[科普中国]-高轨道地球卫星通信

简介

高轨道卫星通信业务的特征来源于使用位于赤道上方35800km的对地同步卫星开展通信业务的条件。在这个高度上，一颗卫星几乎可以覆盖整个半球，形成一个区域性通信系统，该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务，例如美国一颗卫星就可以覆盖美国大陆的连续部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各几百海里的近海地区。在GEO卫星系统中，只需要一个国内交换机对呼叫进行选路，信令和拨号方式比较简单，任何移动用户都可以被呼叫，无需知道其所在地点。同时，移动呼叫可以在任何方便的地点落地，不需要昂贵的长途接续，卫星通信费用与距离无关，它与提供本地业务的陆地系统的费用相近。当卫星对地面台站的仰角较大的时候（如在美国本土经度范围内，卫星对地面的仰角一般在20°～56°之间），移动天线具有朝上指向的波束，可以与地面的反射区分开，这样就可以几乎完全避免在陆地系统中常见的深度多径衰落。卫星信号因其仰角大，仅仅穿过树冠，从而使由枝叶引起的衰减降到只有几dB。

特点自本世纪60年代以来，人类已经将数以百计的通信广播卫星送入高轨道（GEO），在实现国际远距离通信和电视传输方面，这些卫星一直担当主角。但是，高轨道（GEO）卫星也存在一些问题：

（1） 自由空间中，信号强度反比于传输距离的平方。高轨道（GEO）卫星距地球过远，需要有较大口径的通信天线。

（2） 信号经过远距离传输会带来较大的时延。在电话通话中，这种时延会使人感到明显的不适应。在数据通信中，时延限制了反应速度，对于2001年台式超级计算机来说，半秒种的时延意味着数亿字节的信息滞留在缓冲器中。

（3） 轨道资源紧张。高轨道（GEO）卫星只有一条，相邻卫星的间隔又不可以过小，因为地球站天线分辨卫星的能力受限于天线口径的大小。在Ka频段（17～30GHz）为了能够分出2°间隔的卫星，地面站天线口径的合理尺寸应不小于66cm。按这样计算，高轨道（GEO）卫星只能提供180颗同轨道位置。这其中还包括了许多实用价值较差，处于大洋上空的位置。1

应用编辑北美卫星移动通信系统MSAT是世界上第一个区域性卫星移动通信系统。1983年，加拿大通信部和美国宇航局达成协议，联合开发北美地区的卫星业务，加拿大TMI公司和美国AMSC公司负责该系统的实施和运营。MSAT是加拿大经营的第一颗星，MSAT系统可服务于公众通信，又可以服务于专用通信。关口站通过有线环路与市话本地网相连，移动用户和固定用户之间的通信通过由网络控制中心分配的射频信道和关口站、市话本地网互连之后进行。

总的来说MSAT系统主要提供两大类业务：一类是公众通信的无线业务，另一类是面向专用通信的专用通信业务。具体可以分为以下6种：
移动电话业务：把移动的陆上车辆、船舶或飞机同公众电话交换网互连起来的语音通信。
移动无线电业务：用户移动终端与基站之间双向话音调度业务。
移动数据业务：可与移动电话业务或移动无线电业务结合起来的双向数据通信。
航空业务：为了安全或其它目的的话音和数据通信
终端可搬移的业务：在人口稀少地区在固定的位置上使用可搬移的终端为用户提供电话和双向数据业务
寻呼业务
MSAT系统的网络管理是分级实现的。在系统级上，网络操作中心负责全系统的管理和业务控制，包括数据库管理、用户信息服务、业务协调、航空安全优先业务的安排，以及向各网络控制中心提供使用的线路数量以及其频率。具体的线路中心是在网络控制中心实现的。每个网络控制中心管理一个或多个用户集团。每个用户集团包括一组移动用户以及其相应的链路站。这种分级管理的办法，可以各自独立地解决各用户集团内部的问题，使整体管理简单化。与此同时，系统操作中心仍可以优先调用下一级网络中的线路。
由移动终端到网络控制中心的信令通道采用随机地址方式，控制中心到移动用户的信令则采用点到多点连续数据包复用方式，当移动终端或链路站通过信令通道发出呼叫时，网络控制中心的网路管理选择呼叫信息，然后根据数据库提供的状态信息、允许的业务信息和配置信息等，选择两端的连接线路并确定业务的类型。频率指配信息通过信令信道传到两个端站，控制其频率合成器，把频率设置在指定的频道。当通信完毕后，网络管理器把线路归入空闲的通道备用、路由选择和地址区分选择上，还有一些特殊的考虑，例如单向呼叫、限定范围呼叫等。2