下一代卫星移动通信(上)

一、引言

　　随着移动通信系统的发展，卫星移动通信系统在其中起着越来越重要的作用。卫星通用移动通信系统(S UMTS)将为UMTS用户提供全球性的覆盖，使用户在任何地方都可以进行通信。要为将来的固定和移动通信提供全球性的覆盖，卫星系统是必不可少的。卫星部分将在全球信息基础结构(GII)中起一个很重要的作用，欧洲的COST252工作组正在制定相关的卫星个人通信标准。3G移动系统的数据速率为144kb/s到2Mb/s，卫星部分速率上限是144kb/s。在ACTS项目和Ka频段的商用系统中，卫星部分的目标是为固定和移动终端提供更高的数据速率。3G全球多卫星多波束系统采用码分多址技术，如欧洲ESA的宽带CDMA卫星系统(SW-CDMA)，它是卫星宽带/时分多址接入技术与CDMA技术的结合。

二、卫星系统结构

　　卫星系统有助于基于TCP/IP的Internet应用的增长，尤其是要求高带宽和带宽点播灵活性的多媒体业务。因此，ATM、TCP/IP和卫星技术将会是未来全球系统联网的基础。

　　卫星是网络基础设施的一部分，它与地面骨干网络的互操作性很重要，有助于提供QoS和兼容不同类型的业务。

　　1.系统情况

　　S UMTS----S UMTS网络与地面网络相接，以提供2Mb/s的数据速率。

　　S ATM(卫星异步转移模式)----在卫星ATM的分层实现上，存在两种不同的观点，一种是不改变现有卫星的协议结构，只是将ATM协议放在非ATM的卫星协议平台上。另一种观点是卫星网采用完全的ATM结构，其中卫星部分的ATM层是S-ATM(以区别地面固定网中的ATM层)，支持传统的ATM业务、TCP/IP应用和UDP/IP应用。前者的优点是卫星平台对不同用户终端的协议标准是透明的；卫星访问协议止于关口站，不会为外界网看到；不需要修改现行的卫星标准。缺点是很难为各种不同的协议提供最好的性能。具有这种分层结构的卫星ATM称之为在非ATM上的ATM封装。后者的优点是适用于一个高度集成的星地ATM环境，缺点是协议复杂，需要修改现有的各种卫星协议和网间接口协议。

　　S IP(卫星IP)----使用IP传输，可以直接连接到IP骨干网，也便于采用Internet的新标准，如IPv6、RSVP、移动IP等。有卫星星际链路(ISL)的卫星系统能够使用冗余的路径，可以避免网络的拥塞。在低轨道(LEO)卫星网络中，使用IP路由很有吸引力，它支持组播和与地面IP网络的连网，但是它不适合电路交换网络。不同的商用系统采用不同的方法：Celestri和SkyBridge将ATM并入到卫星交换；Teledesic使用专用的无连接自-适应路由协议，提供快速的分组交换。

　　2.系统要求

　　容量----S UMTS为单个用户提供的数据速率可以达到144kb/s。使用Ka频段的宽带卫星系统为每个用户提供的数据速率如下：Teledesic全球卫星系统的上行链路为16kb/s？2Mb/s，下行链路为16kb/s？64Mb/s；Spaceway的上行链路为16kb/s？6Mb/s，下行链路高达92Mb/s；Astrolink的上行链路最高可达20Mb/s，下行链路最高可达155Mb/s。

　　频段----目前，UMTS的频段为1885？2025MHz和2110？2200MHz，为卫星部分留出的只有30MHz。卫星移动通信(MSS)的上下行链路分别在L和S频段运行，反馈链路在C频段提供传统的窄带业务，要提供宽带业务，就得使用Ka频段(20？30GHz)和极高频(EHF)频段(40？50GHz)。

　　3.卫星星座

　　现在的多数卫星系统采用地球静止轨道(GEO)卫星系统。GEO的性能受传输时延的影响，时延为0.5秒，这是从卫星到地面的传播时间。这对实时业务流来说，是很不利的。

　　新一代的宽带系统要求很低的时延，这就要求在非地球静止轨道(NGEO)星座有更多的低中轨道卫星。LEO卫星(高度为500？2000km)的时延为10-40ms，但是LEO卫星的覆盖范围比较小，传输时有很大的多普勒频移。为了保持实时传输不被中断，这需要频繁的星际切换，这意味着波束之间的切换需要巨大的信令开销(一个波束相当于地面蜂窝系统中的一个小区)。

　　中轨道(MEO)卫星(高度为2000？20000km)处在GEO和LEO卫星之间。在用户切换到下一个卫星之前可以持续一个小时。

　　也可以使用其他的卫星星座。例如，高椭圆轨道(HEO)卫星系统，它的远地点和近地点相距很远。商用Ellipso和Pentriad系统就是使用的HEO卫星，当卫星沿着远地点缓慢地移动时，可以提供通信业务。但是，这些系统仅仅限于特定的业务。