更多>>工作快讯

移动卫星也将连上宽带

作者:科研处    发表时间:2015-09-29    浏览量:362

新闻背景

  4天前,我国成功发射通信技术试验卫星一号,主要用于开展ka频段宽带通信技术试验。

  而上月底,第三颗国际移动卫星-5成功由俄罗斯质子-M火箭发射入轨,从而建成了新一代“国际移动卫星”星座。该星座将在今年年底成为世界首个由单一供应商提供全球覆盖高速移动宽带网络业务——“全球快讯”业务的系统,这一切甚至在最遥远最难以接入的地区都能实现,真正做到了“因特网无处不在”。

  由于卫星移动通信具有不受地理障碍约束和用户运动限制的优势,可实现对海洋、山区和高原等地区近乎无缝的覆盖,能满足各类用户对移动通信覆盖性的需求,它已成为卫星通信发展的主要潮流之一。目前,移动通信卫星有高轨道(地球静止轨道)和低轨道两种,它们各有所长,并存发展,且都在不断更新换代,以提高性能和竞争力。

  高轨移动通信卫星已发展四代

  最早问世的移动通信卫星是静止轨道移动通信卫星,至今已发展了四代。

  现在,可用于全球卫星移动通信业务的静止轨道移动通信卫星只有“国际移动通信卫星”,其中包括第二代移动通信卫星——国际移动卫星-3、第三代移动通信卫星——国际移动卫星-4。国际移动卫星-5主要用于宽带多媒体通信,它属于第四代还是第五代静止轨道移动通信卫星目前还没有定论。

  “国际移动卫星”是由国际移动卫星公司运营的全球移动通信卫星系统。它通过有限的带宽频率资源,为全世界提供了将近15万只通信终端的服务业务。它可提供传统的移动话音业务、低速率数据业务、高速互联网接入,以及全球海上遇险与安全业务服务。

  2005至2008年期间发射的4颗国际移动卫星-4是目前国际卫星移动通信的主力军。不过,在新兴航空和航海宽带卫星通信市场方兴未艾背景下,国际移动卫星公司于2010年决定发展采用ka频段的高容量卫星——国际移动卫星-5,为高端客户提供“全球快讯”业务,为政府和商业用户提供全球首个高速移动宽带服务,为海上舰船、飞行航班提供全球移动宽带通信服务,客机内乘客的飞行期间通信连接,传送流动高分辨率图像、语音和数据流。

  国际移动卫星-5由波音公司研制,设计寿命15年,有效载荷功率11.2千瓦,现已发射了3颗。第1颗于2013年12月升空,覆盖范围是欧洲、中东、非洲以及亚洲地区;第2颗于2015年2月升空,覆盖范围是美洲和大西洋地区;第3颗覆盖太平洋地区。该星座将在2015年年底成为世界首个由单一供应商提供全球覆盖高速移动宽带网络业务——“全球快讯”业务的系统。

  由于技术原因,一般移动通信卫星都只能提供窄带移动通信业务,但国际移动卫星-5一反常态,提供宽带移动通信业务。与国际移动卫星-4相比,国际移动卫星-5的带宽和速率大增,能为新老客户提供非常多的新机会来强化他们的网络互连功能、部署大流量应用以及设置高效的解决方案,这一切甚至在最遥远最难以接入的地区都能实现,促成了全球移动宽带,真正做到了“因特网无处不在”。不过,国际移动卫星-5的用户终端是便携式的,而不支持手持式。

  低轨移动通信卫星群强势回归

  地球静止轨道移动通信卫星也存在一些不足,例如,轨道高,路径长,因而链路损耗大,传输时延长,不宜于个人移动通信;单星成本太高,一旦发射失败损失惨重;静止轨道资源很紧张;这种卫星不能实现真正的全球覆盖,在两极有盲区。为此,从20世纪90年代中期起,一批移动通信低轨道卫星陆续投入建造。

  低轨道移动通信卫星系统中的卫星都是小卫星,一般运行在高500至1500千米的轨道,可以克服静止轨道卫星的种种不足,如卫星体积小、重量轻、造价低、制造周期短、可批量生产;卫星之间互为备份、损失较小;地面终端设备简单,造价低廉,便于携带;由于轨道高度低,所以可以消除使用静止卫星工作时存在的电话传输延迟等问题;能进行全球无缝隙个人移动通信。

  之所以采用星座方式工作,是由于低轨道卫星覆盖面积小,为了实现全球覆盖,连续通信,所以要采用由多颗小卫星组成的星座方式运行。它是在若干轨道平面上布置多颗卫星,使用各种通信链路将各个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座形成一个大型平台,在地球表面形成蜂窝状服务小区,服务区内用户至少被一颗卫星覆盖,用户可以随时接入系统。

  根据工作频段和服务内容的不同,低轨道移动通信卫星系统又可分为小低轨和大低轨两种。前者由廉价小卫星组成,工作频率在1吉赫兹以下,能提供低成本、低数据传输率的Email和双向寻呼等窄带数据通信业务,美国“轨道通信”卫星属于此类。后者由24颗以上的小卫星组成星座,工作频率在1至2吉赫兹,能提供话音和中高速率的数传以及全球个人通信业务,美国 “铱”卫星和“全球星”属于此类。它们均采用一箭多星方式发射。

  低轨道移动通信卫星系统在历经了20世纪的“没落”之后现已“强势回归”, 美国三大低轨移动通信卫星星座目前正在更新换代。其中的第二代“轨道通信”卫星星座用户数量比第一代最多可增至12倍,数据传输率更快,传输量更大,在海上船只的避碰、助航、搜寻、救助等各方面有着广泛的应用;第二代“铱”卫星——“铱星下一代”能在速度、带宽和灵活性方面提供新的增强能力,最高数据下载速率可达30兆比特/秒;第二代“全球星”寿命由第一代的7.5年延长至15年,提供更大的高峰需求呼叫容量,能为文件传输和视频应用提供更高的数据传输速率。

  星地联合是未来发展方向

  地球静止轨道移动通信卫星的发展趋势是大天线、大功率,所以要发展大型通信卫星平台。另外,还要突破和掌握大型可展开天线技术、多波束形成技术等,通过创新性的技术进步和市场开拓模式来带动市场发展。

  低轨道移动通信卫星的发展趋势,是建立由数百颗到上千颗小卫星组成的星座,从而更好地为用户提供低成本的互联网接入。近年,美国太空探索技术公司提出了发射4000颗小型卫星的方案,英国一网公司提出了发射900颗小型卫星的方案,韩国三星公司提出了发射4600颗小型卫星的方案。其目的都是向全球各地提供高速互联网接入服务,其中包括最偏远的地区。建设这种卫星互联网遇到的最大困难仍然是成本问题,虽然低轨卫星的制造与发射费用正在逐年走低,但比起地面网络来说依旧昂贵。此外,卫星网络还有易受干扰、终端体积较大等固有缺陷。因此,近年能否建成全球卫星互联网还很难说。

  星地联合是卫星移动通信的发展方向。卫星移动通信系统主要用于覆盖相邻地面蜂窝网之间的“缝隙”,以及地面蜂窝网不能覆盖的区域。因此,卫星通信系统必须与地面蜂窝通信系统紧密结合。专家通过分析、研究,已提出了“天上一颗(或一组)卫星,地上一张网络,天地融合”的思路,开发并投入使用的辅助地面组件就是一项天地融合的专利技术,可解决卫星信号在高楼林立的城市以及室内覆盖性不佳的问题,很好地实现大区域无缝覆盖。未来卫星移动通信取得商业成功的关键,就是实现室内外无缝覆盖,终端可以自动地在辅助地面组件基站和卫星之间进行无缝切换。

  另外,固定与移动通信卫星业务之间的界限正逐渐模糊,海事和航空移动业务已成为未来发展热点。随着智能手机、平板电脑等移动电子设备和社交网络等互联网应用的普及,利用卫星向乘客提供宽带网络接入的卫星航空和海事宽带业务正悄然兴起。