用天通一號(hào)說(shuō)說(shuō)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及應(yīng)用
用天通一號(hào)說(shuō)說(shuō)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成及應(yīng)用
文 | 楊廷卿 、林善亮?
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前 言
通信是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)信息溝通交流的必須手段， 隨著通信技術(shù)的不斷演變、進(jìn)步，以無(wú)線電為代表的通信技術(shù)改變了人類(lèi)的生活方式。衛(wèi)星移動(dòng)通信相對(duì)于傳統(tǒng)地面移動(dòng)通信系統(tǒng)，具有不受地理環(huán)境限制、信號(hào)覆蓋范圍廣、容量大等優(yōu)點(diǎn)，利用衛(wèi)星通信的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足用戶(hù)在偏遠(yuǎn)山區(qū)、海洋和高原等區(qū)域通信的需求。
2018 年 5 月 25 日，中國(guó)電信“天通一號(hào)衛(wèi)星移動(dòng)通信”面向青海商用市場(chǎng)正式放號(hào)， 標(biāo)志著進(jìn)入到衛(wèi)星移動(dòng)通信的手機(jī)時(shí)代。（衛(wèi)網(wǎng)君注：1月20日0時(shí)25分，天通一號(hào)03星成功發(fā)射，標(biāo)志著我國(guó)自主可控的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)亞太區(qū)域覆蓋。）天通一號(hào)作為大容量的地球同步移動(dòng)通信衛(wèi)星，可以為個(gè)人、移動(dòng)的車(chē)輛、船舶、飛機(jī)等用戶(hù)提供短信、語(yǔ)音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)終端可以做到便攜、小型化或者手持。
01
衛(wèi)星移動(dòng)通信特點(diǎn)
衛(wèi)星移動(dòng)通信是地面移動(dòng)通信的有效補(bǔ)充， 具有通信容量大、覆蓋距離遠(yuǎn)、傳輸質(zhì)量高及實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”等特點(diǎn)。
（1）通信容量大：衛(wèi)星的容量目前最高超過(guò) 300 Gbps，能為幾萬(wàn)路話音及幾百個(gè)視頻信道提供服務(wù)。
（2）覆蓋距離遠(yuǎn)：一顆地球同步軌道通信衛(wèi)星可覆蓋地球表面的 40%，理論上3顆地球同步軌道衛(wèi)星即可覆蓋全球。地面兩點(diǎn)的通信距 18 000 km 左右， 它能覆蓋目前地面移動(dòng)通信難以覆蓋到的區(qū)域，如廣闊的海洋、沙漠，且覆蓋區(qū)域內(nèi)所有地球站均能通過(guò)同一個(gè)衛(wèi)星進(jìn)行相互通信。
（3）傳輸質(zhì)量高：由于衛(wèi)星通信電波一般在大氣層以外的宇宙空間傳播，不像短波通信容易受到電離層的影響，受自然和環(huán)境的因素影響較小，因此道條件比較好，傳輸質(zhì)量高，衛(wèi)星通信正常運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá) 99.8％以上。
（4）實(shí)現(xiàn)“動(dòng)中通”：移動(dòng)衛(wèi)星用戶(hù)多樣，移動(dòng)載體可以是飛行器、地面移動(dòng)裝備，海上移動(dòng)載體和移動(dòng)單兵，移動(dòng)用戶(hù) 可在移動(dòng)載體上集成了衛(wèi)星通信系統(tǒng)， 可實(shí)現(xiàn)載體在移動(dòng)中的不間斷通信。
當(dāng)然，衛(wèi)星移動(dòng)通信也存在一些需要改進(jìn)的地方：
①移動(dòng)終端由于要集成衛(wèi)星系統(tǒng)，那么終端的體積、功耗、重量均要受限制，另外天線尺寸及安裝也要受限移動(dòng)載體，手機(jī)終端的要求更嚴(yán)。
?② 傳輸時(shí)延大：用戶(hù)到衛(wèi)星的距離最大可達(dá)40 000 km， 電磁波雖然以光速傳輸， 以打電話的話， 由于兩個(gè)站的用戶(hù)都要經(jīng)過(guò)衛(wèi)星， 打電話者要聽(tīng)到對(duì)方的回答要至少等待 0.54 s，有“回聲效應(yīng)”。
③存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。同時(shí)用戶(hù)在移動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)移動(dòng)終端與衛(wèi)星之間的鏈路受阻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生陰影效應(yīng)，造成通信的阻斷。
02
2衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)組成
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)指的是通過(guò)人造地球衛(wèi)星， 轉(zhuǎn)發(fā)移動(dòng)用戶(hù)之間用于進(jìn)行通信的無(wú)線信號(hào)， 實(shí)現(xiàn)用戶(hù)之間的移動(dòng)通信。根據(jù)不同人造衛(wèi)星運(yùn)行的軌道，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)包括GEO（geostationary earth orbit， 簡(jiǎn)稱(chēng)高軌道衛(wèi)星或地球同步衛(wèi)星）衛(wèi)星系統(tǒng)與 LEO（low earth orbit，簡(jiǎn)稱(chēng)低軌道衛(wèi)星）衛(wèi)星系統(tǒng)，高軌道衛(wèi)星系統(tǒng)與低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)區(qū)別如表 1 所示。
表 1 高軌道與低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的區(qū)別
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)一般包括空間段、地面段及用戶(hù)段?？臻g段一般由多個(gè)衛(wèi)星組成， 在用戶(hù)與信關(guān)站之間起到中繼作用；地面段主要包括信關(guān)站、衛(wèi)星控制中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心及用戶(hù)信息管理系統(tǒng)，信關(guān)站通過(guò) PSTN 與電信運(yùn)營(yíng)商互聯(lián)。用戶(hù)段主要由用戶(hù)終端組成，包括移動(dòng)終端及手持終端。
“天通一號(hào)”系統(tǒng)由同步軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星、信關(guān)站及應(yīng)用系統(tǒng)統(tǒng)組成。衛(wèi)星引入了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的天線技術(shù)，集成多種信息處理功能。天通一號(hào)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，用戶(hù)波束在 S 頻段， 配置 1 付 15.6 m 收發(fā)共用的多波束天線和 2 付小口徑海域波束天線， 饋電波束在 C 頻段。覆蓋中國(guó)領(lǐng)土及領(lǐng)海。
天通一號(hào)衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)的核心部分是信關(guān)站， 信關(guān)站實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的接入、路由交換、應(yīng)用管理及業(yè)務(wù)支撐等功能。信關(guān)站包括衛(wèi)星接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)及支撐系統(tǒng)四部分構(gòu)成。
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的多址技術(shù)有 FDMA、TDMA、CDMA 和 OFDM。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用 CDMA 及 OFDM 接入方式。隨著衛(wèi)星和地面移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的逐漸融合的趨勢(shì)，研究基于 OFDM 的衛(wèi)星移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)對(duì)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)顯得尤為重要。
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)天線由簡(jiǎn)單天線、? 賦形天線到現(xiàn)在使
用較多的多波束成形天線。? 高軌道（GEO）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)主要使用多波束成形天線。利用波束成形天線，能提供頻譜復(fù)用效率，同時(shí)與多址接入技術(shù)的結(jié)合使用，能提高衛(wèi)星移動(dòng)通信的tf行通信能力。
衛(wèi)星主要起到傳輸中繼作用， 星上處理主要解決衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量、時(shí)延等問(wèn)題。星上交換技術(shù)主要通過(guò)數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)，實(shí)時(shí)性好、抗干擾性強(qiáng)，資源利用率高，但是該技術(shù)目前不是很成熟，但是一個(gè)趨勢(shì)，隨著星上處理交換技術(shù)的成熟，必定會(huì)在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)使用。
移動(dòng)用戶(hù)通過(guò)星間鏈路接入衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。星間鏈路技術(shù)擴(kuò)大了衛(wèi)星覆蓋范圍，同時(shí)能提高系統(tǒng)抗干擾能力。星間鏈路技術(shù)友微波通信和激光通信兩種方式。微信通信使用較廣，但不可能無(wú)限制地提高傳輸速率和傳輸容量。激光通信具有頻譜帶寬的優(yōu)點(diǎn)， 可以彌補(bǔ)微波通信不能無(wú)限制提高傳輸速率及容量的缺點(diǎn)，但是對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)控制要求高，衛(wèi)星姿態(tài)不穩(wěn)定，就可造成通信中斷的可能性。
03
衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)應(yīng)用
“天通一號(hào)”衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)支持星狀組網(wǎng)，用戶(hù)終端以單跳方式通過(guò)信關(guān)站訪問(wèn)地面網(wǎng)絡(luò)， 以雙跳方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)用戶(hù)終端之間的通信。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)提供對(duì)個(gè)人、車(chē)輛、飛機(jī)、船舶等用戶(hù)的話音、短信、傳真、數(shù)據(jù)回傳等通信業(yè)務(wù)，也可直接面向行業(yè)提供全天候的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)。具體的通信業(yè)務(wù)包括寬帶 WiFi 接入、LTE 中繼接入及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等。
04
總 結(jié)
衛(wèi)星移動(dòng)通信具有覆蓋范圍大、傳輸效率高、可靠性好等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于軍事及民用領(lǐng)域，成為通信領(lǐng)域不可或缺的一種手段。5G 是先進(jìn)通信技術(shù)的集大成者，代表地面移動(dòng)通信的最高水平，衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)與 5G 網(wǎng)絡(luò)的融合是一個(gè)趨勢(shì)。這賦予衛(wèi)星移動(dòng)通信巨大的市場(chǎng)推動(dòng)力。本文從衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn)出發(fā)，介紹了衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成、應(yīng)用， 期望能起到一定的借鑒作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]肖龍龍，梁曉娟，李 信.衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用[J].通信技術(shù)，2017，50（6）：1093-1100.
[2]肖 娜，駱 盼.自主衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在海上通信中的應(yīng)用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2017（10）：6-11.
本文轉(zhuǎn)載自“通信設(shè)計(jì)與應(yīng)用”，原標(biāo)題《衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)組成及應(yīng)用的探討》，文 | 楊廷卿 、林善亮?。
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