卫星移动通信的发展现状
本文分析了商务人士、游客和所有在移动中的人的情况，以便他们随时随地与亲戚、朋友、公司和客户保持联系。而那些居住在人烟稀少的偏远地区的人也可以享受到这种现代化的通讯服务。
其中一些系统是全球性的，而另一些则覆盖范围很广。所有这些系统的特点是投资巨大(数6543.8+0亿美元)及其跨国性质。它涉及国际关系，包括卫星制造商、蜂窝服务提供商、电子设备制造商和通信建设管理部门。此外，卫星系统还提供除电话以外的其他通信服务。
近年来，手机发展迅速。1988年全球用户400万，1995年达到123万。估计到2001会翻三倍。然而，卫星系统运营商估计，在世纪之交，40-60%的世界人口仍然生活在没有蜂窝地面基站覆盖的地方。
与此同时，对传统通信服务的需求继续增长，特别是在发展中国家。发达国家和发展中国家的电话线密度(每100人拥有的电话线数量)约为30条。1。据估计，世界上大约有30亿人家里没有电话。这为卫星电话系统提供了巨大的市场。
到目前为止，大约有180颗商用地球同步卫星(GEO)围绕地球运行。在赤道上空35800公里处，他们提供包括电视广播、转播、网络中继、海上和地面移动通信，甚至长途电话干线在内的各种服务。
一颗GEO星可以覆盖地球的1/3。三颗等间距的星星可以覆盖整个世界。当然，除了北极和南极。然而，这种卫星未能传输足够强大的功率，因此无法实现与地面小型手机的操作通信。
LEO离地面近，单个卫星波束覆盖地面面积小，需要更多。
实现全球覆盖的卫星数量。但是，狮子座单星体积小，重量轻，价格便宜。此外，还减少了GEO卫星远距离传输带来的信号延迟长的不愉快感。
LEO的典型高度为500-1500 km，MEO的典型高度为5000-12000 km。
对于不同轨道高度的卫星系统，设计目标是利用多颗卫星实现全球覆盖，实现与世界任何地方的手持移动终端通信。据专家预测，目前正在规划或实施的中低轨道移动卫星系统只能满足全球市场的一半。
以铱星公司为例，LLC铱星公司预测，到2002年，移动用户数将达到4200万，其中10%，即420万是卫星业务，65438+5550万是卫星和地面蜂窝业务，2230万是城市间的蜂窝用户。另一家公司GlobalstarLP预计到2002年将获得300万客户，到2006年将获得3000万客户中的900到10万。
全球卫星移动系统的投资相当惊人，一般在25亿-50亿美元之间。区域系统接近6543.8+0亿美元。手机通话因国家而异。这取决于市场需求和价格政策策略。当然，这也取决于当地的电话公司。政府政策也会影响电话费的水平。在不同的国家，在开始卫星服务之前，运营公司还必须获得当地相关部门的批准。这包括海关豁免声明、特殊频率的批准、操作许可证和接入本地电话网络的批准。要克服这些地方壁垒，运营公司需要下大力气。
表1中所列的参与各种系统开发和建设的公司所在的国家就像是联合国会员国的名单。直接参与者不仅来自北美和欧洲，还来自中东、非洲、远东、南美、印度、中国和俄罗斯。全球系统以美国和英国为基础。服务于东南亚、中亚、中东、印度和东欧的区域系统正在各地崛起。(表1)
全球系统所需的卫星数量取决于卫星高度。最低高度的系统是66颗铱星加6颗备份卫星(LEO)。MEO系统需要10颗星，外加两个备份(ICO系统)。低轨卫星的轨道寿命受到大气牵引力和钒辐射带产生的辐射的限制。典型值为5-8年。也就是说，低轨卫星比中轨卫星需要更频繁的更换，后者的寿命约为12年。当然，小卫星在低轨道的发射成本比大卫星高轨道的MEO星低。一般来说，服务于该区域的更重要的GEO卫星的建造和发射成本最高，但其设计寿命更长，约为12-15年。
大部分用户会使用发射功率小于1/2w，全向天线的双模手机。整个手机看起来像手机。当有地面蜂窝服务器时，用户通过地面服务器打电话或接电话，而当没有地面服务器时，他们通过卫星通信。
世界上有各种蜂窝电话标准，因此卫星移动电话必须适用于一种以上的系统模式。其中包括在欧洲开发的日益流行的数字系统(GSM)和北美的高级移动电话模拟系统(AMPS)。手机厂商都在找巧牌。卫星用户只要把这张卡插到手机里，就可以适应当地的标准。例如，ICO全球通信公司(总部设在伦敦的MEO系统的开发商)和铱星系统(第一个LEO系统)将配备外部数据端口和内部缓冲存储器。这将支持数据通信、寻呼、传真和插卡。到目前为止，还没有一款带卫星系统的手机可以应用到另一个卫星系统。(1)铱星系统
虽然每个卫星系统的细节不同，但目标是一致的，那就是为用户提供类似的蜂窝电话，实现城市或乡村的移动电话服务。第一个让这个愿望成真的是铱星系统。到去年年底，计划中的72颗LEO卫星中的46颗已经进入轨道。其余的卫星将于今年上天。该系统将于今年秋天投入商业运营。铱星系统是由20家通信公司和工业公司组成的国际财团。官方名称是铱星有限责任公司。
铱星系统的66颗恒星排列在6个均匀分布的近极轨道上(倾角86.4度)，距离地面780公里。66星提供重叠的全球覆盖，包括极地地区。轨道上剩下的六颗星是保留的。这些在轨恒星构成了太空蜂窝塔，实现了手机与卫星的直接通信。为用户提供语音、数据、寻呼和传真服务。
卫星结构为三角形，长边为4.5米，另外两边分别为1米。这种结构适合一箭多星发射。一枚俄罗斯质子火箭可以同时发射7颗卫星:一枚美国DeltaⅱII可以同时发射5颗星；中国制造的2C/SD火箭可以同时发射两颗铱星。随着发射任务越来越多，西方国家的移动通信卫星运营商和其他通信卫星公司越来越多地使用中国和俄罗斯的火箭进行发射。满载时，铱重约690公斤。
进入太空后，卫星上装有GaAs太阳能电池的机翼展开，姿态由三轴动量飞轮控制系统稳定。用砷化镓来代替传统的硅电池，是因为前者效率更高，在相同面积下多产生1/3的功率。
由三个相控阵天线组成的天线组指向地面，通过铱星卫星系统使用1.610-1.625 GHz频段。每个卫星可以同时处理多达1100个双工呼叫。
位于美国弗吉尼亚州Landsdowne的主控制中心将承担卫星控制和网络管理。其备份系统位于意大利罗马。夏威夷和加拿大的跟踪、遥测和指挥中心与主控制中心相连。它们帮助调整卫星位置，并监视卫星在发射和进入轨道时是否正常运行。截至1997年底，铱星系统已获准在29个国家运营，已有60多家服务提供商注册接入网络。
以铱星系统为代表的低轨卫星通信业务持续增长，类似的卫星移动通信系统超过10个。作为卫星移动通信的领导者和第一个LEO卫星移动通信系统，铱星可以为行人、车辆、飞机和船舶提供全球漫游通信，被视为世界上最成熟的商用卫星网络之一。但铱星的发展也经历了波折:该系统最早由美国摩托罗拉在1990年提出，1996年部署，总投资34亿美元，设计使用寿命5年。1998+01年6月正式投入商业运营几个月后，铱星公司出现严重亏损，于1999年8月申请破产保护，并于2000年3月终止所有业务。然而，2001年3月28日，新铱星公司宣布重启卫星通信服务，它起死回生了。[1]
目前铱星正处于高增长期，用户数量和营业收入都达到了历史最高水平。其中，终端用户数量增长迅速，超过30.9万，2002-2008年复合年增长率为32%；收入快速增长，2002-2007年复合增长率为365，438+0%，2008年6-9月同比增长26%。经营利润快速增长，2004年开始盈利，2008年6-9月同比增长55%。应用范围迅速扩大，已涉及水运、航空、军事、政府、物流服务、资产跟踪等多个领域。[1]
(2)全球之星(Globalstar)
与铱星不同，Globalstar的设计者采用了简单、低风险、因此更便宜的卫星。星上既没有处理器，也没有星际链路。相反，所有这些功能，包括处理和交换，都是在地面上完成的。这样便于维护和以后升级。卫星重量小，约450公斤，所以平均发射成本更便宜。
整个系统几乎覆盖全球，共有48颗卫星，几乎比铱星的数量少1/3。所有卫星均匀分布在八个圆形轨道上，高度为1414km。还有八颗卫星做备份。轨道与赤道成52度角。轨道相隔45度。倾斜轨道覆盖了从北纬70度到南纬70度的全部范围，但不包括极地。该系统用最少的卫星覆盖了地球上最多的居民区。该系统预计今年将发射44颗卫星进入轨道。一些商业运营计划在今年年底开始。明年初，该系统将全面投入使用。Globalstar的产权归5家通信服务提供商和7家通信设备和航天系统制造商所有(见图1)。
Globalstar系统不通过卫星直接将呼叫转移给被叫用户。该系统通过馈电链路将卫星接收到的呼叫向下发送到入口网络。信号在入口网络处理后，通过地面基础设施发送出去。然而，如果被叫用户也是该系统的用户，则该呼叫将从入口网络或另一个入口网络上行到一个星，然后被传送到目的地。
太空中的卫星数量少，结构简单，意味着地面上的入口网络很多。这与铱星系统相比是显而易见的。在系统建设的各个阶段，Globalstar将在全球建立38个门户网络，在不久的将来还将增加40个。
Globalstar已经从本地服务提供商那里获得了超过100个特许经营权，覆盖了全球超过88%的人口。截至1997年底，已获得美国、俄罗斯联邦、中国、巴西等19个国家的营业执照。
Globalstar有一对六边形相控阵天线。一个用于上行链路接收，另一个用于下行链路传输。天线面向地球，在地面形成16个独立波束。为了解决用户的频率限制，Globalstar尽可能多的复用每个波束中16MHz的带宽，以增加卫星容量。
Globalstar还采用多路分集接收方式，避免信号被障碍物阻挡时通信中断。每个入口三个或四个5？6-6米的天线可以同时跟踪视线内的几颗卫星。交换系统向至少两颗卫星发送相同的呼叫。然后，多通道接收器接收这些信号，并将它们组合成一个单一的、相干的和更强的信号。Globalstar采用CDMA技术，使系统独一无二。如果使用TDMA，两颗卫星的信号无法合并，只能选择一颗卫星的最佳信号。当我们有3-4颗卫星时，我们可以组合所有信号，并通过自适应功率控制将它们发送到最强的链路。这种高效的电源技术不仅提高了系统的容量，还大大提高了系统的待机性能，减少了通信中断。提高了服务质量。
(3)中轨道卫星
ICO伦敦全球通信公司选择的模式是用10颗卫星覆盖全球。这10颗星和两颗备份星均匀分布在两个高度为10355 km的正交平面上。它们与赤道的倾角分别为45度和135度。每颗恒星都与一个地面网络相连。地面网络称为ICO-Net，拥有12个卫星接入点。接入点构成地面站，有多个天线、交换设备和数据库，按照战略要求分布在世界各地。像Globalstar的门户网络一样，这些网站将来自卫星的呼叫传输到本地公共交换电话网络或地面移动网络。当一颗卫星从视线中消失时，他们还控制着从一颗卫星到另一颗卫星的通话转移。
明年，一旦天空中有五颗卫星，伦敦公司计划开始一些操作。整个系统的开放要等到2000年剩下的7颗卫星进入轨道。
ICO系统支持4500个TDMA的同时电话呼叫。10颗卫星可以支持45000次通话，足够1000万个家庭使用。该呼叫通过卫星的163波束传递给移动用户。链路最小功率增益超过8db，平均增益在10db以上。由于卫星的高度较高，信号被地面障碍物遮挡的机会很少。此外，卫星在视线范围内运行的时间比LEO长，这降低了呼叫从一个卫星转移到另一个卫星的频率，从而减少了链路中断的机会。
ICOGlobal通信公司成立于1995。它最初是由80个国家组成的Inmarsat国际联盟的附属成员。在一代人的时间内，Inmarsat集团为航运业提供了移动卫星通信，最近还为地面移动用户提供服务。截至去年年底，该集团的57名股东包括20家世界顶级通信公司。最大的股东是Inmarsat、北京海事通信导航公司、新加坡通信公司、希腊通信公司、印度VSNL和德国电信的移动通信子公司。一半的ICO拥有者来自发展中国家，其服务范围约占全球蜂窝电话市场的25%。他们提供了总投资45亿美元中的20亿美元。
(4)椭圆系统-后来者
经过几年的拖延，华盛顿特区的MCHI去年夏天赢得了联邦通信委员会(FCC)的一份合同，建造一个LEO移动卫星服务系统。这个系统被称为椭圆系统。技术上是LEO系统，但运行在MEO高度，以获得更高的仰角。它共有17颗卫星，分布在三个轨道平面，几乎覆盖全球。
该系统有三个轨道平面。七颗星均匀分布在赤道上空8060公里的赤道面上，覆盖南纬55度至北纬25度的区域。剩下的10颗恒星平均位于两条轨道上，每条轨道倾斜116度。卫星在北半球的远地点是7846公里，而在南半球的近地点是520公里。这样，Ellipso的卫星对于需求最大的地区来说看起来非常高。在商业最繁忙的时期，椭圆轨道覆盖了人口最密集的区域。
包括LockheedMartin和Harris在内的四家公司作为合同投资公司加入了Ellipso。包括澳大利亚和南非在内的至少三家其它服务提供商已作为投资公司加入了该计划。
三轴稳定卫星携带一个简单的肘形转发器，通过一对固定天线传输信号。天线在卫星覆盖的地面上产生61波束。数字处理是在地面进行的。每颗星星都有同时接收3000个电话的能力。按照计划，Ellipso要到2001才能全面投产。在众多竞争对手之后，主管Ellipso的官员并没有失去信心。他们认为铱星和Globalstar将首先占领市场，但Ellipso凭借其高仰角带来的优质低价政策将非常具有竞争力。
(5)亚洲的全球环境展望
GEO卫星作为区域系统的后盾，在为广大地区提供移动电话服务方面也非常成功。目前，有六个这样的区域系统处于不同的设计和实施阶段。这里只值得介绍两个系统。Aces是亚洲蜂窝卫星系统，总部设在印度尼西亚雅加达，覆盖东南亚22个国家，包括日本、中国、印度和巴基斯坦。该系统是由印度尼西亚、泰国和菲律宾的三家公司组成的国际财团开发的(图2)。该系统的目标区域有30亿人口，其中大多数人尚未建立通信联系。第一颗卫星哥鲁达-1原定于今年9月由俄罗斯质子号火箭发射。目前看来，可能会推迟到明年年初。一旦轨道试验完成，该系统就可以投入运行。
ACeS将提供一系列服务。不仅有手机业务，还有其他移动和固定终端业务。除了语音、传真、数据和寻呼，该系统还提供一系列GSM蜂窝电话功能，如呼叫转移、呼叫等待和电话会议。ACeS卫星将位于赤道上空118？加里曼丹(婆罗洲)上空。
车载12m天线比之前的任何商用GEO定点通信服务都要大。天线上的可展开反射器为远至40，000公里的手机通信提供了足够的增益。这个距离已经达到了卫星覆盖区域的外边缘。两个独立且相同的抛物面反射器安装在卫星两侧的支架上，分别用于发射和接收。一旦卫星进入轨道，镀金的钼网反射器就会慢慢打开。分开设置发射和接收反射面有助于减少互调分量。
ACeS用户将通过哥鲁达-1直接联系。ACeS用户与地面公网用户之间的通信是通过卫星下行到地面门户网实现的。ACeS在雅加达、马尼拉和曼谷都有接入网络。印度尼西亚巴登岛上有一个网络控制中心和一个卫星监测站(见图2)。设计寿命为12年。
(6)西亚地区——苏拉亚体系
另一个区域卫星系统Thuraya为中东和周边地区提供移动通信服务。Thuraya以昴宿星(金牛座的七颗星)的阿拉伯语命名，覆盖58个国家的6543.8+08亿人口，包括中东、北非、印度次大陆、中亚、土耳其和东欧。Thuraya系统的卫星将于2000年5月发射进入轨道，计划于当年9月投入运行。苏拉亚将位于印度洋上空，赤道以东44度，索马里海岸以东。
整个项目由Thuraya卫星通信公司运营。该公司总部位于阿联酋首都阿布扎比。该公司是一个国际财团，有14个股东，包括阿拉伯国家的邮电部门。股东之一是阿拉伯卫星公司，它是阿拉伯国家联盟的成员，位于沙特阿拉伯的利雅得。该公司早在20世纪80年代初就向该地区提供卫星通信服务。
Thuraya系统采用TDMA系统。整个区域被256个可成形的聚光灯光束覆盖。该卫星预计支持13750个语音频道。设计人员认为，就带宽和功率而言，TDMA是最经济、技术效率最高的方案。市场竞争不是技术，而是时间和成本的竞争。
Thuraya确定了四种人作为它的潜在用户，包括国家和地区流浪者。用户从伊斯坦布尔开车到土耳其安卡拉。在这个漫长的旅程中，他们希望在任何地方都能获得通信服务。另一个目标用户是没有移动电话或固定电话服务的地区。许多生活在这些偏远地区的人没有被现有的蜂窝系统覆盖。开发地面蜂窝系统既费时又费钱。卫星移动系统正好可以在这些地方发挥作用。
Thuraya认识到，全球卫星移动系统和其他区域系统可能会对其构成挑战。卫星成本、寿命、运行复杂程度、储备资金等多种因素都有影响。决定性因素是收费价格。Thuraya认为他们的价格很有吸引力。该公司计划的未来机票价格为每分钟0.50美元。[3]
SATPROIP80D 0.8mKu频段船载“移动通信”系统是专为近海船载卫星通信而设计的，可使船舶在我国大部分近海水域保持宽带通信，在恶劣环境下实现无损通信连接。