1.1 衛星移動通信系統

衛星移動通信是指利用通信衛星中繼實現移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間相互通信的一種通信方式[1]。所利用的衛星既可以是對地靜止軌道（Geostationary Earth Orbit，GEO）衛星，又可以是非對地靜止軌道（Non-Geostationary Earth Orbit，NGEO）衛星，如中地球軌道（Medium Earth Orbit，MEO）衛星、低地球軌道（Low Earth Orbit，LEO）衛星和高橢圓軌道（High Elliptical Orbit，HEO）衛星等。因此，可以說衛星移動通信是傳統的固定衛星通信和地面移動通信交叉結合的產物。從表現形式來看，它既是一個提供移動業務的衛星通信系統，又是一個采用衛星作為中繼站的移動通信系統。衛星移動通信系統是指提供衛星移動業務的通信系統。利用衛星進行移動通信，具有覆蓋范圍大、作用距離遠、組網靈活、通信費用基本與距離無關、不受地面現有設備的限制、受地形地物影響小等突出優點。

衛星移動通信系統一般包括3部分，分別為：空間段、地面段和用戶段，如圖1-1所示。其中，空間段包括一顆或多顆通信衛星，這些衛星既可以運行在對地靜止軌道或傾斜地球同步軌道（Inclined Geo-Synchronous Orbit，IGSO），也可以運行在非對地靜止軌道，如中地球軌道、低地球軌道和高橢圓軌道等；地面段通常指衛星測控中心、網絡操作中心和各類關口站等保持網絡正常運行所需的各類地面控制站；用戶段是指各類用戶地球站，如手持終端，車（機、船）載終端，固定終端等[2]。

1.1.1 衛星移動通信的特點

衛星移動通信具有其他通信方式無法替代的突出優點[3]。

①衛星移動通信具有全球/區域無縫覆蓋能力、電波覆蓋區域不受地貌影響等特點，使通信真正實現全球化和個人化。因此，在解決通信不發達地區、人口稀少地區及邊遠地區的移動通信問題方面具有不可替代的作用。

② 衛星作為全球電信系統中一個基本組成部分，除傳輸電視信號外，還承載了大量的數據和話音業務，而且衛星通信業務向多樣性和綜合性方向發展，以期與未來的多媒體高速信息傳輸融合。

③ 衛星覆蓋區域廣，可以作為通信網絡的起始點，能將在地理上相距很遠的用戶連接在一起，滿足陸上、海上、空中立體化全方位通信。

④衛星系統有一個共同特點，即通信成本對距離不敏感，這意味著通信雙方距離遠近與通信成本無關。

總之，衛星移動通信系統融合了傳統衛星通信和移動通信的優點，成為實現全球個人通信的首選方案。

與衛星固定通信相比，衛星移動通信在技術上主要有如下特點[2]。

① 衛星功率有限與移動站低天線增益之間的矛盾十分突出。為實現“動中通”，移動站一般采用弱方向性天線，造成移動站的接收系統品質因子（接收天線增益G與接收系統噪聲溫度 T的比值，G/T）值很小，這勢必要求衛星能夠向覆蓋區提供很高的等效全向輻射功率（Equivalent Isotopically Radiated Power,EIRP），才能確保一條鏈路的通信質量。因此，衛星移動通信系統一般是典型的功率受限系統。

②電波傳播情況復雜，系統是在非高斯信道中工作的。移動站采用低增益天線（即弱方向性）并在移動中通信，這決定了其瞬時傳播環境的不確定性。在通信過程中信號會遭受到多徑效應、陰影效應和多普勒效應等，這要求系統能夠采取相應的對抗措施，比如，采用適當的分集方式、糾錯編碼方式和調制解調方式等。

③眾多的用戶共享有限的衛星（功率與頻率）資源。由于衛星移動通信系統的特點之一是大量移動站共享有限的衛星功率與頻率資源，為確保對資源的有效利用，支持大量用戶的同時通信，需要進行星體一體化設計，實現高效而靈活的組網傳輸和資源調度。

④移動臺要求高度的機動性，故小型化具有十分重要的意義。終端小型化中最重要的是適應各類移動臺結構要求的天線和射頻部件的小型化，高穩定度的頻率源和高效率的功率放大器是影響小型化的重要因素。

1.1.2 衛星移動通信系統的分類

衛星移動通信系統按其不同屬性具有不同的分類方法[1]。

（1）按衛星移動通信系統服務的終端位置分類

按衛星移動通信系統服務的終端位置可以分為陸地衛星移動系統（Land Satel-lite Mobile System，LSMS），海上衛星移動系統（Maritime Satellite Mobile System， MSMS）和航空衛星移動系統（Aeronautical Satellite Mobile System，ASMS）。其中，陸地衛星移動系統旨在為陸地上的移動用戶提供各種通信服務。海上衛星移動系統旨在為海上船舶提供通信業務和無線電定位服務。航空衛星移動系統旨在為飛機中的機組人員和乘客提供通信服務。

（2）按系統采用的衛星軌道類型及軌道高度分類

按衛星在空間運行的軌道類型可以分為圓軌道和橢圓軌道衛星移動通信系統。衛星軌道平面與地球赤道平面的夾角軌道稱為軌道傾角。軌道傾角等于0°的稱為赤道軌道，軌道傾角等于 90°的稱為極軌道，軌道傾角在0°～90°之間的稱為傾斜軌道。圓軌道衛星移動通信系統又可按其高度分為靜止軌道衛星移動通信系統、中軌道衛星移動通信系統和低軌道衛星移動通信系統3種，如圖1-2所示。靜止軌道衛星移動通信系統的衛星位于地球赤道上方35 786 km高度的地球同步軌道上，軌道傾角為0°。衛星圍繞地球自西向東旋轉，與地球自轉具有相同的周期，運行周期為 24 h。原則上覆蓋整個地球只需 3 顆靜止軌道衛星。海事衛星（Inmarsat）系統、亞洲蜂窩衛星（ACeS）系統、瑟拉亞（Thuraya）衛星系統和我國的天通一號衛星移動通信系統是典型的靜止軌道衛星移動通信系統。

中軌道衛星移動通信系統的衛星距離地面5 000～15 000 km，運行周期為4～12 h。另外三十億（Other 3 Billion，O3b）系統是目前全球唯一在軌運行的中軌道衛星移動通信系統。低軌道衛星移動通信系統的衛星距離地面500～1 500 km，運行周期2～4 h。低軌道衛星移動通信系統由于衛星軌道高度低，路徑損耗小，收、發信機功率低，因此可以做到終端手持化。此外，低軌道衛星的傳輸時延小，更加適用于實時通信。銥（Iridium）系統、全球星（Globalstar）系統及軌道通信（Orbcomm）系統是典型的低軌道衛星移動通信系統。

（3）按通信覆蓋區域分類

此外，衛星移動通信系統按通信覆蓋區域又可分為國際衛星移動通信系統、區域衛星移動通信系統和國內衛星移動通信系統。海事衛星系統、銥系統和全球星系統為國際衛星移動通信系統。亞洲蜂窩衛星系統、瑟拉亞衛星系統為區域衛星移動通信系統。天通一號衛星移動通信系統是國內衛星移動通信系統。