国际移动卫星通信系统
国内外卫星移动通信系统发展现状综述
0引言1957年10月4日，苏联发射了人类历史上的第一颗人造卫星———Sputnik1，标志着人类从此进入了卫星时代。
随着世界新军事变革的不断发展，战争形态已由摩托化、机械化加速向信息化、智能化演变，尤其是太空和网络空间领域，已成为世界大国之间战略博弈的新焦点。
不论是局部战争，还是国际维和、抢险救灾、海上护航等，都离不开太空和网络空间的支援。
所以，构建天基通信系统和天地一体化网络，掌握制天权和制网权，是决定未来战争胜负的关键因素，也是一个国家在国际政治、经济、军事、科技乃至综合国力上的重要体现，影响着国家安全和发展大局。
卫星移动通信系统作为天基通信的重要手段，是国家重要的战略性信息基础设施，被越来越多的国家所重视。
1国外卫星移动通信系统发展现状继苏联发射第一颗人造卫星之后，美国于1958年1月31日发射第一颗人造卫星———探险者1号，后在1958年12月，美国又发射了第一颗试验通信卫星———斯科尔，正式拉开美苏太空通信领域的装备竞赛，英国、法国、北约等国家和组织也陆续加入到通信卫星的研发当中。
目前，全世界在轨通信卫星大约700余颗，其中地球静止轨道卫星200多颗。
绕地球运行的军事通信卫星约110颗，其中约一半的军事通信卫星为美国所拥有。
包括美国在内的大多数国家通信卫星均为军民合用。
卫星移动通信系统属于通信卫星的一种，它是传统的卫星固定通信与地面移动通信交叉结合的产物，主要以商业运营为主，战时卫星资源可被军方征用。
卫星移动通信系统是利用卫星作为中继器，实现移动用户之间、移动用户和地面固网、蜂窝网或其他专网用户之间通信的系统，是地面蜂窝移动通信的有效补充。
按照在轨高度，卫星移动通信系统分为GEO（静止轨道）卫星系统、MEO（中轨道）卫星系统和LEO（低轨道）卫星系统三种。
其中，GEO卫星系统运行在赤道上方高度35 800km的地球同步轨道，卫星一般采用大型多波束天线、高功率等成熟技术，投资少、技术复杂度低，但传播时延大，不能实现两极覆盖，典型代表是国际移动卫星公司经营的Inmarsat系统、阿联酋的Thuraya 系统。
移动卫星通信系统
手持终端 移动终端
信关站
用户段
（地面主站、网关站）
地面段
PSTN/PLMN 核心网
用户信息 管理系统
卫星控制 中心SCC
用户链路
3
馈送链路
移动卫星通信系统的分类
海事移动卫星系统(MMSS)
用途
航空移动卫星系统(AMSS)
分类
陆地移动卫星系统(LMSS)
同步轨道系统 (GEO)
卫星运行 高椭圆轨道系统(HEO)
❖ 典型实例： Iridium(铱系统) Globalstar(全球星系统) Orbcomm(轨道通信系统)
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❖ 网状星座：通常区域覆盖，如Globalstar系统
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移动卫星通信系统的发展及特点
❖ 第一代移动卫星通信系统：模拟信号技术 1976年，由3颗静止卫星构成的MARISAT 系统成为第1个提供海事移动通信服务的 卫星系统
轨道
中轨道系统(MEO)
低轨道系统(LEO) 4
海事移动卫星系统(MMSS)
❖ MMSS旨在帮助海上救援工作，提高船舶使 用效率和管理水平，改善海上通信业务和提 高无线定位能力。
❖ 其在海事上的应用包括：直拨电话、传真、 电子邮件和数据连接等。
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航空移动卫星系统(AMSS)
❖ AMSS的主要用途是在飞机与地面之间 为机组和乘客提供话音和数据通信。
1982年，Inmarsat-A成为第1个海事移动 卫星电话系统
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❖ 第二代移动卫星通信系统：数字传输技术 1988年，Inmarsat-C成为第1个陆地移动 卫星数据通信系统 1993年，Inmarsat-M和澳大利亚的 Mobilesat成为第1个数字陆地移动卫星电 话系统，支持公文包大小的终端 1996年，Inmarsat-3可支持便携式的膝上 型电话终端
全球星卫星移动通信系统及其发展现状
发展 的需 要 ， 静 止 卫 星 Ｎ—Ｇ Ｏ 系统 ， 括 低 轨道 星 非 Ｓ 包 Ｌ ０ 和 中轨道 卫 星 系统 ＭＥ Ｓ便 应 运 而 生。近 年 来 ， 界 Ｅｓ Ｏ 世 上不同的 国家 和组 织纷 纷 推 出 了采用 中 、 轨道 Ｍ Ｏ Ｉ Ｏ 低 Ｅ ／Ｊ ￣ 的全球 卫星移 动通 信系统或 导航系统 ， 改变 了传统的用 地球 Ｇ Ｏ卫 星实现对地服务 的局面 ， Ｅ 并将极大 地扩展人类 相互 交 往和沟通 的空 间和地域 。移 动卫 星通 信向 全球 个 人通 信 的 发展主要 是以低轨道 Ｌ Ｏ为主 。在 已提 出的一 系列 的 Ｎ— Ｅ Ｇ Ｏ系统 中 ， Ｓ 影响最 大的有摩托 罗拉公 司的铱 系统 （ｒ ｉ Ｉｄ ｉ— ｕ ｍ）、 拉 一 高 通 公 司 的 全 球 星 卫 星 移 动 通 信 系 统 劳
全 球 星卫 星移 动 通 信 系统 发 展 现 状
通 信 系统 的近 期 发 展 和 应 用 前 景 。 关键词
Ｔｈ ｏ ａ ｔ ｌ ｔ ｍ ｍ ｕ ｉａ ｉ ｎ Ｓ ｓｅ ｎ ｔ ｖ ｌ ｐ ｅ ｔ ｅ Ｇｌ ｂ ｌＳａ ｅｌ ｅ Ｃｏ ｉ ｎ ｃ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｄ Ｉｓ Ｄｅ ｅｏ ｍ ｎ
２ 全 球 星 卫 星 通 信 系统
全球星卫 星系统 （ Ｍ Ｃ ） 由 美 国劳拉 公 司 （ ｏ １ 和 Ｇ Ｐ Ｓ是 Ｌｒ ） ａ 高通 公司（ ｕ ｏ ｍ） Ｑ ￣ｃｍ 发起 的卫 星移 动通信 系统 。它 有 ４ ８颗 卫星 ， 另加 ８ 颗备 用 星 ． 星重约 ４ ０ ｇ 分布 在 ８个 倾 角 卫 ５Ｋ ， 为 ５ 的 圆形轨道 上 。轨道 高度为 １１ ｍ， 个轨道分布 ６ Ｔ ４ ４Ｋ 每 颗卫 早和 １ 颗备用 卫星 。系统 覆盖南北 纬 ７。以内地 区 ． ０ 其
移动通信的导航卫星系统
移动通信的导航卫星系统移动通信的导航卫星系统在现代社会中起着重要的作用。
无论是在日常生活中还是在商业领域，导航卫星系统都已经成为不可或缺的工具。
本文将讨论导航卫星系统在移动通信领域的应用以及其带来的影响。
一、导航卫星系统的基本原理导航卫星系统是通过一组卫星和地面设备构成的。
其中最为著名的是美国的全球定位系统（GPS）和俄罗斯的格洛纳斯系统。
这些系统利用多颗卫星分布在地球轨道上，通过接收终端设备发送的信号，从而确定设备的精确位置。
通过对接收到的多个卫星信号进行计算，导航卫星系统可以提供高精度的时空定位信息。
二、导航卫星系统在移动通信中的应用1. 位置服务导航卫星系统为移动通信提供了强大的位置服务能力。
当移动设备启用导航功能时，系统可以准确地确定设备当前的位置，并提供相应的导航指引。
这使得人们可以轻松地找到目的地，无论是在城市中还是在偏远地区。
此外，导航卫星系统还支持实时交通信息，可以为用户提供最佳路线选择。
无论是个人用户还是商业用户，都可以从这一功能中受益。
2. 紧急救援导航卫星系统在紧急救援行动中发挥着关键作用。
当发生事故或紧急情况时，人们可以通过移动设备发送信号，导航卫星系统可以快速确定其精确位置，并将该信息传输给相关救援团队。
这样，救援人员可以准确迅速地抵达现场，提供及时救助。
3. 航空和航海导航卫星系统对于航空和航海领域来说是不可或缺的。
在飞机和船只中安装导航设备可以实时跟踪其位置，并提供航行指引。
这对于确保飞行和航海安全非常重要。
此外，导航卫星系统还可以提供天气数据和飞行流量信息，帮助飞行员和船员做出更好的决策。
三、导航卫星系统带来的影响1. 便利性的提高导航卫星系统使得移动通信更加便利。
人们可以随时随地使用导航功能来寻找目的地，无需担心迷路。
此外，导航卫星系统还可以为用户提供附近的商店、餐馆等信息，增加了出行的便利性。
2. 经济效益的增加导航卫星系统对商业领域带来了巨大的经济效益。
例如，快递公司可以通过导航卫星系统优化路线，提高运输效率，减少成本。
GMDSS概述解析
（5）信息宿或称信宿是指语音、图像和文 字等信息的归宿，它是信息的接收者。
2）模拟信息和数字信息 （1）模拟信息：信息的状态随时间连续变 化 。传输模拟信息的通 信称为模拟通信。
在GMDSS中， MF/HF/VHF无线电话通信 系统属于模拟通信系统。
（2）数字信息：信息的状态不随时间连续 变化 。这种离散变化的 状态可用二进制的数字来 表示。以数字方式传输信 息的通信就是数字通信。
2）数字通信系统中，用数字基带信号去控 制正弦载波信号的振幅、频率或相位， 调制方式可分移幅键控(ASK)、移频键 控(FSK)和移相键控(PSK)。
1.3.3 信号与噪声的概念 1.频谱 1)表示信号的方法 数学表达式 波形图 频谱图——直观、有效 2)频谱定义:指组成信号的各种正弦信号,按 频率不同所存在的分布、排列情况。
情发生的海域而定。 3. 现场通信 1）定义：指在救助现场遇险船与援助单 位间或援助单位相互间，为向遇险船提 供援助或为救助幸存者而进行的通信。 2）特点 （1）通信方式为无线电话或电传 （2）通常使用VHF或MF遇险与安全频率 （CH16、2182kHz、2174.5kHz （3）飞机参与时用3023 kHz 、4125 kHz 、 5680kHz
3)频谱图: 横坐标------表示频率 纵坐标------表示各正弦分量的幅度关系 2.信号带宽 1) 定义: B=Fmax-Fmin 2) 正弦单音信号只有一条谱线;而脉冲信 号则有无限多个谱线,占有无限大的带宽。 3) 工程上将谱线幅度下降到基波幅度1/10 以下的所有谐波分量,忽略不计。故语音 通信均存在程度不同的失真。
（4）要求搜救飞机应能在2182kHz和/ 或 156.8MHz上与其他海上移动体进行 通信。 4. 现场寻位 1）定义：指发现并找到遇险船或救生艇 筏及幸存者。 2）寻位方法：通过9GHz雷达和SART 5. 海上安全信息(MSI)的播发与接收 1）播发方式
全球星卫星通信系统 标准
全球星卫星通信系统标准
全球星系统（Globalstar）是一种卫星通信系统，用于提供移动通信、数据传输和定位服务。
以下是全球星系统的一些常见标准：
1.频率范围：全球星系统使用L频段（1610-1670 MHz）和S频段（2483.5-2500 MHz）进行信号传输。
2.信号调制：全球星系统采用GMSK（Gaussian Minimum Shift Keying）调制技术，以提高信号传输的可靠性和抗干扰能力。
3.卫星轨道：全球星系统的卫星轨道高度约为1410公里，轨道倾角约为52度。
4.卫星数量：全球星系统共有48颗卫星，分布在三个轨道平面上，以保证全球覆盖和连续通信。
5.通信速率：全球星系统提供多种通信速率，最高可达到4800 bps，以满足不同应用的需求。
6.定位精度：全球星系统可以提供精度约为100米的定位服务，适用于许多应用场景，如航海、野外探险等。
7.通信协议：全球星系统采用标准的TCP/IP协议，支持多种通信应用，如语音通话、短信、数据传输等。
以上是全球星系统的一些常见标准，具体标准可能会因不同应用场景而有所不同。
GMDSS设备课后问答题-整理版
本提纲为航海1417 白兴超整理，仅供航海1417-141C班适用。
以下所有简答题是老师划的重要简答题以及个人认为重要的题目。
仅供参考复习，如有异议，请指出，谢谢第1章1.原海上通信系统与GMDSS相比存在哪些局限性？1〕可靠通信距离近2〕需要经过专门训练的报务员才能适任海上遇险报警与通信3〕报警设备的自动化和可靠性能差，受人为因素影响大4〕远距离报警手段单一，全球覆盖能力差5〕对遇险船舶的搜救缺乏有效的国际协调与合作6〕常规通信手段落后，通信自动化程度低2.简述GMDSS的基本含义。
GMDSS是从何时开始全面实施的？GMDSS全称为global maritime distress and safety system，就是全球海上遇险与安全系统的缩写。
该系统主要由卫星通信系统—INMARSAT (海事卫星通信系统) 和COS-PAS/SARSAT〔极轨道卫星搜救系统〕、地面无线电通信系统(即海岸电台)以及海上安全信息播发系统三大部分构成。
1999年2月1日。
3.GMDSS主要有哪些功能？〔1〕遇险报警，三个方向；〔2〕搜救协调通信；〔3〕救助现场通信；〔4〕救助现场寻位；〔5〕海上安全信息〔MSI〕的播发与接收；〔6〕快捷高效的常规通信；〔7〕驾驶台对驾驶台通信；4.GMDSS现场寻位功能是怎样实现的？〔1〕Radar-SART：通过遇险目标携带的搜救雷达应答器SART和救助船或飞机上的X波段雷达所构成的寻位系统实现。
当遇险目标携带的Radar-SART被救助船或飞机上的X波段雷达信号触发时，救助船或飞机上的雷达屏幕就会显示出遇险目标的相对位置，从而迅速发现遇险目标，到达及时救助的目的。
〔2〕AIS-SART：当船舶遇险时，开启AIS-SART，会在AIS的专用信道上自动发射遇险报警信息，主要包括遇险船的位置和识别码等信息，周围船舶收到该特殊信息后，可以很快确定遇险船舶的位置，从而便于救援人员对遇险目标进行迅速准确的定位，并实现及时救助。
卫星通信系统整理
卫星通信技术自20世纪90年代以来，卫星移动通信的迅猛发展推动了天线技术的进步。
卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球个人通信必不可少的一种重要手段。
卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。
是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。
静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体，是将通信卫星发射到赤道上空35860 公里的高度上，使卫星运转方向与地球自转方向一致，并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期（24 小时），从而使卫星始终保持同步运行状态。
故静止卫星也称为同步卫星。
静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。
因此，在静止轨道上，只要等间隔地放置三颗通信卫星，其天线波束就能基本上覆盖整个地球（除两极地区外），实现全球范围的通信。
目前使用的国际通信卫星系统，就是按照上述原理建立起来的，三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。
与其它通信手段相比，卫星通信具有许多优点：一是电波覆盖面积大，通信距离远，可实现多址通信。
在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远为18000 公里。
覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接，进行即时通信。
二是传输频带宽，通信容量大。
卫星通信一般使用1~10 千兆赫的微波波段，有很宽的频率范围，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路，提供每秒几十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速数据通道，还可传输好几路电视。
三是通信稳定性好、质量高。
卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间，属恒参信道，传输损耗小，电波传播稳定，不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响，即便是在发生磁爆或核爆的情况下，也能维持正常通信。
卫星传输的主要缺点是传输时延大。
在打卫星电话时不能立刻听到对方回话，需要间隔一段时间才能听到。
其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速（每秒30 万公里），但当它从地球站发往同步卫星，又从同步卫星发回接收地球站，这“一上一下”就需要走8 万多公里。
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7.1 卫星通信基础知识 7.2 Inmarsat系统概述 7.3 Inmarsat开放的通信系统及业务 7.4 Inmarsat两位码业务及船站识别 7.5 Inmarsat系统在GMDSS中的作用
7.1 卫星通信基础知识
• 卫星通信：设置在地球上（地面、水面或低层大 气中）的两个或多个无线电通信站之间利用人造 地球卫星作为中继站转发或反射无线电波进行的 通信。
SAT→LES下行链路 3600.0-3623.0 MHz(23MHz) 4GHz C
• 口决：上高下低、岸高船低
7.1.3 INMARSAT的卫星频率
１．船站： 工作在L波段，其上/下行频率为 1.6 / 1.5 GHz
２．岸站： ①工作在双波段（C/L波段）；
②CES与SES通信工作在C波段， 其上/下行频率为 6/4 GHz； ③CES与CES及NCS通信，CES工作在 C/L 波段。
赤道轨道
•
θ = 0° ，赤道轨道卫星
GMDSS原理与操作
卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角示意图 • θ =90°极轨道卫星;
地球赤道
卫星轨道 GMDSS原理与操作
卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角示意图 地球赤道
倾斜轨道
• 0°< θ < 90°,倾斜轨道卫星
Hale Waihona Puke 卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角示意图
•
POR
•
IOR
•
AOR-E
•
AOR-W
点波束模式与全球覆盖模式
• 点波束模式：将卫星发射功率集中在一些航运密 集，通信业务繁忙的地区，以便为这一地区提供 更多的通信线路，并可进一步减小移动站的体积。
• 全球覆盖模式:除了给航运密集的地区提供足够的 能量、保证其正常通信外，也兼顾航运稀疏过往 船舶较少的地区，使得航行于世界任何地区的船 舶能够利用卫星进行通信。
点波束模式与全球覆盖模式示意图（3代卫星）
注：①图中实线范围为全球波束 ②蓝色阴影区为点波束
③小红圈为地面站
7.1.2 卫星运行的轨道
1、按卫星距地球表面的高度划分
低轨道：700<H<1500Km ; 中轨道：高度约10,000Km; 高椭圆轨道：距离地球表面最近点1000~21000km
最远点39500~50600km 同步轨道或静止轨道：H=35786km 注：H：表示轨道高度
卫星： 6GHz 1.5GHz 1.6GHz
4GHz
CES 1
CES ２
SES 岸站双波段工作示意图
7.1.4 卫星通信的连接方式
1)定义 多个地球站利用同一颗卫星实现双边或多边通信的
联接方式。
2）海事卫星通信主要涉及的多址联接：
① FDMA（频分多址） ② TDMA（时分多址） ③ SDMA（空分多址） ④ CDMA（码分多址）
卫星通信的特点 优点：
• 覆盖区域大，通信距离远 • 便于多址连接 • 机动灵活，不受地理条件的限制 • 频带宽、容量大 • 一次转接，通信质量好，可靠性高 • 通信成本与距离无关
缺点：
• 需要先进的空间技术 • 传输距离较远，有较大的信号延迟
• 卫星寿命短，寿命约为3-10年
微波 超短波
短波 长、中波
θ=90° 极轨道 0<θ<90°倾斜轨道 θ=0赤 道轨道
赤道轨道 极轨道 倾斜轨道
各种轨道示意图
● ● ●
什么叫静止卫星？
卫星在地球赤道上空，距地面 35,786 公里的 圆形轨道上绕地球旋转，卫星轨道平面与地球 赤道平面的夹角为 0°，其绕地球旋转一周的 时间和地球自转一周所需时间相同为 24 小时， 并且其围绕地球旋转的方向和地球自转的方向 相同，不论在地球的什么地方观察卫星，卫星 始终是相对静止不动的我们把这种卫星称为静 止卫星。
7.2 Inmarsat系统概述
INMARSAT 国际海事卫星组织
1994年更改
IMSO 国际移动卫为星组织
1979年成立
1999年转制为
国际移动卫星公司：
总部
①Inmarsat 公司
N
②Invsat 公司
③Rydex公司
三部分
空间段 地面站 移动站
7.2.1 Inmarsat系统组成
TT&C-卫星、跟踪遥测和控制站； 空间段： SAT-卫星；
7.1.1 INMARSAT 系统组成
• INMARSAT 通信系统： –空间段 –地面段——卫星通信地面网络 （含网络协调站NCS、地面站LES） –用户段——卫星移动通信终端 （MES）
INMARSAT 系统组成——空间段
• 海事卫星（Satellite）
接收岸站和船站发来的信号，对所接收的信 号加以放大和处理, 然后转发给船站或岸站。
7.1.3 INMARSAT的卫星频率
1.6GHz
MES
1.5GHz
4GHz
6GHz
CES
• 通信方向
通信频带
波段
MES→SAT上行链路 1626.5-1646.5 MHz(20MHz)1.6GHz L
SAT→MES下行链路 1525.0-1545.0 MHz(20MHz)1.5GHz L
LES→SAT上行链路 6425.0-6443.0 MHz(18MHz) 6GHz C
7.1.5 卫星通信存在的主要问题
• 1.通信时延较长 • 2.卫星通信线路容易受外部条件的影响 • 3.存在日凌中断和星蚀
星蚀和日凌中断
1） 日凌中断
条件： 太阳、卫星、地球 依次排列为一直线
原因： 地球站天线对着卫星的同 时也正对着太阳，太阳噪声最大
时间： 每年春分、秋分前后数日， 白天中午
2、按卫星轨道的形状划分
• 圆形轨道卫星 • 椭圆形轨道卫星
圆形轨道卫星
椭圆形轨道卫星
3、按卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角 •θ = 0° ，赤道轨道卫星 ； •θ = 90° ，极轨道卫星; •0°< θ < 90°,倾斜轨道卫星
注： θ表示夹角
卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角示意图
地球赤道
日凌中断
2） 星蚀
条件： 太阳、地球、卫星 依次排列为一直线
原因： 太阳能电池不工作， 蓄电池工作，通信效果受影响
时间： 春分、秋分前后23天，夜间
星蚀
第7章 国际移动卫星通信系统
7.1 卫星通信基础知识 7.2 Inmarsat系统概述 7.3 Inmarsat开放的通信系统及业务 7.4 Inmarsat两位码业务及船站识别 7.5 Inmarsat系统在GMDSS中的作用