簡介
利用地球靜止軌道衛星或中、低軌道衛星作為中繼站,實現區域乃至全球範圍的移動通信稱為衛星移動通信。它一般包括三部分:通信衛星,由一顆或多顆衛星組成;地面站,包括系統控制中心和若干個信關站(即把公共電話交換網和移動用戶連線起來的中轉站);移動用戶通信終端,包括車載、艦載、機載終端和手持機。用戶可以在衛星波束的覆蓋範圍內自由移動,衛星傳遞信號,保持與地面通信系統和專用系統用戶或其他移動用戶的通信。與其他通信方式相比,衛星移動通信具有覆蓋區域大、通信距離遠、通信機動靈活、線路穩定可靠等優點。衛星移動通信系統的套用範圍相當廣泛,既可提供話音、電報、數既適用於民用通信,也適用於軍事通信;既適用於國內通信,也可用於國際通信。衛星移動通信已經成為通信業務的一個重要發展方向。1990年6月,美國摩托羅拉公司率先推出實現全球個人移動通信的“銥”系統計畫,準備用66顆低軌道衛星網,實現地球上的任何兩個移動用戶之間的通信。此後,國外又先後推出10餘種全球或區域性衛星移動通信方案,如美國的“全球星”系統、“奧德賽”系統,國際海事衛星 組織的“21世紀計畫”等。衛星移動通信是軍事通信的重要組成部分,例如美軍的地面機動衛星通信系統,可實 現戰區集團軍到機動旅各級司令部之間的指揮控制和多路傳輸,是美軍一種主要的戰術通信系統。特點
移動通信衛星的最大特點就是可以為移動用戶之間提供通信服務,具有覆蓋區域更廣、不受地理障礙約束和用戶運動限制等優勢,從移動通信衛星的軌道看,目前移動通信衛星的軌道主要有三種:第一種是和一般通信衛星一樣為地球靜止軌道。其典型代表是國際移動衛星3號,1998年我國抗洪時曾使用該星進行通信。
第二種是低軌道移動通信衛星系統。它是在80年代後期才提出的構想,現已成為移動通信衛星發展的熱點。這是因為它的軌道低,一般在500~1500千米左右的高度上。信號衰減損耗小,能獲得最有效的頻率復用,著名的“依星”和“全球星”都是屬於這種系統。
第三種是中軌道的移動通信衛星系統。其軌道高度介於低軌道和地球靜止軌道之間。ICO衛星是一個典型,其軌道高度為1萬千米。
移動通信衛星一般要達到全球覆蓋,只需要3顆衛星就行了,不過南北兩極地區是覆蓋不到的盲區。中軌道的移動通信衛星星座只需要12顆。低軌道的移動通信衛星星座則需要數十顆甚至數百顆,比如,“依星”星座是由66顆衛星組成的。
概念
移動通信是移動體之間的通信,或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人,也可以是汽車、火車、輪船、收音機等在移動狀態中的物體。移動通信系統由兩部分組成:1、空間系統;
2、地面系統:
①衛星移動無線電台和天線;
②關口站、基站。
移動通信系統從20世紀80年代誕生以來,到2020年將大體經過5代的發展歷程,而且到2010年,將從第3代過渡到第4代。到4G,除蜂窩電話系統外,寬頻無線接入系統、毫米波LAN、智慧型傳輸系統和同溫層平台系統將投入使用。未來幾代移動通信系統最明顯的趨勢是要求高數據速率、高機動性和無縫隙漫遊。實現這些要求在技術上將面臨更大的挑戰。此外,系統性能(如蜂窩規模和傳輸速率)在很大程度上將取決於頻率的高低。考慮到這些技術問題,有的系統將側重提供高數據速率,有的系統將側重增強機動性或擴大覆蓋範圍。
從用戶角度看,可以使用的接入技術包括:蜂窩移動無線系統,如3G;無繩系統,如DECT;近距離通信系統,如藍牙和DECT數據系統;無線區域網路(WLAN)系統;固定無線接入或無線本地環系統;衛星系統;廣播系統,如DAB和DVB-T;ADSL和Cable Modem。
移動通信的種類繁多。按使用要求和工作場合不同可以分為:
1、集群移動通信,也稱大區制移動通信。它的特點是只有一個基站,天線高度為幾十米至百餘米,覆蓋半徑為30公里,發射機功率可高達200瓦。用戶數約為幾十至幾百,可以是車載台,也可是以手持台。它們可以與基站通信,也可通過基站與其它移動台及市話用戶通信,基站與市站有線網連線。
2、蜂窩移動通信,也稱小區制移動通信。它的特點是把整個大範圍的服務區劃分成許多小區,每個小區設定一個基站,負責本小區各個移動台的聯絡與控制,各個基站通過移動交換中心相互聯繫,並與市話局連線。利用超短波電波傳播距離有限的特點,離開一定距離的小區可以重複使用頻率,使頻率資源可以充分利用。每個小區的用戶在1000以上,全部覆蓋區最終的容量可達100萬用戶。
3、衛星移動通信。利用衛星轉發信號也可實現移動通信,對於車載移動通信可採用赤道固定衛星,而對手持終端,採用中低軌道的多顆星座衛星較為有利。
4、無繩電話。對於室內外慢速移動的手持終端的通信,則採用小功率、通信距離近的、輕便的無繩電話機。它們可以經過通信點與市話用戶進行單向或雙方向的通信。
使用模擬識別信號的移動通信,稱為模擬移動通信。為了解決容量增加,提高通信質量和增加服務功能,目前大都使用數字識別信號,即數字移動通信。在制式上則有時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)兩種。前者在全世界有歐洲的GSM系統(全球移動通信系統)、北美的雙模製式標準IS一54和日本的JDC標準。對於碼分多址,則有美國Qualcomnn公司研製的IS-95標準的系統。總的趨勢是數字移動通信將取代模擬移動通信。而移動通信將向個人通信發展。進入21世紀則成為全球信息高速公路的重要組成部分。移動通信將有更為輝煌的未來。
GSM理論
移動通信網在世紀之交正以前所未有的高速度發展。本文扼要探討其現狀與展望,簡要介紹蜂窩移動通信網、衛星移動通信網和移動數據通信網的技術套用及其演進情況。引言
當前全球移動通信正以前所未有的高速度發展,有關統計資料表明,1998年全球行動電話的用戶總數將近3億,預計到2000年可達5億。我國行動電話用戶1998年達2300萬戶,預計到2000年將達到4000萬戶。由此可見,無論國內外,移動通信都是一個十分巨大的市場,它也是世界各國的重要支柱產業。目前的移動通信產品是以第二代數字移動通信為其主體,它包括歐洲採用時分多址(TDMA)技術的全球移動通信系統,和北美採用碼分多址技術的IS一95標準。
紹蜂窩移動通信網、衛星移動通信網和移動數據通信網在技術上和套用方面的演進情況。
蜂窩移動通信網
1、GSM系統的演進
採用智慧型網技術創造和開發新的服務功能,以滿足用戶新的需求,提高使用率。例如移動性和PABX的集成以滿足企業辦公室聯網和辦公室之間的虛擬專用網。同時增加容量和覆蓋,以實現全面移動性。
2、增強無線數據服務
短訊息服務(SMS)和網際網路的無線移動接入的需求增長,原來單一的話音服務已經不能滿足用戶的要求。採用智慧型訊息處理和無線接入協定(WAP)可與各種傳送方式和設備兼容。GSM的數據頻寬原來限於9.6kbit/s。
採用高速電路交換數據(HSCSD)技術實現57kbit/s的數據速率,而採用通用分組無線服務(GPRS)將實現超過100kbit/s的數據速率。GSM增強數據速率改進(EDGE)技術,更能實現在現有GSM網上的384 kbit/s的速率提供無線多媒體服務。採用這些技術後可套用於會議電視、電子郵件、遠程接入區域網路和無線圖象、信用卡認證、遠程測量等。對運營商可創造20%~30%的收入。
3、增加網路容量
GSM網路目前能提供每平方公里200~300愛爾蘭的容量。
為了支持本來業務量的增加,要求網路增加10倍的容量,達到每平方公里幾千個愛爾蘭。採用的技術有分層網路結構、智慧型跳頻(IFH)技術、微蜂窩、雙頻運營(GSM900,GSM1800)等。
增強傳輸技術
GSM網目前的數據傳輸只有9.6 kbit/s。增強其傳輸數據能力的第一步為採用HSCSD(高速電路交換數據)技術和GRPS(通用無線分組服務)技術來提高用戶的比特率。
HSCSD採用TDMA技術,把每一物理信道分成幾個時隙,並將每個時隙的傳輸速率提高到14.4 kbit/s,並可將200kHZ載波內的3個時隙合併在一起,形成一個高速數據傳輸信道。理論上一個信道的最大傳輸速率可達115.2kbit/s。GPRS是一項基於數據包的信包交換技術。它將每時隙的傳輸速率從9.6kbit/S提高到14.4kbit/s,然後將8個時隙合併在一起、最大可提供115.2kbit/s的傳輸速率。採用GPRS後,許多用戶可共享同一信道,它尤其適用於Internet/Intranet移動服務。GSM增強傳輸數據能力的第二步為採用EDGE(增強數據速率改進)技術,它可將GSM網路的傳輸速率提高到 384 kbit/s,以處理多媒體業務。EDGE同樣採用TDMA技術,其幀結構與GSM相同。每一載波頻寬 200 kHZ。它通過提高每一GSM時隙的數據容量來實現增容,可從9.6kbit/s提高到48kbit/s,甚至70kbit/s。EDGE允許集中多達8個時隙,從而使速率提高到284 kbit/s。
移動通信系統
衛星移動通信是指車輛、艦船、飛機及單兵在運動中利用衛星作為中繼器進行的通信方式,是地面蜂窩移動通信的有效補充。衛星移動通信從軌道來看,一般可分為靜止軌道、中軌道以及低軌道等3類。若按功能可分為區域性衛星移動通信和全球衛星移動通信兩大類,全球衛星移動通信系統可實現區域性衛星移動通信功能。衛星移動通信系統的主要特點包括:可實現移動平台的“動中通”;可提供多種業務,如話音、數據、定位和尋呼等,而且通信傳輸延時短,無需回音抵消器;可與地面蜂窩狀移動通信系統及其它通信系統相結合,組成全球覆蓋無縫通信網;對用戶的要求反應速度快,適用於應急通信和軍事通信等領域。
目前,世界上的衛星移動通信系統已有20多個,下面按軌道分類就幾個主要系統作一簡要介紹。
地球靜止軌道衛星移動通信系統
地球靜止軌道通信衛星的優點是只需三四顆衛星就可覆蓋除兩極以外的全球區域,現已成為全球洲際及遠程通信的重要工具,並且也在部分地區的陸、海、空領域的車、船和飛機移動通信中占有市場,但由於星地之間距離較遠,因而鏈路損耗大,傳輸時延長,使得衛星和用戶終端的體積和成本都增大,因此支持手機移動通信比較困難。隨著技術的進步,已有支持手機移動通信的靜止軌道衛星升空,不過支持個人手機移動通信主要是利用中低軌道的通信衛星。區域性衛星移動通信主要採用地球靜止軌道衛星,其典型的代表是國際移動衛星系統的第一代、第二代,以及印度尼西亞的亞洲蜂窩衛星和阿聯的圖拉雅衛星。
國際移動衛星系統
1976年,美國通信衛星公司開發了海事衛星系統,目的是為船舶與陸地用戶之間提供區域性移動通信服務,後由國際海事組織倡導成立了國際海事衛星組織,並於1982年開始提供全球海上移動通信業務。經過十幾年的發展,國際海事衛星組織已發展成為海上、陸地和空中全方位提供衛星移動通信服務的全球性通信組織,並於1995年正式更名為國際移動衛星組織,國際海事衛星系統也隨之改為國際移動衛星系統。
國際移動衛星系統第一代、第二代衛星的軌道高度為3.6萬公里,第一代於1982年啟用。隨著系統的不斷發展,1991年和1993年分別啟用移動性更強的國際移動衛星C及M終端。國際移動衛星C終端採用信息存儲轉發方式進行通信,可使國際移動衛星的工作容量得到最大限度地利用,還可以使用戶利用陸地通信網中各種通信方式傳送數據。1993年又推出了國際移動衛星B數字全業務終端,1994年國際移動衛星全球呼叫系統正式投入業務使用,1995年用於導航業務的各種專用業務終端投入使用。