静止轨道

静止轨道(GEO)卫星系统
静止轨道卫星（GEO）移动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。

一、系统的组成
1、空间系统
由于移动天线终端尺寸小，在L频段每信道所需卫星辐射功率较固定卫星业务中相应的信道的功率为大，预计所需的卫星功率为3000W，天线直径约为5m，用多波束覆盖业务区。

这就要使每个信号选定从单一K 频段波束到所需L频段波束以及反向的接续路由。

K频段被划分几段，每段对应L频段的一个特定的点波束。

为解决以下两个难点：（1）每个L段上的业务无法精确预测，而且随时变化；（2）国内业务和国际业务的分配很复杂，也使得卫星移动通信系统业务的陆地、海上、空中三个部分的分配很困难，以便与本波束内业务取得一致。

但是，这里不存在L频段到L频段的路径。

2、地面系统
（1）卫星移动无线电台和天线
卫星移动无线电台和陆地移动无线电台的功能、复杂性。

部件数量和类型很相似，只是卫星移动无线电台使用5kHz信道间隔而不是25或30kHz。

电台话音、调度电话、数据、消息分组、定位、寻呼等都属于该卫星电话系统本身的功能，每个卫星移动电台都需要一个频率综合器，以便将他们调谐到所需的5kHz信道。

该系统还采用专用信令信道，以免系统在公共安全紧急救援期间饱和，并为天线的指向调整提供参
考。

信令信道在移动台从一个卫星波束进入相邻卫星波束时，为波束转换提供幅度参考电平。

为获得满意的话音质量以及邻星的频率再用，需要约13dBi的高增益天线。

天线的辐射图形可以是圆的或是椭圆的，在方位角上通过电动的机械方法实现调整。

也可以通过圆形阵列的切换达到近13dBi的增益。

（2）关口站、基站
地球站工作于K频段，由于卫星移动通信服务的基本结构是每载波单信道，所以关口站必须自动按网控中心从信令信道传来的指令调谐到
5kHz信道。

基站需要频率合成器，可以工作在固定信道。

这两种站都使用3.3m天线，但通信密度大的地区的关口站需要较大的天线。

关口站应有足够的容量，以免阻塞；还要有足够备份以保证高的可用性。

一个出故障的关口站将被旁路，这时呼叫由相邻的关口站临时转接。

二．几种典型的静止轨道卫星移动通信系统
1.国际海事卫星(Inmarsat)系统
最早的GEO卫星移动系统，由美国通信卫星公司（COMSAT）利用Marisat卫星进行卫星通信，是一个军用卫星通信系统。

70年代中期为增强海上船只的安全保障，将部分内容提供给远洋船只使用。

1982年形成了以国际海事卫星组织（Inmarsat）管理的Inmarsat 系统，开始提供全球海事卫星通信服务。

1985年对公约作修改，决定把航空通信纳入业务之内，1989年又决定把业务从海事扩展到陆地。

目前它已经是一个有72个成员国的国际卫星移动通信组织，控制着135个国家的大量话音和数据系统。

中国交通部和中国交通通信中心分布代表中国参加了这个组织。

Inmarsat 系统由船站、岸站、网络协调站和卫星组成。

下面简要介绍各部分的工作特点：
（1）．卫星
分布在大西洋、印度洋和太平洋上空的3颗卫星覆盖了几乎整个地球，并使三大洋的任何点都能接入卫星，岸站的工作仰角在5°以上。

（2）．岸站
岸站（CES）是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有，并归它们经营。

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。

（3）．网路协调站
网路协调站（NCS）是整个系统的一个组成部分。

每一个海域设一个网路协调站，它也是双频段工作。

（4）．船站
船站（SES）是设在船上的地球站。

在海事卫星系统中它必须满足：（1）船站天线满足稳定度的要求，它必须排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚和偏航的影响而跟踪卫星；（2）船站必须设计的小而轻，使其不至于影响船的稳定性，同时又要设计的有足够带宽，能提供各种通信业务。

（5）．系统工作
在Inmarsat 系统中基本信道类型可分为：电话、电报、呼叫申请（船至岸）和呼叫分配（岸至船）。

Inmarsat 系统规定在船站与卫星之间采用L频段，岸站与卫星采用双重频段，数字信道采用L频段，FM信道采用C频段，因此对于C频段来说，船站至卫星的L频段信号必须在卫星上变频为C频段信号再转发至岸站，反之亦然。

2.Thuraya系统
Thuraya系统是一个由总部设在阿联酋阿布扎比的Thuraya卫星通信公司建立的区域性静止卫星移动通信系统。

Thuraya系统的卫星网络覆盖包括：欧洲、北非、中非、南非大部、中东、中亚、南亚等110个国家和地区，约涵盖全球1/3的区域，可以为23亿人口提供卫星移动通信服务。

该系统终端整合了卫星、GSM、GPS三种功能，向用户提供语音、短信、数据（上网）、传真、GPS定位等业务。

（1).Thuraya系统的空间段
Thuraya系统的空间段由三颗相同的静止轨道卫星（Thuraya-1、Thuraya-2和Thuraya-3）组成。

Thuraya卫星是非常先进的大型商用通信卫星，采用双体稳定技术，设计寿命12年，在轨尺寸为34.5m×17m。

(2)Thuraya系统的地面段
Thuraya系统地面段通过一个同时融合GSM、GPS和大覆盖范围的卫星网络向用户提供通信服务，在覆盖范围内移动用户之间可以实现单跳通信。

地面段的规模包括：175万个预期用户、13750条卫星信道、一个主信关站和多个区域性信关站，主信关站建在阿联酋的阿布扎比。

区域性信关站基于主信关站设计，可以根据当地市场的具体需要建立和配置相应的功能，独立运作并且通过卫星和其他区域信关站连接，提供和PSTN/PLMN的多种接口。

卫星的地面控制设备可以分为三类：命令和监视设备、通信设备，以及轨道分析和决策设备。

命令和监视设备负责监视卫星的工作状况，使卫星达到规定的姿态并
完成姿态保持。

命令和监视设备又可以分为卫星操作中心(SOC)和卫星有效载荷控制点(SPCP)。

SOC负责控制和监视卫星的结构和健康，而SPCP负责控制和监视卫星的有效载荷。

轨道分析和决策设备的主要功能是计算卫星在空间的位置，并指示星上驱动设备进行相应的操作，这主要是为了保持卫星和地球的同步。

通信设备用于通过一条专用链路传输指令及接收空间状态和流量报告。

(3)Thuraya系统的用户段
Thuraya系统的双模（GSM和卫星）手持终端，融合了陆地和卫星移动通信两种服务，用户可以在两种网络之间漫游而不会使通信中断。

Thuraya系统的移动卫星终端包括手持、车载和固定终端等，提供商主要有休斯网络公司和Ascom公司。

(4)Thuraya系统的主要技术指标
Thuraya系统能够通过手持机提供GSM话质的移动话音通信以及低速数据通信。

12.25m口径卫星天线：可以产生250~300个波束，提供和GSM兼容的移动电话业务。

星上数字信号处理：实现手持终端之间或终端和地面通信网之间呼叫的路由功能，便于公共馈电链路和点波束用户链路互联
数字波束成形功能：能够重新配置波束覆盖，扩大波束也可以形成新的波束，实现热点区域的最优化覆盖，可以灵活地将总功率的20%分配给任何一个点波束。

系统能够同时提供13750条双工信道，包括信关站和用户之间、用户之间的通信链路。

(5)Thuraya系统的业务
Thuraya系统提供话音、低速数据和导航业务，具体为：GSM音质的话音通信，9.6kbit/s的数据和传真，标准的二代GSM业务以及增强业务。

语音：卫星语音通话功能（GSM音质，MOS分高于3.4）；语音留言信箱服务；WAP服务。

传真：ITU-T G3标准传真。

数据：作为调制解调器，连接PC进行数据传送，速率为2.4/4.8/9.6 kbit/s。

短信：增值的GSM短信息服务。

定位：内置GPS，提供卫星定位导航，提供距离和方向服务，定位精度100米。

3.亚洲蜂窝卫星ACeS系统
亚洲蜂窝卫星ACeS系统是一个由印度尼西亚等国建立起来的，覆盖东亚、东南亚和南亚的区域卫星移动通信系统。

它的覆盖面积超过了1100万平方英里，覆盖区国家的总人口约为30亿。

ACeS系统是世界上第一个将卫星与地面移动通信系统集成的系统。

(1).ACeS系统的空间段
ACeS系统的空间段包括两颗静止轨道卫星Garuda-1和Garuda-2。

Garuda-1卫星于2000年2月12日在哈萨克斯坦的拜科努尔由质子火箭发射升空，定点在东经123°的静止卫星轨道位置上，初期运行在倾角为3°的同步轨道上，三年多后重定位在赤道上空的对地静止轨道位置上。

Garuda-2发射后作为Garuda-1的备份，并扩大覆盖范围。

空间段可以同时处理1.1万路电话呼叫并能够支持200万用户。

Garuda卫星装有两副12m口径的L波段天线，每副天线包括88个馈源的平面馈源阵，用2个复杂的波束形成网络控制各个馈源辐射信号的幅度和相位，从而形成140个通信点波束和8个可控点波束，点波束覆盖如下图所示。

另外，还有1副3m口径的C波段天线用于信关站和NCC之间通信。

(2)ACeS系统的地面段
ACeS系统的地面段由卫星控制设备、网络控制中心和信关站三部分组成。

卫星控制设备(SCF)位于印度尼西亚的雅加达，包括用于管理、控制和监视Garuda卫星的各种硬件、软件和其他设施。

网络控制中心(NCC)和卫星控制设备安置在一起，管理卫星有效载荷资源，管理和控制ACeS整个网络的运行。

ACeS信关站提供ACeS系统和PSTN、PLMN网络之间的接口，使得其用户能够呼叫世界上其他地方的其他网络的用户。

每一个信关站都提供独立的基于卫星和GSM网络的服务区，用户在本地信关站注册，外地用户可以从其他AceS信关站或GSM网络漫游到该信关站。

每一个信关站通过一个21m的天线和卫星建立链路。

(3)ACeS系统的用户段
ACeS系统主要提供两类终端：手持用户终端和固定终端。

典型的手持终端是ACeS R190，支持用户在运动中通信，可以在ACeS卫星模式和GSM900模式之间自由切换。

固定终端有ACeS FR-190，由主处理单元和室外的天线组成，可以在偏远地区提供方便的连接。

(4)ACeS系统的业务
ACeS系统能够向亚洲地区的用户提供双模（卫星、GSM900）的话音、传真、低速数据、因特网服务以及全球漫游等项业务。

(5)ACeS系统的关键技术
Thuraya系统和ACeS系统共同的特点都是通过GEO卫星向手持终端用户提供移动通信，为了实现这一目标，它们都采用了先进和成熟的技术，其关键技术主要有：
1). 提供高的卫星EIRP值：这是能在低增益的手持机之间实现移动通信的关键。

它们的卫星都是大型的通信卫星，卫星有效载荷信号的发射功率都在10kW以上，同时卫星均采用多波束天线，采用数字波束成形技术，可以动态调整覆盖区域和根据需要重新分配容量和功率。

Thuraya系统的每颗卫星有250~300个点波束，ACeS系统卫星也具有140个通信点波束。

通过这些技术显著提高了卫星发射信号的强度，即使用户处于弱信号区域，比如在建筑物内，也能正常接收卫星信号进行通信。

2) .先进的星上处理和交换功能：强大的数字信号处理器集成了多波段信道功能。

使卫星能同时处理上万个电话业务，提供几千路信道。

卫星具有星上选路和交换功能。

每一路来自用户的呼叫都能从距离最近的信关站到达被呼叫者。

由于卫星具有交换功能，移动用户终端可以直接通过卫星通信而不需要信关站中继，减小了通信时延以及回声的影响。

3). 网络控制和管理：网络控制和管理由地面段的各个部分负责协调共同完成。

卫星测控中心及相应的测控网络负责保持、监视和管理卫星的轨道位置、姿态和工作状态；网络控制中心负责处理用户登记、身份认证、计费和其它的网络管理功能；信关站负责呼叫处理、交换以及和地面通信网的接口等。

三. 总结
静止轨道(GEO)卫星系统有着许多的优点：1.单颗卫星能够覆盖地球表面积的42.2%；2.相对地面静止，不存在切换；3.多普勒频移小；4技术相对成熟简单、投资相对小、运行维护方便等。

但是由于同步轨道日益拥挤，延迟较高，还有向高纬度地区用户、特定地形和存在较多建筑物的城市区域提供手持机业务较困难，支持手持机所需的卫星较大，技术复杂、发射困难，风险较大，两极附近有盲区，发生日凌中断和星蚀现象时系统会中断，且只有一颗卫星，一旦受干扰或者发生故障，整个系统就会瘫痪等等这些缺点，使得GEO在许多方面受到了限制，故而会有中轨道(MEO)和低轨道(LEO)卫星系统的发展，也使得卫星移动通信
系统更加的健全。