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作  家: pony (找不着道的小马) on board 'ECE'
题  目: 移动卫星通信异军突起
来  源: 哈尔滨紫丁香站
日  期: Wed Oct  1 17:14:09 1997
出  处: xmgu@hitcrc.hit.edu.cn


                    移动卫星通信异军突起

                 福建省邮电规划设计院　　林捷

摘要：本文从移动卫星通信的发展，论述通信卫星将成为跨世纪通信发展的新热点。
从移动卫星通信系统的现状、轨道分类的特点，对GEO、MEO、LEO等移动卫星通
信系统优缺点进行比较，提出移动卫星通信系统发展中的问题和前景。

关键词：
LEO MEO HEO GEO ICO

    一、跨世纪通信发展的

新热点[HT]自从1965年国际通信卫星组织(INTELSAT)发射了世界上第一颗商用同
步轨道通信卫星“晨鸟”号以后，卫星通信因其特有的复盖范围大，传输质量好，
信道频带宽的优点，成为固定式国际通信、远距离通信和边远地区通信的主要手段，
发挥了十分重要的作用。　1976年国际海事卫星通信系统(Inmarsat)诞生后，卫星通
信开始把移动用户作为服务对象，为越洋航行的舰船提供救援通信保障。随后又出
现了一些国内或区域性的移动卫星通信系统。如：美国的AMSC系统、加拿大的TMI
系统、澳大利亚的Oputus系统等等，但在九十年代以前，整个卫星通信领域中，移动
卫星通信所占的比重很小，没有得到充分的重视和发展。近几十年来，社会经济
技术发展迅速，信息化的浪潮和人们政治、经济、文化生活的国际化，促使人们对
通信提出了更高的要求，在即将跨入下一世纪的时刻，期待着实现人类自古以来的
梦想：不论人们的状态发生什么变化，都可以毫无约束地在任何时间、任何地点与
任何人实现通信。要实现这一目标，必须有一个由采用多种技术手段的多个通信
网络综合起来的无缝通信网，不论用户在哪里都能进网，同时又都能被找到。于是
人们又无一例外地想到了移动卫星通信。移动卫星通信是指以卫星为基础，在很
大的地理区域内，主要为行进中的车辆、船舶、飞机、人员等移动物体提供多种业
务的通信。它兼有移动通信与卫星通信二者的优点。80年代后，陆地移动通信的
开发应用成功，为迈向全球个人通信时代跨出了重要一步，但由于其建设基站投资
大、周期长，所以一般用于城市及主要公路沿线，其余地区则难以覆盖，据估计到
2000年，蜂窝移动通信系统对全世界人口的覆盖率不到60%，而对全球地表面积的
覆盖率仅为15%。利用移动卫星通信系统覆盖范围大的优势，就能弥补地面固定通
信网和移动通信网的不足。即在世界上没有通信设施的地方，它便是提供通信业务
的主要手段；在没有移动通信设施的地方，它就是一种移动通信系统；即便在陆地
移动通信系统覆盖的地方，它还可以作为一种备用或应急通信系统。移动卫星通
信系统同地面各种通信方式相结合，将使人类在下一世纪迈进全球个人通信时代，
因而已成为全世界跨世纪通信发展的新热点。

    二、移动卫星通信系统的发展现状

1、卫星轨道分类与特点：通常人们根据卫星运行轨道离地面的最大高度hmax，
把卫星分作四类：

低地球轨道(LEO)卫星：hmax＜5000Km 运行周期2～4小时；
中地球轨道(MEO)卫星：5000Km＜hmax＜20000Km 运行周期4～12小时；
高地球轨道(HEO)卫星： hmax＞20000Km 运行周期12小时以上；
同步地球轨道(GEO)卫星： hmax≈35860Km 运行周期24小时。

　　宇宙空间浩瀚无垠，但天高不能任“鸟”飞。在地球外层大气中，存在着一种
辐射能带，叫范艾伦辐射带，它是地球外层大气中的放射性粒子受地球重力场和磁
场的影响被浓化而集中起来的辐射能带，它围绕地球呈双层环带状，内带范围在离
地面约2000～8000km处，外带范围在离地面约15000～200000Km处，它的幅射线对
卫星的各种器件有较大影响。此外，在离地面高度500Km以下的空间，由于大气密
度增加，导致摩擦加剧，将缩短卫星的寿命。因此，卫星运行轨道都应尽量避开这
些区域，如下图：

　　　　　　　　　图1 　　移动卫星通信系统轨道高度示意图

2、GEO移动卫星通信系统

　　长期以来同步轨道卫星通信系统主要是作为传统固定式通信手段为地面服务的。
但是，世界上最早的全球性移动卫星通信系统也是在同步轨道上实现的，这就是著
名的国际海事卫星通信系统(Inmarsat)，1979年来，它利用太平洋、大西洋、印度洋
上空的三颗同步卫星，形成了一个覆盖全球的商用海事移动卫星通信系统，提供双
工电话、电报与数据传输服务。当时的初衷是改善海上救援工作，确保航海安全。
目前已发展到第三代，其业务也扩展到陆上、航空移动通信。成为目前世界上唯一
具有L频段全球覆盖能力，向全球提供移动卫星通信业务的系统，利用它的各类移动
站和便携式终端，越来越多的长途汽车可以在几国之间长途旅程中进行双向通信，
越来越多的飞机可以在空中向全球180多个国家进行直拨电话通信。利用它，还可为
通信落后地区数百万的商业旅行者提供一个有效的移动式办公室。其用户数年平均
增长率达40%。

　　但是，一般认为同步卫星离地面太远，不适合于使用手持机通信。因为手持机
发射功率不大，天线又非定向辐射，要保持高质量通信，就要求卫星安装很大的可
展开式天线，要有很强的发射功率，对天线要有很精确的控制，这些都是困难的。
加上频谱利用率低、可用信道不多和信号延迟大等的缺陷，都限制了它在全球个人
通信中的发展。尽管如此，在今后很长一段时期，GEO移动卫星通信系统将成为
解决国内或区域性移动卫星通信的主要手段，发挥重要的作用。例如：美加合作的
MSAT系统，不仅分别为本国，而且还联合向北美地区提供话音、数据、广播等移动
通信业务。由于两国相邻，关系密切，为减少对在轨卫星的需求，两国的卫星还可以
互为备用。又如：日本的N—STAR系统、我国与新加坡发起的亚太区域系统(APMT)、
印度的亚非区域系统等，它们的卫星都运行在同步地球轨道上。

3、MEO移动卫星通信系统

    计划在中地球轨道上运行的移动卫星通信系统有不少，其中比较典型的有
Odyssey(奥德赛系统)和InmarsatfffP—21(ICO系统)。
　　Odyssey系统是由TRW公司1992年提出的，它由分布在3个轨道平面上的12颗卫星
组成，卫星运行高度为10354Km，因其轨道较高，卫星寿命长达10年以上，卫星之间
不设星际交叉链路，它们通过七个地面站提供全球覆盖的话音、传真和数据通信服务。
每颗卫星有19个子波束，采用CDMA多址方式，并通过频率复用使每颗星可提供2300
条话音电路。第一颗卫星将于1998年底发射。
　　InmarsatfffP—21系统是国际海事卫星组织为了弥补现有的国际海事卫星通信系统
仅能提供车载及便携式通信而不能提供手持机个人全球移动通信的不足而提出的。
在提出之前，他们从如何迅速为用户提供可以接受的技术风险低，质量最好而价格
低廉的通信服务出发，评估了三种可能的系统配置：GEO、ICO(中圆形轨道)、LEO，
最后取消了LEO和GEO方案，决定发展以距地面10355Km的12颗卫星为基础的ICO系
统，每颗星有163个子波束，4500条话音电路，ICO系统终端通过卫星，连通由12个
互连卫星入口节点或陆上地球站组成的全球地面网络，实现与PSTN的连接。它的目
标是建立0.5W功率的手持机全球通信，提供低成本的话音、数据、传真业务，其话
音质量将相当于今天的数字蜂窝电话。预计2000年左右开始运营。
　　发展中的MEO移动卫星通信系统在移动卫星通信领域前景良好，具有很强的竞
争实力。

4、LEO移动卫星通信系统

　　传统的LEO卫星在通信领域内的应用，一直没有受到重视。直到近几年个人通
信以及移动通信需求的增长，LEO卫星通信系统因其与GEO、HEO系统相比，有着
更大的优越性，成为卫星通信系统发展领域中最具光芒的新星。

　　LEO系统接近地面，信号延迟小，传输损耗小，可实现更小的蜂窝小区，更好
的频率复用，更多的信道，用户容量大。能进一步实现接收终端小型化，提供手持
机个人全球移动通信。且卫星体积小、重量轻，制造与发射成本低，发射简单(可
一箭多星发射)，服务收费可与地面移动电话系统相媲美。其手持机一般可具有二
种通信模式，用户根据实际情况可以选择地面蜂窝移动通信或移动卫星通信。

　　在众多的LEO移动卫星通信系统方案中，较为典型的有：Iridiumfffff(铱系统)、
Globalstar(全球星系统)、Teledesic系统、Aires系统、Ellipso系统等等。它们所采用的
卫星数目各不相同，有采用椭园轨道的，如：Ellipso系统，其轨道的远地点位于卫
星服务区上空，以扩大其覆盖范围，能以较少的卫星对关键地区进行较长时间的
覆盖。其余的系统大都采用园形轨道，使卫星在运行周期内对地球全时覆盖。它
们大都宣称能够一览无遗地对地球上任何一点的使用者提供所需的通信服务，并
预计从1998年后的三年内全部投入使用，届时环绕在低地球轨道上的移动通信卫
星总数将有近千颗。
　　
    “铱系统”是由Motorola公司提出的，并已发射了5颗试验卫星进行可行性测
试。预计今年发射第一颗通信卫星。它在空中将有72颗卫星，其中6颗为备用，分
别运行在距地面高度为785Km的6条轨道平面上，每颗星有48个射频分为48个子波
束，1100条话音电路，每个波束在地面的直径为600Km，卫星之间配有星际交叉
链路，可以实现卫星之间的直接通信，它不依赖地面网络设施，不需对不同卫星
和地面站之间进行信号改道便可实现全球复盖，构成“天衣无缝”的全球数字化
空间通信交换网，向全球提供话音、数据、寻呼、传真及寻址定位等服务。
　
　“全球星系统”是由美国Lorol Corporation与Qualcomm为主导的12家公司厂商
合作开发的。它在太空拥有56颗卫星，其中8颗为备用，分别运行在距地面高度为
1406Km的8条轨道平面上，每颗星有16个射频16个子波束，2000多条话音电路，该
系统为了降低成本，不设星际交叉链路，更多地依赖地面通信网，每个用户与一地
面关口站通过单个卫星直接链接，旨在提供低成本、高品质的全球网络。

　　Teledesic系统因其宣称将由距地面高度为700Km，21条轨道平面上运行的924颗
卫星，(其中84颗为备用)构成一个庞大细密的空中网络系统，显得气度不凡。它是
至今为止世界上设计规模最大的LEO移动卫星通信系统，每颗星可提供64个射频，
10万条16kb/s的信道。虽然投资高达90亿美元，但它与其它系统的最大区别——具
有处理视频信息能力，能提供包括电视信号、计算机高速数据在内的双向交互式多
媒体业务以及著名软件巨人微软公司总裁Gates先生个人出资700万美元鼎力相助，
而备受世人瞩目。该系统在相邻卫星之间设有高速数据链路，在世界各地设置关
口站，其传输速率高达155Mb/s，系统容量高达154Gb/s。

　　除了上述这些大型LEO系统外，还有许多工作在VHF频段，由几个或几十个小
卫星组成的小型LEO系统，它们可以提供廉价、较低速的双向数据通信及寻呼、定
位业务，服务范围也是覆盖全球。

　　例如：美国航空公司与加拿大全球通信运营公司合作提供的ORBCOMM系统，
(今年2月份开始运营)空中有36颗绕低园轨道运行的小卫星，每颗星的尺寸不超过
一只箱子，仅43Kg重，它在每个得到服务的国家或地区设一个或多个地面关口站，
一个网络控制中心，工作在窄带VHF和UHF频段，可向近70个国家的2／３世界人
口，提供普通人经济上都可承受的全球无线双向数据通信服务，它与INTERNET和
E—MAIL网络可以完全联接，用户运用这些系统时不需因增加特殊软件而增加费用。

　　三、发展中的问题与前景

　　移动卫星通信系统体现了当今卫星通信技术、计算机技术、数字技术和控制技
术的先进水平，它将为未来个人通信时代的到来奠定良好的基础，今后移动卫星通
信系统的发展将是高中低轨道卫星共存，国内或区域性的移动通信业务主要由GEO
移动通信卫星来承担，全球性的移动通信业务将由MEO、LEO移动通信卫星来实现。

　　从频谱利用率和系统容量上论，MEO、LEO卫星通信系统远高于GEO卫星通信
系统，因为前者使用了蜂窝设计，频谱再用次数大大增加。从用户终端造价和预计
通信使用费上看，前者也比后者低。但后者具有系统控制较简单，并已制定了国际
标准，有实用经验的优势。

　　当前正在开发与实施的全球移动卫星通信系统已有近20种。美国在该领域中遥
遥领先，欧洲也逐渐追上来，形成了美欧主导整个市场的局面。美国所有提出LEO
移动卫星通信系统方案的公司，都希望得到美国政府给予“首创优先权”的待遇，
但美国联邦通信委员会FCC决定不给任何一家公司这种待遇，以便使这些公司在同
一条起跑线上进行公平竞争。

　　由于移动卫星通信系统规模庞大，初期投资惊人，一般在20～30亿美元，多的
高达90亿美元，加上面对的是从未尝试过的系统和技术，并要求在技术风险、成本
和业务质量上保持最佳平衡。各公司不得不采用联合的办法，追加保险的办法，分
摊投资风险。欧共体国家对那些由美国公司发起的系统方案并不热心支持。不少发
展中国家由于担心移动卫星通信系统会把它们的网络和业务旁路掉，担心移动卫星
通信用户可直接与卫星覆盖区内任何移动卫星通信用户通信、交换信息，从而对各
国的通信主权、通信管理及通信行业效益带来新的管理课题，也持不欢迎的态度。
还有不少国家已经或正在采用成本低，技术比较简单，运行管理比较容易的GEO卫
星通信系统来提供国内或区域性移动通信服务，它们的出现肯定会夺走部份市场，
成为全球性系统的有力竞争对手。

　　市场的风险，激烈的竞争，预示着所有方案能否成功都取决各国政府的支持与
接纳、各公司的技术经济实力和建构卫星群的能力等，真正能达到全面运营的方案
将不会多，尤其是大型LEO系统。

　　但是，时代前进的需求将克服一切阻力与困难，作为未来全球个人通信的强劲
支持者——移动卫星通信系统，以其所具备的无缝隙覆盖、无时延、低传输损耗、
高频谱复用率、易于实现手持机通信的优势，正受到广泛青睐，成为世纪之交高科
技进步的一个重要标志，在全球得到迅速发展。

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