作者：汪洋 單位：中國電子科技集團公司第五十四研究所

在相同條件下對3種系統(tǒng)通信衛(wèi)星的EIRP和G/T值的計算比較，可以看出，針對區(qū)域覆蓋的情況，當(dāng)用戶終端和星上設(shè)備參數(shù)以及通信體制完全一致時，所需GEO衛(wèi)星的EIRP值和G/T值比MEO衛(wèi)星高10dB，比LEO衛(wèi)星高約30dB，但GEO只需1顆衛(wèi)星即可實現(xiàn)區(qū)域覆蓋，而MEO和LEO系統(tǒng)均需要多顆衛(wèi)星覆蓋相同的區(qū)域。雖然靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的時延較大，但是對于區(qū)域性的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，全部用戶均處于同一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域之內(nèi)，不需要不同衛(wèi)星之間的轉(zhuǎn)發(fā)，所以整個鏈路的最大時間延遲不超過500ms，處于用戶可以承受范圍之內(nèi)，這樣就最大限度地減少了任務(wù)的總開銷而降低任務(wù)的成本。因此，從系統(tǒng)造價和可實現(xiàn)程度的角度考慮，GEO系統(tǒng)更適合于區(qū)域覆蓋衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。就中國的實際情況而言，靜止軌道衛(wèi)星技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并將依然是衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的中堅力量，結(jié)合當(dāng)前衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)的可實現(xiàn)性的研究分析，采用GEO衛(wèi)星實現(xiàn)對中國及周邊地區(qū)的區(qū)域覆蓋是較好的解決方案，并且隨著星上處理技術(shù)、星載天線技術(shù)的不斷迅速發(fā)展，采用GEO衛(wèi)星實現(xiàn)區(qū)域覆蓋的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)將具有更為廣闊的發(fā)展空間［2］。

基于GEO衛(wèi)星移動通信的使用性能分析基于GEO衛(wèi)星移動通信站俗稱動中通，從使用需求看，動中通站的傳輸速率應(yīng)明顯高于低軌道衛(wèi)星移動通信用戶間的傳輸速率，能夠與第3代移動通信達到的最高速率兼容，即支持的業(yè)務(wù)速率最高達到2Mbit/s，傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型為圖像、數(shù)據(jù)和話音。在載體車型和路面狀況共同決定的運動速度下，天線與通信衛(wèi)星具有通視條件時，動中通應(yīng)保證通信業(yè)務(wù)速率和質(zhì)量，信號質(zhì)量應(yīng)等同于靜止通信狀態(tài)。由于動中通在行駛過程中不可避免地要經(jīng)過涵洞、橋梁等遮擋從而造成通信中斷，也會由于周圍地物、地貌造成遮蔽衰落和多徑衰落，為此，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設(shè)計時要加大系統(tǒng)余量以及采用有較強糾錯能力的編碼方式來應(yīng)對遮蔽衰落和多徑衰落。對于利用衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)頻段來提供衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)的動中通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)來說，其核心問題是天線的伺服跟蹤，使得天線能夠不受外部影響而能始終對準衛(wèi)星。這就是天線穩(wěn)定系統(tǒng)要解決的主要問題，也是實現(xiàn)動中通衛(wèi)星通信的前提。為適應(yīng)車輛在不同方向、不同坡度的路面行駛，天線伺服系統(tǒng)的跟蹤范圍要大，對路面和車速共同造成的載體顛搖與沖擊的隔離度要足夠高，以保證天線主瓣指向衛(wèi)星;天線遮擋消失后伺服系統(tǒng)再捕的最大捕獲時間要小;能耐受車型、車速與路況共同造成的沖擊震動環(huán)境，確保天線有較高的跟蹤精度［3］。

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)設(shè)計時，不但要考慮動中通站型的機動性和站型的能力，還要考慮系統(tǒng)所占用的帶寬功率。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)占用衛(wèi)星帶寬和功率計算對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說，系統(tǒng)建設(shè)分為地面設(shè)備和空間段轉(zhuǎn)發(fā)器，其中空間段的成本是系統(tǒng)運營過程中的主要開銷，如何更加有效地使用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，有效地降低地面設(shè)備成本，提高系統(tǒng)工作的可靠性，使系統(tǒng)簡單易用，是衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計中最重要的工作。衛(wèi)星空間段資源主要由轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)器功率2部分組成，衛(wèi)星公司通常的做法是根據(jù)用戶載波占用轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的百分比和占用轉(zhuǎn)發(fā)器功率的百分比來決定轉(zhuǎn)發(fā)器的租金，通常要取二者中比較大的那個百分數(shù)。所以選擇通信體制和選擇設(shè)備時的原則應(yīng)該是:①盡量少地占用轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬;②盡量少地占用轉(zhuǎn)發(fā)器的功率;③要平衡轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬和功率的占用率［4］。

占用衛(wèi)星帶寬計算衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬一般由式(1)來計算［5］。BW=Rb×1FEC×1Mod×(1+α)，(1)式(1)中，BW為衛(wèi)星業(yè)務(wù)占用帶寬(Hz);Rb為系統(tǒng)傳輸信息速率(bps);FEC為系統(tǒng)傳輸?shù)那跋蚣m錯編碼;Mod為系統(tǒng)的調(diào)制方式;α為成型濾波器的滾降系數(shù)。圖1給出了信道編碼調(diào)制方式與傳輸帶寬的關(guān)系。由式(1)和圖1可以看出，系統(tǒng)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬取決于系統(tǒng)信息傳輸速率、糾錯編碼方式、調(diào)制方式和成型濾波器的滾降系數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)確定后，系統(tǒng)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬也就隨之確定了。

占用衛(wèi)星功率的計算衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率一般由式(2)來計算。EIRPSD=EbNO－(G)TD+LD+Rb+K+BOO，(2)式(2)中，EIRPSD為衛(wèi)星全向有效輻射功率(dBW);EbNO為系統(tǒng)解調(diào)門限(dB);(G)TD為地面移動終端的品質(zhì)因數(shù)(dB/K);LD為下行傳輸損耗，包括自由空間損耗和其他損耗(dB);Rb為系統(tǒng)傳輸信息速率(bps，計算時應(yīng)換算成dB);K為波爾茲曼常數(shù)，該值為－228.6dB;BOO為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出補償(dB)，該值與所使用的衛(wèi)星有關(guān)。由式(2)可以看出，系統(tǒng)占用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率取決于系統(tǒng)解調(diào)門限、移動終端的品質(zhì)因數(shù)、下行鏈路的傳輸損耗、信息傳輸速率、波爾茲曼常數(shù)和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出補償。在上述參數(shù)中可以看出，地面移動終端的品質(zhì)因數(shù)越大，占用的衛(wèi)星功率資源也就越小，而品質(zhì)因素大小取決于接收天線的口徑，天線口徑越大，品質(zhì)因素就越大，占用的衛(wèi)星功率資源就越小。

衛(wèi)星移動通信站型通信能力的計算一個衛(wèi)星通信站型有多大的通信能力，取決于它所在的地理位置、對端站的大小、所使用的衛(wèi)星以及所占用的衛(wèi)星功率是否合理等諸多因素來確定，如果不考慮上述因素，只是籠統(tǒng)地說某某站型具有多大的通信能力，是沒有意義的。下面通過一組計算來說明這個問題。

計算條件①動中通天線口徑分別為0.5m和1.2m;②動中通站的位置:南京、沈陽、西寧;③動中通分別與固定站進行通信，動中通的跟蹤損失小于1dB，天線罩插入損耗小于0.6dB;④動中通與固定站之間的傳輸速率:2048kbps;⑤固定站的天線口徑:4.5m，固定站的地理位置為鄭州;⑥使用衛(wèi)星:亞洲3S衛(wèi)星，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬為54MHz。表1給出了晴天時的計算結(jié)果，表2給出了考慮99．5%降雨可用性的計算結(jié)果。

計算結(jié)果分析由表1和表2的計算結(jié)果可以看出，動中通車載站在與固定站進行業(yè)務(wù)通信時，在不同的地點所需要的發(fā)射功率以及對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率占用率是不一樣的。例如0.5m動中通在西寧要與在鄭州的固定站進行2048kbps的業(yè)務(wù)通信時，晴天時需要動中通的發(fā)射功率為58.1W，對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率占用率為5.3%，對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率占用率卻達到了35.1%，盡管此時也能進行信息傳輸，但是對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的使用是非常不合理的。因為如果只考慮頻率因素，理論上該衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上能夠安排18個速率為2048kbps的業(yè)務(wù)載波，但從功率上考慮，理論上只能安排不到3個速率為2048kbps的業(yè)務(wù)載波。這種情況下，衛(wèi)星管理者就要求該用戶增大接收天線的口徑，如果用戶不愿意(或不能)增大天線口徑，只好按照功率占用率來支付衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的租金，大大提高了通信費用。如果此時動中通的所在地正在下雨，轉(zhuǎn)發(fā)器使用的不合理更甚。如果采用大口徑天線的動中通，上述情況就會有非常大的改善。例如1.2m動中通在西寧要與在鄭州的固定站進行2048kbps的業(yè)務(wù)通信時，晴天時需要動中通的發(fā)射功率為10.1W，對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率占用率為5.3%，對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率占用率卻達到了6.7%，此時各項指標都可以接受。