澳门新葡亰娱乐网址 澳门新葡亰手机版 卫星移动通信关键技术及进展

卫星移动通信关键技术及进展

研制历程

【嵌牛正文】:

结构特点研制历程使用情况结构特点

结束语

我国尚无自主研制与运营的卫星移动通信网络,目前主要通过租赁其他国家或组织的卫星移动通信系统来满足我国在生产生活、公共交通安全、
应急减灾等方面对卫星移动通信业务的需求。随着我国卫星技术水平的不断提高,综合国力的不断强大,应大力发展具有我国自主知识产权的卫星移动通信系统。考虑到卫星移动通信系统的设计、
研发和应用具有高风险、
高技术等特点,且我国在系统设计和实施方面尚欠缺相关经验,建议以“优先发展成本较低、
技术较简单、
易实施、易管理的卫星移动通信系统,根据我国业务应用特点对特定技术进行增强”
为原则,首先解决我国卫星移动通信系统的“有无”问题,填补我国卫星移动通信系统的空白。

参考文献

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使用情况

产业现状

卫星移动通信(MSS)是指以地面移动终端(特别是小型通信终端,含手机)为服务对象的卫星通信。它在移动地球站和通信卫星之间建立无线电通信链路,包括星间和星地链路。传统的卫星移动通信系统一般使用国际电信联盟(ITU)分配的L和S频段进行用户通信,提供话音和中低速率数据服务,常见应用包括手持卫星电话、卫星移动数字业务、固定资产跟踪、数据采集等等。此外,移动VSAT也是一种提供卫星移动通信服务的方式,目前对传统卫星移动通信产业形成了一定冲击。

作为一项重要的移动通信技术,卫星移动通信具有覆盖区域大、组网灵活、广播组播特性等优点,对地面网络设施依赖程度低,适用于作战指挥控制或救灾应急通信,但是由于技术和市场原因,与卫星固定通信和卫星广播相比,卫星移动通信的市场要小很多,整个产业发展的起伏也较大。

2010年,全球卫星通信业务产值达到1003亿美元,较2009年增长9%。而卫星移动通信业务产卫星应用值仅为23亿美元(包括基础服务和增值服务),较2009年增长了5%。其中,数据业务仍占产业收入主导地位,占总收入的3/4,是卫星移动通信产业发展的主要动力,而话音业务收入则持续下降,较2009年收入降低了9%。这也反映了市场需求向数据业务方向发展的趋势。

从基础业务角度来看,2010年卫星移动通信运营商总收入为13.8亿美元,较2009年增长8.8%。根据欧洲咨询公司的预测,未来10年基础业务,即容量批发业务的收入将以年均7%的速度增长,到2020年达到22亿美元。其主要驱动因素包括移动宽带服务、纵向市场发展、新兴地区性需求,以及下一代星座支持新的业务等等。

在地面终端方面,2010年卫星移动通信在用终端达到了210万台,包括宽带移动终端、手持设备、机器对机器(M2M)设备等。其中手持设备终端成本较高,主要面向专业用户,预计在2020年将达到100万台。M2M设备主要面向纵向市场,利用大量的终端部署来实现服务收入,预计2020年终端数量将达到600万台,但是纯设备销售收入将会逐年下降。宽带市场将是未来卫星移动通信产业发展的方向,在移动VSAT的竞争下,预计2020年卫星移动通信宽带终端数量将达到27万台,可产生10亿美元的服务收入。

总体来看,全球卫星移动通信产业产值远低于卫星固定业务(FSS)和卫星广播业务(BSS)产业,而且市场波动较大。在地面无线通信网络的强势冲击下,卫星移动通信市场规模有限,仅在地面网络不发达或无法覆盖的地区具有一定的竞争力,例如边远地区、航空和航海市场。同时,在新兴移动VSAT的竞争下,未来卫星移动通信产业的发展仍有一定的不确定性。

铱星系统,又称铱星计划,是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠卫星通信系统提供联络的全球个人通信方式,旨在突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局限,通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。铱星系统是由66颗由无线链路相连的卫星组成的一个空间网络。设计时原定发射77颗卫星,因铱原子外围有77个电子,故取名为铱卫星通信系统。后来又对原设计进行了调整,卫星数目改为66颗,但仍保留原名称。

卫星通信的关键技术

为能够有效提升卫星移动通信系统数据传输的实时性、高效性以及优质性,所使用的卫星平台必须具备调制解调、波束成型、星上交换、星载校准以及馈电链路数字处理等核心技术。下面就对卫星系统的关键技术进行详细分析:

星上处理技术

现阶段,卫星移动通信系统数据交换技术主要包括全透明转发、部分处理交换以及星上处理交换三种模式。其中透明转发(Bent
Pipe)卫星通信系统中,卫星转发器只完成信号放大和频率转换,基本上与信号形式无关,对协议是透明的。该项技术较为成熟、风险相对较低,但是需要合地面进行数据交换,因此信息传输的延时性较大;星上处理是卫星通信重要的技术之一,异步传输模式(ATM)是一种重要的星上交换处理模式,该技术实时性高、资源处理能力大、抗干扰能力强,但是由于技术发展时间较短,适用性和可靠性都不高。结合我国卫星技术的实际发展水平,以及社会发展对卫星移动通信系统需求,GEO卫星不宜采用难度较大的星上处理技术,但是在实际使用过程中,必须解决卫星通信传输的延时问题。

卫星天线技术

卫星移动通信系统的天线技术经历了从简单天线,标准圆或椭圆波束、赋形天线,多馈源波束赋形到反射器赋形以及为支持个人移动通信而研制的多波束成型大天线的发展道路。卫星天线技术适用于地球同步轨道卫星和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统,Aces亚洲蜂窝卫星装配有两副12米口径L波段天线,Thuraya瑟拉亚装配有12.25米口径天线,Inmarsat国际海事卫星装配有多波束天线。现阶段,卫星天线技术是提升高频谱利用率的最佳方式,通过天线波束成形、多点波束蜂窝结构和智能天线技术可以有效实现高密度、多重的频率再利用。

星间链路技术

星间链路是指用于卫星之间通信的链路,又被称为星际链路或交叉链路(Crosslink)。通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起,形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。该项技术对于大型低轨道卫星系统而言,由于其信息覆盖面较小,需要借助星间链路技术实现地面对卫星的有效控制,以及移动用户之间的信息互联。现阶段,星间链路技术主要可以分为微波通信以及激光通信两种实现方式。目前主要常用微波通信技术,该技术的缺点在于受频带宽度、重量、体积、价格以及功耗等方面的影响,无法实现卫星移动通信系统的高效实用,而激光通信方式则具有明显的优势,其超宽的频谱带宽可以有效提升卫星通信的潜在容量并且降低卫星载荷体积和重量,在提升信息保密性的同时还能减小信息传输的延时性。

从1997~1998年的18个月的时间里,共有80多颗航天器被发射到近地轨道(LEO),他们使用了三种不同的运载火箭(德尔塔7000、质子和长征二号丙)。第一次发射是在1997年5月5日。

姓名:苏彦恺

在2002年2月和5月,对系统卫星(包括6颗备用星)进行了维修保养,这样可确保铱系统服务至少到2010年。

运营商现状

作为同步、低轨道卫星的代表运营商,下面将分别就海事卫星、铱星的系统特点、发展现状做重点分析介绍。

海事卫星

自1979年Inmarsat成立,随着通信技术发展的日新月异,用户对卫星通信的需求也在不断增长变化,在迎合满足用户需求的同时,海事卫星也在循序渐进的稳步向前。至今,Inmarsat卫星系统已发展至第五代,在保证提供安全性移动性优异的L波段业务同时,跨界转战Ka波段提供高容量、高带宽业务。经过不断的技术升级和发展,Inmarsat卫星从第一代的模拟信号,发展到第二、三代的数字信号,再到第四代的宽带通信,直到今天第五代更高宽带的高速数据通信。海事卫星追随着技术、适应着时代、充分发挥着自身的特长,持续不断地为全球提供公益和商用的无缝通信服务。

目前,Inmarsat正在准备研发第六代卫星,其主要目标是将自己开发六代星的核心模块和射频授权给相应终端厂商,降低行业进入门槛,提供更丰富的产品线。同时,通过软件无线电、芯片集成的方式,实现终端的小型化、价格平民化,提供更加丰富、市场接受度更高的应用。六代星现确定使用L波段,计划设计三颗地面静止轨道卫星。考虑到四代星将在2023年达到预期寿命,计划2019年发射第一颗卫星,2022年完成星群部署。另外,六代星还将搭载Ka波段载荷,实现对五代星的补充覆盖。另外,Inmarsat还与欧洲陆地移动电信运营商合作,建设S波段卫星与地面基站混合组网的通信系统,满足欧洲不断增长的航空通信需求。

Inmarsat在2015年实现总收入12.74亿美元,与2014年12.86亿美元相比出现小幅下降,但基本保持稳定。按照不同业务板块划分,其中海上市场占收入份额51%,政府市场24%,企业市场14%,航空市场11%。针对传统的L波段业务,2015年收入8.32亿美元,连续3年实现增长。

铱星

第一代“铱星”卫星通信系统使用66颗卫星,分布在6条轨道上,轨道平面间隔30°,组成卫星星座。
铱系统的最大特点是采用了星际链路,星际链路采用Ka频段,每个卫星可以同时和同轨道内的前后各一颗卫星及左右相邻轨道中的各一颗卫星交叉相连。由于第一代铱星已经服役快20年,到了生命周期末期,同时为了持续保障整个系统的通信能力,铱星公司正计划启用第二代铱星系统。第二代“铱星”星座(Iridium-NEXT)共计81颗,包括66颗在轨正式卫星,6颗在轨备份卫星,剩余9颗卫星在地面仓库备用。铱星公司计划在2017年完成第二代铱系统的星座部署,在此之前现有的“铱星”卫星星座保持运行,直到第二代“铱星”全面运作。第二代“铱星”卫星提供L频段速度高达1.5Mb/s通信能力,适应了信息化时代对于带宽的需求,提升了市场竞争力。

除了传统的L波段通信载荷外,
第二代“铱星”内置“ADS-B”载荷。ADS-B是自动相关监视广播的简称,顾名思义,系统无需人工操作或者询问,可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息,以供管制员对飞机状态进行监控。铱星公司与加拿大、意大利、丹麦和爱尔兰空中导航服务提供商(ANSP)成立合资公司Aireon,提供ADS-B全球服务。根据第二代铱星发射计划,Aireon预计将在2018年提供全球无缝隙的ADS-B数据服务。

铱星与Harris公司达成协议,利用二代铱星的剩余空间搭载Harris公司的AppSTAR的可配置载荷平台,提供卫星AIS服务。Harris已经与全球AIS数据服务商exactEarth在2015年达成协议,在第二代铱星搭载58个AIS载荷,使用exactEarth公司AIS算法,通过V
H F频段实现海上A
IS信号的无缝覆盖。exactEarth现已拥有8颗低轨道AIS卫星,计划还将发射2颗。

截至2015年底,铱星用户数超过78.2万,五年年均增长率13%,营业收入4.114亿美元,实现小幅度提升。

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