《衛(wèi)星通信與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)》課件-第8章

第8章GEO軌道衛(wèi)星系統(tǒng)8.1國際海事衛(wèi)星(INMARSAT)系統(tǒng)8.2瑟拉亞衛(wèi)星(Thuraya)系統(tǒng)8.3亞洲蜂窩衛(wèi)星(ACeS)系統(tǒng)8.4北美移動衛(wèi)星(MSAT)系統(tǒng)8.5TerreStar系統(tǒng)8.6本章小結(jié)

8.1國際海事衛(wèi)星(INMARSAT)系統(tǒng)

8.1.1系統(tǒng)簡介1979年,國際海事衛(wèi)星(INMARSAT)組織宣告正式成立,中國以創(chuàng)始成員國加入該組織。INMARSAT總部設(shè)在英國倫敦,主要是負(fù)責(zé)操作、管理、經(jīng)營INMARSAT系統(tǒng)的政府間合作機(jī)構(gòu),現(xiàn)已成為世界上唯一為海、陸、空用戶提供全球移動衛(wèi)星通信和遇險安全通信業(yè)務(wù)的國際組織。

INMARSAT系統(tǒng)主要由空間段、地面段和用戶終端組成,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。

圖8-1INMARSAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

8.1.2空間段

INMARSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)第一代于1982年投入使用,租用9顆衛(wèi)星。第二代于1990年投入使用,共4顆衛(wèi)星,第二代衛(wèi)星的容量為第一代的2.5倍。第一代和第二代均屬全球波束,并分別定位在太平洋、印度洋、大西洋東區(qū)和大西洋西區(qū)四個洋區(qū)。這些衛(wèi)星除了提供海上服務(wù)外,還可以為空中、陸地移動用戶電話、用戶電報、電子郵政、傳真和數(shù)據(jù)等提供服務(wù)。

第三代衛(wèi)星于1996年開始陸續(xù)發(fā)射5顆衛(wèi)星,其中1顆備用,其余4顆分別定點(diǎn)在印度洋區(qū)、大西洋東區(qū)、大西洋西區(qū)、太平洋區(qū)上空,無縫隙地覆蓋除南北極地區(qū)外的全球區(qū)域,具體分布如圖8-2所示。

圖8-2INMARSAT第三代在軌GEO衛(wèi)星位置圖

表8-1具體描述了INMARSAT第二代、第三代和第四代衛(wèi)星的參數(shù)性能。目前,第一代和第二代的在軌衛(wèi)星雖然還能工作,但只起備份作用,主要由第三代和第四代兩代衛(wèi)星提供國際海事衛(wèi)星通信服務(wù),其中第三代衛(wèi)星主要為B、C、D、M、MiniM、M4、F系列等類型終端提供服務(wù),第四代衛(wèi)星主要為BGAN、FleetBGAN、ISATPhone等類型終端提供服務(wù)。

8.1.3地面段

INMARSAT系統(tǒng)地面段主要有設(shè)在英國倫敦總部的衛(wèi)星控制中心SCC和操作控制中心OCC、遍布全球的跟蹤遙測指控站TT&C、通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站NCS以及地面關(guān)口站LES等。

衛(wèi)星控制中心SCC和操作控制中心OCC統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)操作中心NOC。NOC負(fù)責(zé)對整個INMARSAT通信網(wǎng)的運(yùn)營和管理。具體表現(xiàn)為:監(jiān)測、協(xié)調(diào)和控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有衛(wèi)星的操作運(yùn)行,同時對各地球站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)督,并協(xié)助網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站對有關(guān)運(yùn)行事務(wù)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

岸站CES是指設(shè)在海岸附近的地球站,歸各國主管部門所有,并歸它們經(jīng)營。它既是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的接口,又是一個控制和接續(xù)中心。其主要功能為:①對從船舶或陸

上來的呼叫進(jìn)行分配并建立信道;②信道狀態(tài)(空閑、正在受理申請、占線等)的監(jiān)視和排隊的管理;③船舶識別碼的編排和核對;④登記呼叫,產(chǎn)生計費(fèi)信息;⑤遇難信息監(jiān)收;⑥衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻率偏差的補(bǔ)償;⑦通過衛(wèi)星的自環(huán)測試;⑧在多岸站運(yùn)行時的網(wǎng)絡(luò)控制功能;⑨對船舶終端進(jìn)行基本測試。

8.1.4用戶終端

INMARSAT系統(tǒng)早期的標(biāo)準(zhǔn)移動終端主要有6種基本類型,即進(jìn)行海上/陸地業(yè)務(wù)的A、B、C、M、MiniM標(biāo)準(zhǔn)以及進(jìn)行航空業(yè)務(wù)的航空標(biāo)準(zhǔn)Aero。表8-2詳細(xì)給出了以上幾種終端標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)性能。

ISATPhone終端是INMARSAT于2007年7月推出的新的衛(wèi)星電話服務(wù),它的出現(xiàn)宣告了INMARSAT進(jìn)入手持和固定衛(wèi)星電話市場。新服務(wù)包括手持、固定和海用衛(wèi)星電話。該衛(wèi)星移動電話通過INMARSAT位于印度洋地區(qū)上空的第四代衛(wèi)星可在亞洲、非洲和中東地區(qū)獲得服務(wù)。

8.2瑟拉亞衛(wèi)星(Thuraya)系統(tǒng)8.2.1系統(tǒng)簡介Thuraya通信系統(tǒng)是由總部設(shè)在阿聯(lián)酋的Thuraya電信公司建立的區(qū)域性GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)覆蓋包括歐洲、北非、中非、南非大部、中東、中亞、南亞等140余個國家和地區(qū),約涵蓋全球1/3的區(qū)域,可以為23億人口提供衛(wèi)星移動通信服務(wù)。此系統(tǒng)可同時提供13750條雙向語音信道,能支持200萬用戶。Thuraya通信系統(tǒng)由三部分組成,即空間段、地面段和用戶終端,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖8-3所示。

圖8-3Thuraya衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

8.2.2空間段

Thuraya系統(tǒng)是地球同步移動衛(wèi)星系統(tǒng),擁有3顆衛(wèi)星,在軌使用的有Thuraya－2和Thuraya3兩顆衛(wèi)星。

Thuraya系統(tǒng)的每顆衛(wèi)星均配有高功率多點(diǎn)波束天線和移動通信有效載荷。結(jié)合新型的L頻段直徑為12.25m的收發(fā)公用天線和星上數(shù)字處理器,形成動態(tài)相控陣天線,在覆蓋區(qū)內(nèi)可產(chǎn)生300個點(diǎn)波束,其中覆蓋我國國內(nèi)和領(lǐng)海的大約為40個波束,提供和GSM兼容的移動電話業(yè)務(wù)。

8.2.3地面段

Thuraya系統(tǒng)地面段主要包括測控站和信關(guān)站兩部分。

測控站主要用于監(jiān)測和控制Thuraya衛(wèi)星。測控站包括的地面控制設(shè)備有三類:命令和監(jiān)視設(shè)備、通信設(shè)備,以及軌道分析和決策設(shè)備。命令和監(jiān)視設(shè)備負(fù)責(zé)監(jiān)視衛(wèi)星的工作

狀況,使衛(wèi)星達(dá)到規(guī)定的姿態(tài)并完成姿態(tài)保持。命令和監(jiān)視設(shè)備又可以分為衛(wèi)星操作中心(SOC)和衛(wèi)星有效載荷控制點(diǎn)(SPCP)。

SOC負(fù)責(zé)控制和監(jiān)視衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)和健康,而SPCP

負(fù)責(zé)控制和監(jiān)視衛(wèi)星的有效載荷。通信設(shè)備用于通過一條專用鏈路傳輸指令及接收空間狀態(tài)和流量報告。軌道分析和決策設(shè)備的主要功能是計算衛(wèi)星在空間的位置,并指示星上驅(qū)

動設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作,這主要是為了保持衛(wèi)星和地球的同步。

信關(guān)站的任務(wù)是提供Thuraya系統(tǒng)和PSTN/PLMN等多種網(wǎng)絡(luò)接口。它包括一個主信關(guān)站和多個區(qū)域性信關(guān)站:主信關(guān)站建在阿聯(lián)酋的阿布扎比,負(fù)責(zé)整個Thuraya系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理與控制,同時又是衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)的主數(shù)字交換中心;區(qū)域性信關(guān)站基于主信關(guān)站設(shè)計,可以根據(jù)當(dāng)?shù)厥袌龅木唧w需要建立和配置相應(yīng)的功能,可獨(dú)立運(yùn)作并且通過衛(wèi)星和其他區(qū)域信關(guān)站連接,提供區(qū)域性地面網(wǎng)絡(luò)的接入服務(wù)。

8.2.4用戶終端

Thuraya衛(wèi)星用戶終端是全球第一個整合了衛(wèi)星、GSM和GPS三種功能的衛(wèi)星系統(tǒng),可為用戶提供語音、傳真、數(shù)據(jù)、短信和GPS定位等衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)。

Thuraya系統(tǒng)的用戶終端包括手持、車載和固定終端等,提供商主要有休斯網(wǎng)絡(luò)公司和Ascom公司。

8.3亞洲蜂窩衛(wèi)星(ACeS)系統(tǒng)8.3.1系統(tǒng)簡介ACeS系統(tǒng)是全球第一個將衛(wèi)星與地面移動通信系統(tǒng)集成的系統(tǒng)。它以印度尼西亞的雅加達(dá)為基地,通過蜂窩狀點(diǎn)波束覆蓋了東南亞22個國家,包括中國、日本、新加坡、泰國、菲律賓、印度尼西亞、馬來西亞、印度和巴基斯坦等,它的覆蓋面積超過了2850萬平方公里,覆蓋區(qū)國家的總?cè)丝诩s為30億。ACeS系統(tǒng)組成包括空間段、地面段和用戶終端,其結(jié)構(gòu)如圖8-4所示。

圖8-4ACeS系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

8.3.2空間段

ACeS系統(tǒng)的空間段包括兩顆靜止軌道衛(wèi)星Garuda－1和Garuda－2。Garuda－1衛(wèi)星于2000年2月12日在哈薩克斯坦的拜科努爾由質(zhì)子火箭發(fā)射升空,定點(diǎn)在東經(jīng)123°的靜

止衛(wèi)星軌道位置上,初期運(yùn)行在傾角為3°的同步軌道上,三年多后重定位在赤道上空的對地靜止軌道位置上。Garuda2發(fā)射后作為Garuda1的備份,并擴(kuò)大覆蓋范圍。

Garuda衛(wèi)星裝有兩副12m口徑的L波段天線,每副天線包括88個饋源的平面饋源陣,用2個復(fù)雜的波束形成網(wǎng)絡(luò)控制各個饋源輻射信號的幅度和相位,從而形成140個通信點(diǎn)波束和8個可控點(diǎn)波束,覆蓋亞洲24個國家和地區(qū)。另外,還有1副3m口徑的C波段天線用于信關(guān)站和NCC之間通信。星上還裝有一個數(shù)字信號處理器,用于點(diǎn)波束形成和在不同點(diǎn)波束間進(jìn)行星上路由和交換。該系統(tǒng)可以同時處理11000路電話呼叫并能夠支持200萬用戶。

8.3.3地面段

ACeS系統(tǒng)的地面段由衛(wèi)星控制設(shè)備SCF、網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC和信關(guān)站三部分組成。

衛(wèi)星控制設(shè)備SCF有主用和備用各一套,分別位于印尼的巴坦島和菲律賓的蘇比克島。SCF主要用于對Garuda衛(wèi)星的控制,包括衛(wèi)星遠(yuǎn)程指令的傳輸、衛(wèi)星遙測和衛(wèi)星測距

數(shù)據(jù)的接收,并配合NCC進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)動態(tài)管理的數(shù)據(jù)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)控制中心NCC有主用和備用各一套,和SCF的主、備用站設(shè)在一起,用于處理用戶呼叫負(fù)荷,提供全網(wǎng)管理和資源分配,包括對衛(wèi)星信道和路由的監(jiān)視及動態(tài)控制,對衛(wèi)星頻率重復(fù)使用的控制,將衛(wèi)星資源動態(tài)分配給網(wǎng)關(guān),對網(wǎng)關(guān)的監(jiān)視和控制,監(jiān)視所有話務(wù)信道、信令信道、用戶狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況,網(wǎng)絡(luò)定時和同步的產(chǎn)生等。NCC還包括用戶管理信息系統(tǒng),用于管理關(guān)口站運(yùn)營、計費(fèi)和提供用戶數(shù)據(jù)管理。

ACeS信關(guān)站提供ACeS系統(tǒng)和PSTN/PLMN網(wǎng)絡(luò)之間的接口,并對各個國家或地區(qū)所屬的ACeS用戶進(jìn)行管理。信關(guān)站主要有天線/射頻分系統(tǒng)、通信信道/控制器分系統(tǒng)、信關(guān)站管理分系統(tǒng)、移動和交換分系統(tǒng)。各分系統(tǒng)的主要功能如下:天線/射頻分系統(tǒng)完成信關(guān)站至衛(wèi)星之間饋電鏈路信息的發(fā)送和接收;通信信道/控制器分系統(tǒng)完成呼叫控制、資源管理、信道控制、信息編譯碼與調(diào)制解調(diào)等;信關(guān)站管理分系統(tǒng)完成移動設(shè)備管理、移動用戶管理、網(wǎng)絡(luò)操作與控制等;移動和交換分系統(tǒng)完成信息交換和信令處理;等等。

8.3.4用戶終端

ACeS系統(tǒng)主要提供兩類終端:手持用戶終端和固定終端。其工作頻率為:發(fā)射1525~1559MHz,接收1626.5~1660.5MHz。

典型的手持終端是ACeSR190,支持用戶在運(yùn)動中通信,可以在ACeS衛(wèi)星模式和GSM900模式之間自由切換。

固定終端有ACeSFR190,主要應(yīng)用于海洋、湖泊的船只,由主處理單元和室外的天線組成,可以在偏遠(yuǎn)地區(qū)提供方便的連接。

8.4北美移動衛(wèi)星(MSAT)系統(tǒng)

8.4.1系統(tǒng)簡介北美移動衛(wèi)星通信MSAT系統(tǒng)是加拿大經(jīng)營的第一顆衛(wèi)星。1983年,加拿大通信部和美國宇航局達(dá)成協(xié)議,聯(lián)合開發(fā)北美地區(qū)的衛(wèi)星移動業(yè)務(wù),由美國移動衛(wèi)星通信公司和加拿大移動衛(wèi)星通信公司負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的實(shí)施和運(yùn)營。MSAT系統(tǒng)使用多個高增益點(diǎn)波束天線,覆蓋加拿大和美國本土,以及夏威夷、墨西哥及加勒比群島。

MSAT主要提供兩大類業(yè)務(wù):一類是公眾通信的無線業(yè)務(wù),另一類是面向?qū)Ｓ猛ㄐ诺膶Ｓ猛ㄐ艠I(yè)務(wù)。具體可以分為6種:實(shí)現(xiàn)移動的陸上車輛、船舶或飛機(jī)同公眾電話交換網(wǎng)

互連起來的語音通信;實(shí)現(xiàn)用戶移動終端與基站之間的雙向語音調(diào)度;移動電話業(yè)務(wù)和移動無線電業(yè)務(wù)結(jié)合起來的雙向數(shù)據(jù)通信;為了安全或其他目的的語音和數(shù)據(jù)通信的航空業(yè)

務(wù);在人口稀少地區(qū)在固定的位置上使用可搬移的終端為用戶提供電話和雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等;尋呼業(yè)務(wù)。

MSAT系統(tǒng)由衛(wèi)星、中心測控站、關(guān)口站、基站和移動終端組成。

8.4.2空間段

MSAT空間段包括2顆衛(wèi)星,分別是加拿大移動衛(wèi)星通信公司的MSAT1和美國移動衛(wèi)星通信公司的MSAT2,兩顆衛(wèi)星分別定點(diǎn)于西經(jīng)101°和106.5°的靜止軌道,兩星互為備份。衛(wèi)星使用兩種波段,與移動衛(wèi)星終端相通的部分使用L波段,與網(wǎng)絡(luò)控制中心、關(guān)口站或基站相通的部分使用Ku波段。由于沒有星上交換功能,兩個移動終端之間不能直接互連,需要通過兩跳衛(wèi)星鏈路,時延較大。

8.4.3地面段

MSAT地面段包括中心測控站、關(guān)口站和基站。

中心測控站由兩部分組成,即衛(wèi)星控制部分和網(wǎng)絡(luò)控制部分。衛(wèi)星控制部分負(fù)責(zé)衛(wèi)星的測控;網(wǎng)絡(luò)控制部分完成整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和管理,包括信道分配、呼叫記錄、計費(fèi)等。

關(guān)口站提供與公共電話網(wǎng)的接口,使衛(wèi)星移動用戶可以與固定用戶之間相互通信。

基站是衛(wèi)星系統(tǒng)與專用調(diào)度網(wǎng)的接口,使各調(diào)度中心通過基站進(jìn)入衛(wèi)星系統(tǒng)對用戶進(jìn)行調(diào)度管理。

8.4.4用戶終端

用戶終端包括固定終端與車載、機(jī)載和船載移動終端。

8.5TerreStar系統(tǒng)

8.5.1系統(tǒng)簡介TerreStar系統(tǒng)由位于美國弗吉尼亞州的TerreStar網(wǎng)絡(luò)公司負(fù)責(zé)測控和運(yùn)行,是世界上第一個支持地面網(wǎng)級別手持機(jī)的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),覆蓋范圍為美國及其沿海地區(qū),主要為美國和加拿大兩國政府機(jī)構(gòu)、公共安保部門、農(nóng)村社區(qū)和商業(yè)客戶提供語音、數(shù)據(jù)和視頻等移動多媒體通信服務(wù)。

8.5.2空間段

TerreStar系統(tǒng)目前擁有一顆在軌GEO衛(wèi)星TerreStar1,于2009年7月1日在法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空。衛(wèi)星主體呈四方體,直徑約2.5m,長約8-m,重達(dá)6910kg,現(xiàn)有的500余個波束可以覆蓋整個美國以及附近沿海地區(qū)。

8.5.3地面段

TerreStar系統(tǒng)的地面段由衛(wèi)星測控中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心、信關(guān)站、地面輔助單元以及其他地面網(wǎng)絡(luò)組成。衛(wèi)星測控中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心和信關(guān)站通過Ku頻段與衛(wèi)星通信。衛(wèi)星測控中心和網(wǎng)絡(luò)控制中心一起部署在弗吉尼亞州,用于管理和控制衛(wèi)星本身和系統(tǒng)整個網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行。信關(guān)站則提供TerreStar系統(tǒng)與其他包括PSTN/PLMN等電信網(wǎng)絡(luò)間的接口。

8.5.4用戶終端

TerreStar系統(tǒng)的用戶終端主要是GENUS智能手機(jī),相比其他衛(wèi)星移動通信終端更加輕便,在無外置天線情況下支持采用GMR13G標(biāo)準(zhǔn)與衛(wèi)星直接通信,上下行載