。

摘自《中国计算机报》