衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用探究

朱駿 陳海波 趙鵬

摘 要：利用人造地球微信作為中繼站、轉(zhuǎn)發(fā)移動用戶與固定用戶之間的通信無線電波、達(dá)成兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間的移動通信目的，這就是衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本工作。最基本的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)所服務(wù)的對象就全面覆蓋了地球外空間段、地面段以及用戶段。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)本身兼顧多重功能，它的衛(wèi)星通信與移動通信功能強(qiáng)大，可保證做到實(shí)時、高效與靈活，通信質(zhì)量優(yōu)質(zhì)，目前被廣泛應(yīng)用于各個通信發(fā)展領(lǐng)域。文章主要探討當(dāng)前衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的各方面技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并對它在各個領(lǐng)域中的實(shí)際技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了簡單研究。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)狀；技術(shù)應(yīng)用

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)擁有強(qiáng)大的運(yùn)載火箭及地面、海上、空中移動裝備載體，它能夠?qū)崿F(xiàn)移動單兵作戰(zhàn)，有效擴(kuò)展移動衛(wèi)星通信的使用范圍與環(huán)境適應(yīng)性，常被應(yīng)用于民用及軍事領(lǐng)域中，擁有較高的實(shí)際應(yīng)用價值。

1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本組成

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的主要工作場合還是在空間段，它在空間段中會設(shè)立空間站，其中包括一個或多個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，他們都是通信中繼站，可為網(wǎng)絡(luò)用戶與空間站之間提供相互信息連接。而在地面上也建立了信關(guān)站、衛(wèi)星控制中心以及網(wǎng)絡(luò)控制中心，它們保證了整個通信網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)營。而用戶段則包含了各種類型的用戶終端，其中比較主要的是手持終端和移動終端，如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)組成示意

結(jié)合圖1及上文可以了解到，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)首先能夠在陸地、海面及空中甚至是太空移動，且它擁有地面蜂窩狀移動通信系統(tǒng)與常規(guī)化通信系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋無縫隙通信組網(wǎng)。另外，它的移動天線波束可在地面覆蓋區(qū)域變化時依然保持正確指向，即它具有全方向性天線波束[1]。

2 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)擁有多種分類方法，下文主要結(jié)合當(dāng)前該系統(tǒng)的發(fā)展分類對其技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

2.1 靜止軌道的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

如果按照全部通信衛(wèi)星軌道類型分類，可劃分為靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。以靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)為例，它僅僅通過3顆衛(wèi)星就實(shí)現(xiàn)對兩極之間所有地球區(qū)域的全面覆蓋，目前已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)的洲際性遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)。這種衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具有建設(shè)成本低、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，例如比較著名的亞洲蜂窩衛(wèi)星系統(tǒng)、天通一號衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)都是基于靜止軌道設(shè)置的。以下簡單介紹其中的亞洲蜂窩衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)以及舒拉亞衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

2.1.1 亞洲蜂窩衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

亞洲蜂窩衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)擁有ACeS系統(tǒng)，它是集合了美國、菲律賓、印度尼西亞、泰國等多國衛(wèi)星移動通信技術(shù)的跨國綜合技術(shù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)中擁有基本的衛(wèi)星控制站、網(wǎng)絡(luò)控制中心、網(wǎng)關(guān)以及用戶終端，還包括了特別的Garuda衛(wèi)星。在整個ACeS系統(tǒng)中就包含了4顆計(jì)劃發(fā)射的Garuda衛(wèi)星，他們的軌道位置不同、定位不同、所覆蓋的亞洲地區(qū)點(diǎn)波束也不同，但4顆衛(wèi)星總體覆蓋超過140個亞洲地區(qū)點(diǎn)波束點(diǎn)，為24個國家及地區(qū)服務(wù)，覆蓋面積超過3 000萬平方公里。

從它的應(yīng)用來看，它主要負(fù)責(zé)提供地方區(qū)域性衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)、GSM蜂窩電話功能（呼叫等待、呼叫轉(zhuǎn)移）等。我國約占到ACeS服務(wù)區(qū)域范圍的1/3，這說明在我國其系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用的潛在市場強(qiáng)大，目前它與中國通信衛(wèi)星公司的合作已經(jīng)走上正軌。

2.1.2 舒拉亞衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

舒拉亞衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)其空間段中擁有3顆地球同步軌道衛(wèi)星，其中每一顆衛(wèi)星都裝配了高功率、多點(diǎn)波束天線及移動通信有效載荷，其覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)擁有大量的數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)和蜂窩式語音節(jié)點(diǎn)。

目前該系統(tǒng)可為其服務(wù)區(qū)域范圍內(nèi)提供移動衛(wèi)星通信各項(xiàng)業(yè)務(wù)，其覆蓋范圍主要是歐洲，其中還包括了非洲、南亞以及大洋洲等117個國家及地區(qū)，目前它的服務(wù)范圍也擴(kuò)大到中國全境。作為目前全球上第一款創(chuàng)造性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，它其中就整合了包括GSM、GPS以及衛(wèi)星在內(nèi)的多種通信功能，其中它的GPS定位技術(shù)與智能衛(wèi)星電話技術(shù)已被我國所廣泛應(yīng)用。

2.2 全球星衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

全球星衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)來自于美國勞拉空間通信公司與高通公司，該系統(tǒng)中的經(jīng)典全球星系統(tǒng)就是“銥星系統(tǒng)”，如圖2所示。

圖2 全球星移動通信系統(tǒng)—銥星系統(tǒng)

銥星系統(tǒng)本身擁有48顆衛(wèi)星與6顆備用衛(wèi)星，它們平均分布在8個52°傾角軌道平面上，可實(shí)現(xiàn)對全球南北緯超過70°空間的全面覆蓋。該系統(tǒng)目前已經(jīng)應(yīng)用于全球的車載固定定位系統(tǒng)中，配合銥星系統(tǒng)采用全向天線可提高其定位質(zhì)量與語音信息傳輸質(zhì)量。我國是從2000年開始引入并使用這一技術(shù)服務(wù)內(nèi)容的，它目前在我國所采用的是星際鏈路結(jié)構(gòu)，通過星際鏈路接入國內(nèi)地面共用網(wǎng)，再配合地面網(wǎng)實(shí)現(xiàn)全球移動衛(wèi)星通信過程，被廣泛應(yīng)用于包括非可再生/可再生資源開采、科考、水利、運(yùn)輸、公安邊防以及海上作業(yè)等行業(yè)領(lǐng)域[2]。

3 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用

當(dāng)前衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用范圍廣、可應(yīng)用類型多，下文主要圍繞它在全球的各個領(lǐng)域應(yīng)用展開簡要探究。

3.1 民用領(lǐng)域的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用

首先，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)在民用領(lǐng)域應(yīng)用較多，它可為全球范圍內(nèi)的人們提供個人通信業(yè)務(wù)，保證全球通信暢通。同時它可提供搶險救災(zāi)與應(yīng)急救援服務(wù)，通過遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)對各種交通工具的有效調(diào)度使用，這提高了它在民用領(lǐng)域應(yīng)用的便捷性。就以我國為例，在某些地區(qū)遭遇地震、颶風(fēng)、洪水、泥石流等破壞性較大的災(zāi)難時，地方區(qū)域有線網(wǎng)絡(luò)必然癱瘓，此時就要利用到遠(yuǎn)程衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，通過它實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)定位，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線信息傳遞、多方位動態(tài)圖像實(shí)時傳輸、語音溝通以及高清視頻會議等。它保證了人類在遭遇大型災(zāi)害事故時還能實(shí)現(xiàn)全過程、全方位、全時間的應(yīng)急通信交流。所以縱觀全球，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)已經(jīng)朝著遠(yuǎn)程應(yīng)急通信的發(fā)展方向快速發(fā)展。

3.2 交通領(lǐng)域的現(xiàn)代化技術(shù)應(yīng)用

在交通領(lǐng)域，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)所發(fā)揮的作用更大。例如它針對空中交通的管制作用非常明顯，可在地面上就實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)與地面站之間的地對空通信業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)航班導(dǎo)航、通信導(dǎo)航以及空中交管調(diào)制。目前隨著衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)服務(wù)范圍的擴(kuò)大，即使航班飛行到荒野、海洋上空依然可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信聯(lián)系，通過控制中心的雷達(dá)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)就能隨時隨地傳遞航空數(shù)據(jù)與語音通信數(shù)據(jù)，切實(shí)保證日常航行中對通信機(jī)制的有效控制與緊急信息溝通。所以在利用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)后，空中交通管制工作的整體操作效率有所提高[3]。

4 結(jié)語

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具有極強(qiáng)的機(jī)動性與極大的覆蓋范圍，它的應(yīng)用可靠性良好且傳輸效率相當(dāng)之高。在未來，它的多種功能融合發(fā)展必然會將衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)終端服務(wù)與導(dǎo)航定位服務(wù)項(xiàng)目發(fā)展推上新高度。同時在全球范圍內(nèi)，像天地一體化組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建就希望實(shí)現(xiàn)空間網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、互相補(bǔ)充與高效率技術(shù)協(xié)同，確保衛(wèi)星移動通信終端遍及全球、造福全人類。

[參考文獻(xiàn)]

[1]胡煜雪，張勇，郭達(dá)，等.低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)鏈路層設(shè)計(jì)[J].通信技術(shù)，2017（10）：2274-2278.

[2]童新海.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展及其應(yīng)用分析[C].北京：第9屆中國衛(wèi)星通信廣播電視技術(shù)國際研討暨新設(shè)備展示會論文集，2011：81-84.

[3]肖龍龍，梁曉娟，李信.衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2017（6）：1093-1100.