2.6 窄帶衛星通信系統

2.6.1 系統簡介

美國的窄帶衛星通信系統一直由海軍負責發展，獨立于承擔軍事航天計劃的空軍。該系統從20世紀70年代末開始使用UHF頻段的艦隊衛星（Fltsatcom），80年代使用UHF頻段的租賃衛星（Leasat）進一步補充戰術移動通信能力，從20世紀90年代開始使用特高頻后繼（UFO）衛星替換原有的UHF頻段的衛星。UFO衛星除承載UHF頻段的有效載荷之外，還增添了其他頻段的有效載荷，開展相關的通信業務。21世紀初開始發展的以UHF頻段為用戶鏈路、以Ka頻段為饋線鏈路的移動用戶目標系統（MUOS），構建了美軍新一代的窄帶衛星通信系統，并以MUOS衛星逐步替代UFO衛星。

1.特高頻后繼衛星通信系統

特高頻后繼衛星通信系統是美國國防部的特高頻和極高頻衛星通信系統，用于全球戰略、戰術通信的窄帶業務，為艦-艦、艦-岸和艦-飛機提供語音、數據鏈路，是美國海軍最主要的通信系統。該系統的衛星具有保密、抗干擾通信功能，還具有在無地面指令控制管理的情況下在軌自主工作30天的能力。

特高頻后繼衛星通信系統包括：由分布在覆蓋全球的4個靜止軌道位置（其中，100°W覆蓋美國本土，23°W覆蓋大西洋區域，72°E覆蓋印度洋區域，172°E覆蓋太平洋區域）上的8顆單波束UFO衛星（每個軌道位置的兩顆衛星互為備用）組成的空間段；由一個位于美國加州的海軍計算機與通信站（NCTS）和分設在4個地區（東太平洋、大西洋、地中海、西太平洋）的海軍計算機與通信區域主站（NCTAMS）及它們彼此連接的通信線路組成的地面段。4個NCTAMS地理位置的分布能確保每個站都在與它左右相鄰的兩顆衛星的視區內。整個空間段與地面段組成全球覆蓋的衛星通信網絡，以便為各種移動用戶終端提供通信服務。

2.MUOS

MUOS是美軍新一代的窄帶衛星通信系統。該系統的用戶鏈路通信頻段仍采用UHF頻段，原因是UHF頻段具有許多其他頻段所沒有的優點，而且考慮了對上一代衛星通信系統的繼承性，這樣可繼續沿用那些系統已有的基礎設施和技術。新的波形和算法能夠使像地面蜂窩移動通信話機大小的設備在密林中和惡劣的天氣條件下仍然獲得良好的通信質量，還能夠在有阻擋通信信號傳播的建筑等障礙物的城市或其他地區進行可靠通信。利用這一新系統，戰場上的部隊能夠發送和接收傳真、實時電報和其他不需要更寬帶寬的應急通信信息。

整個特高頻后繼衛星通信系統能處理1029個數據傳輸速率為2.4kbps的終端的同時接入，總容量為2.469Mbps。而整個MUOS能處理16332個數據傳輸速率為2.4kbps的WCDMA終端的同時接入，以及424個數據傳輸速率為2.4kpbs特高頻后繼衛星通信系統終端的接入，總容量為40.216Mbps。

MUOS的空間段由4顆業務衛星和1顆在軌備份衛星組成。地面段的4個NCTAMS的位置為美國的夏威夷和諾福克、意大利的西西里及澳大利亞的杰洛頓。它們的配置能確保每個站都在與它左右相鄰的兩顆衛星的視區內。

MUOS是一個業務頻段為純UHE頻段的衛星通信系統，不再是像特高頻后繼衛星通信系統那樣的多頻段系統。它的通信體制采用類似商用地面移動蜂窩通信使用的3G WCDMA機制，放棄了特高頻后繼衛星通信系統采用的DAMA/TDMA通信機制。圖2-32所示為MUOS衛星的蜂窩狀多點波束，是給3G WCDMA機制的用戶終端通信用的。

為了兼容傳統特高頻后繼衛星通信系統的各用戶終端，以便其在MUOS衛星上天后能繼續使用，MUOS衛星上搭載了一個UHE頻段有效載荷，其波束覆蓋區與原特高頻后繼衛星通信系統UHE頻段的全球波束覆蓋區相同。

2.6.2 UFO衛星和MUOS衛星

1.UFO衛星

美國原海軍空間與海戰系統司令部負責UFO衛星的采購和管理工作，共訂購了11顆UFO衛星（UFO-1～UFO-11），分4組發射，現已全部發射（其中第1顆衛星UFO-1發射失敗）并覆蓋于太平洋、印度洋、大西洋和美國本土上空。

11顆UFO衛星雖然同屬一個系列，但仍做了不斷改進。第1～3顆衛星載有UHF和SHF頻段有效載荷；第4～7顆衛星增加了EHF頻段有效載荷，其中第7顆衛星的EHF頻段有效載荷提供了兩倍的能力；在第8～10顆衛星上的SHF有效載荷被Ka頻段全球廣播業務（GBS）有效載荷替換，為了滿足其功率增長的需求，衛星平臺兩邊的太陽能電池翼由3塊電池板增加為4塊電池板。第11顆衛星載有UHF和EHF頻段有效載荷。

所有UFO衛星都采用三軸穩定的波音601通信衛星平臺，采用抗核加固設計。UFO衛星結構分解如圖2-33所示。UFO衛星系列技術狀態演變如表2-25所示。UFO衛星不同頻段的有效載荷特性如表2-26所示。其中，UHF頻段有效載荷框圖如圖2-34所示，Ka頻段有效載荷框圖如圖2-35所示。

2.MUOS衛星

MUOS衛星外形和主要技術特性如圖2-36和表2-27所示。

MUOS衛星有效載荷的框圖如圖2-37所示。其中，用戶鏈路相關設備使用UHF頻段，饋電鏈路相關設備使用Ka頻段。公用反射面的UHF頻段收/發天線各自產生16個固定的蜂窩狀點波束，其波束圖如圖2-38所示。

2.6.3 特高頻后繼衛星通信系統地球站和MUOS地球站

1.特高頻后繼衛星通信系統地球站

與UFO衛星UHF頻段的5kHz和25kHz通道有效載荷聯合工作的地球站通信設備采用DAMA/TDMA通信機制，其能提供5kHz和25kHz通道的硬件和軟件設施都安裝于聯合軍事衛星通信綜合網絡（JMINI）控制系統。該系統的網絡控制終端（NCT）負責具體的通信操作。前述的NCTAMS和NCTS均設有JMINI控制系統。

2.MUOS地球站

MUOS地球站的配置：對應太平洋和美國本土兩波束覆蓋區的地球站（位于美國的夏威夷和諾福克）配置了無線接入設備（RAF）、交換設備（SF）和網絡管理設備（NMF），對應大西洋和印度洋兩波束覆蓋區的地球站（位于意大利的西西里和澳大利亞的杰洛頓）只配置了無線接入設備。此外，其配置還包括將這些地球站互聯互通的地面通信線路。

2.6.4 特高頻后繼衛星通信系統用戶終端和MUOS用戶終端

1.特高頻后繼衛星通信系統用戶終端

為了充分利用特高頻后繼衛星通信系統以保證艦船和潛艇的通信，美海軍在艦艇上廣泛地裝備了UHF頻段的衛星通信終端。以下是一些應用的典型通信終端。

（1）AN/SSR-1型艦隊廣播接收機。每艘水面艦艇都裝一部，用以接收來自任意5個主要岸基通信站通過UFO衛星轉發來的UHF艦隊的廣播下行信號。

（2）AN/WSC-3型UHF SATCOM/LOS通信終端。它是美海軍的標準UHF衛星遠程通信和視距通信（LOS）終端，裝載在艦隊的艦艇和潛艇上，也有一定數量的該類終端用于機載或車載。它可以傳送高質量的語音和數據，用于進行日常通信和滿足戰術通信的需要。如今，裝備的AN/WSC-3（V）型終端具有多種基于跳頻的抗干擾能力，使敵軍很難進行干擾。

（3）AN/USC Mini-DAMA通信終端。此終端比AN/WSC-3型UHF SATCOM/LOS通信終端體積小、質量輕，較易裝載在艦艇和飛機上。它支持25kHz TDMA/DAMA、5kHz DAMA，以及5kHz和25kHz的專用信道，還支持UHF LOS、AFSATCOM Ⅰ和OTCIXS Ⅱ等工作方式。

需要指出的是，在海灣戰爭以后，美海軍認為單純的UHF頻段的衛星通信已不能適應新業務的需要，如利用UHF頻段進行圖像傳輸的速度較慢，并且圖像的分辨率低。UFO衛星為此增加了SHF、EHF頻段有效載荷，艦隊的旗艦、航空母艦和兩棲攻擊艦上都裝備了AN/WSC-6 SHF衛星通信系統。

2.MUOS衛星用戶終端

隨著特高頻后繼衛星通信系統向MUOS過渡，系統必須保持后向兼容，以支持新用戶終端和傳統用戶終端的混合使用，MUOS可以兼容特高頻后繼衛星通信系統現用的全部終端設備。

特高頻后繼衛星通信系統的一個缺陷是用戶通信時必須停下來，只能“靜中通”，這就降低了部隊快速穿插戰場的能力。相反，MUOS則具有提供“動中通”的能力，而且終端設備裝備了全向天線。

MUOS支持體積小、質量輕的通信設備，改進了用戶終端的性能。例如，典型的PSC-5型UHF便攜機不帶電池時重11磅（1磅≈0.45千克），并且具有23.5dBW的EIRP及15.9dB/K的G/T，可支持速率為16kbps的通信；與之相比，在最適宜的環境下，MUOS的目標是用只有8.5dBW的EIRP和7.7dB/K的G/T來支持UHF手持終端，速率達到32kbps，質量帶電池總計不超過1磅。為了提供相同的甚至更好的業務，MUOS必須通過各種技術來補償終端性能的降低，這些技術包括改進波形處理及增強空間飛行器的EIRP和G/T。