衛星移動通信系統的發展現狀與比較分析

+ 原著：Paolo Chini, Giovanni Giambene, Sastri Kota翻譯：呂京梅 王琦

一、概述

現有的地面通信基礎設施不能為所有地區提供良好的通信服務，而在陸地、海上、空中、運輸、救災、軍事等許多環境下又需要移動通信服務。衛星通信網絡在這種場景下是唯一的選擇。這就是移動衛星系統（MSS）重新引起人們的興趣，同時帶來商機的原因。人們使用多點波束天線技術、低噪聲接收技術及星上處理技術，使工作在L、S頻段和新開發的Ku、Ka頻段小型終端甚至是手機直接接入衛星系統。而在衛星裝備再生轉發器并建立星間鏈路，就可以實現衛星不同波束間和衛星間的流量交換。

衛星在相應的軌道繞地球運轉，按其軌道高度，可分為運行在地球赤道上的靜止軌道衛星（GEO）和非同步軌道衛星（non-GEO）兩種。

●靜止軌道衛星運行在高度約35800km的赤道面上，長距離傳輸造成了巨大的傳輸路徑損耗和通信時延，典型的靜止軌道衛星工作在S、L、Ku及Ka等頻段上，頻率越高損耗越大，所以需要盡量大尺寸的天線。因此，它比較適合固定衛星服務。但是仍然有一些GEO系統為移動通信提供服務。

●非靜止軌道衛星有兩種可用的軌道類型：500～2000km的低軌道（LEO）和8000～12000km的中軌道（MEO）。相對于靜止軌道衛星，中低軌道衛星距地面近，具有較低的傳輸時延和線路預算。但是非靜止軌道衛星系統復雜，需要多顆衛星來保證有效的覆蓋率。這需要進行頻繁的衛星天線波束間、不同衛星間、甚至地面關口站間的越區切換。

MSS系統還會受到障礙物的遮擋、反射等問題影響，以及低功率便攜式終端小天線回路預算的限制。為了解決這個問題，可以采用兩種類似但又各具特色的設計方案：混合網絡與綜合網絡。

混合網絡是在不能看見衛星的情況下，用地面中繼器來轉發本地衛星信號，還可利用地面蜂窩系統提供返回鏈路來簡化移動終端的功率管理。由于使用了本地無線系統，衛星覆蓋范圍擴大到了室內和城市地區，基站可將衛星信號轉換到本地無線系統，反之亦然。

綜合網絡是把地面蜂窩系統作為替代系統，連接移動用戶的上行或下行通路。部分綜合網絡的案例將在第3章和第4章進行討論。

為了定義地面部分，歐盟委員會推出了“地面補充組件”（CGC）的概念，而美國使用“地面輔助組件”（ATC）這一術語。盡管CGC與混合網絡相關而ATC與綜合網絡相關，但這些概念相互間是可以轉化的。無論是何種情況，地面系統均可建立在3G、WiFi和WiMAX等系統上。

本文以目前運營的幾個衛星移動系統為案例，主要論述MSS系統的以下幾個方面內容：主要設計議題，適用標準和移動系統的分析比較方法，并對它們的性能、資源利用效率和用戶移動性進行了分析比較。本文組成部分為：第1章對衛星移動通信系統進行了概述；第2章為衛星移動網的設計理念；第3章列出了適用于衛星移動通信的五個標準；第4章介紹了幾個MSS系統；第5章對上面的幾個系統的性能等相關參數進行了對比；第6章是MSS系統的發展趨勢。

二、衛星移動系統設計理念

本章包括支持移動用戶的衛星系統設計的重要發展和獨特的解決方案。

1.媒介

（1）頻段和法規

衛星移動系統所使用的頻段范圍由世界無線電大會進行分配。固定衛星業務使用C/K頻段，移動業務使用較低的L/S頻段。衛星移動通信系統長期探索L/S頻段技術。由于較低的信號損耗及大氣影響，L/S系統可以采用小尺寸的車載天線。但隨著寬帶業務的需求，及可用的L/S頻率資源的短缺（上行：1980～2010MHz，下行：2170～2200MHz），促使MSS系統向更高的頻率發展，開始采用Ku和Ka頻段。ITU-R已經把Ka頻段的一部分資源分別分配給MSS和FSS系統。其中，分配給FSS系統的29.9～30GHz用于地面到空間鏈路，20.1～21.3GHz用于空間對地面鏈路，作為主要用途。分配給MSS系統的14～14.5GHz用于地面到空間鏈路，10～12GHz用于空間到地面鏈路，作為次要用途。

目前，工作在Ku頻段上的MSS系統可為多種載體提供寬帶業務，比如火車、飛機、汽車、艦船。Ku頻段衛星的點波束主要覆蓋陸地，因此這種MSS系統和L/S頻段衛星來說，不具備為海上用戶提供良好覆蓋的能力。事實上，Ku衛星主要用于固定用戶，沒有多少Ku/Ka衛星提供海洋的覆蓋。針對不斷增長的帶寬需求和覆蓋問題，Ku/Ka衛星的波束配置最終形成折中方案。

歐洲早期用于MSS系統的L/S頻段協議已經過時。為此，2007年2月歐盟委員會召開了專家協商會，與會的所有MSS系統制造商和運營商，共同商討了用于MSS系統的L/S頻段的使用問題。有意思的是，在這次磋商會上，為了分配帶寬給MSS，召開了一次拍賣會來確定用戶對L/S帶的使用權。會議的主要成果是確定了對頻譜有需求的機構數量和參加拍賣的機構數量。2008年12月,歐盟聯盟委員會決定接受4個申請者的申請, 并于2009年5月最終選定了國際移動衛星公司和Solaris公司(Eutelsat和SESASTRA的合資企業)。

（2）移動終端的天線

移動終端的天線設計是非常重要的，包括規格、造價及所采用的技術。此外，天線系統要求高效可靠，高靈敏度、高增益及低干擾。移動終端一般采用全向天線。為了改進鏈路設計，可以采用具有快速跟蹤算法的相控陣定向天線來代替全向天線。移動終端能向各個方向發射并接收信號，所以可能會對其他衛星網絡造成干擾，例如低軌衛星系統與GEO系統間干擾。為此，需要制定一些要求，例如發射功率的控制及最低仰角。

另外，還可以根據不同的應用環境對終端天線進行設計。比如，鐵路系統可依賴于對陸地覆蓋良好的Ku頻段衛星，但火車天線是小的低指向性天線，會對鄰星產生較高的干擾。在空中和海上，飛機和船只可能處于覆蓋區邊緣，因此需要相應的天線設計。

移動終端上的天線大小決定了它對上/下行傳輸的干擾特性。在Ku頻段上行線路的離軸傳輸功率流量受限(所以分配給MSS作為次用業務)，這就意味著移動用戶的等效全向輻射功率（EIRP）受到約束。為了減少干擾，人們可以采用擴頻技術，如直接序列、跳頻和突發重復等。在DVBS2的移動擴展標準DVB-S2/DVB-RCS中，上行鏈路就采用了DS擴頻方式，下行鏈路是突發重復。眾所周知，在DS方法中傳輸比特被高碼率的擴頻碼序列所調制，突發重復則是在相同的時隙多次傳送相同的包。

（3） 衛星天線及頻率復用

使用高度指向的多點波束衛星天線是實現衛星移動通信的一個關鍵問題，此類天線由大型可展開反射面和饋源系統組成，現在GEO系統中衛星天線的直徑最大可達到25m，在LEO衛星系統中天線直徑可達到2m左右。點波束的集中覆蓋可獲得高天線增益。目前，系統設計的衛星天線可達上百個波束，即在GEO中可達百個，在LEO/MEO系統中可達到數十個。所分配的頻率被分成不同的載波分給不同的波束，以避免相鄰波束間的干擾，而在相隔足夠遠的波束上的同一載波可以被重復使用。簇由一組波束組成，每個簇中所有載波都會被利用。簇的大小是指所包含的波束數量，比如在銥星系統中每個簇有12個波束、BGAN中每個簇有27個波束；在Thuraya 系統中每個簇有21個波束。GEO系統，例如BGAN和Thuraya 系統中的簇規格較大。這是因為要覆蓋同樣的區域，GEO系統需要比LEO系統更窄的波束，衛星天線上的波束間距離更近，這意味著會有更大的相互干擾，因而需要更大的簇規格來減少干擾的影響。

（4）天線仰角

在MSS系統中，另一個重要的問題是移動終端天線所對衛星的最小仰角。這在FSS系統中的要求不是十分嚴格，因為天線位置和方向在最初設計時可進行最佳選擇，從而保證視線傳輸條件。而在MSS系統環境下，需避免最低的仰角出現，否則陸地移動用戶會頻繁地出現信號被樹、建筑物、山等阻斷的現象。而在空中和海上，這種情況不十分嚴重。增加仰角可以改善傳輸質量，但需要更多衛星，相應的系統造價也會增加。因此，MSS系統最佳的仰角大約為20°。但是在第一代MSS系統中，最小仰角只有大約10°。最小仰角的限制要求在星座設計時選擇合適的衛星數量，這也是為什么GEO系統不能為兩極地區提供服務的原因。

（5）信道模型

歐洲航天局（ESA）在Ku/Ka頻段上進行了一項試驗，為MSS系統定義了信道模型。特別是在陸地移動情況下，信道可具有三態馬爾可夫（ Markov）的信道模型特征：非視距、陰影、阻擋。在Ku及Ka頻段上，每個狀態呈現出瑞斯（Rice）分布特點。多徑、陰影和阻擋現象也出現在L頻段。但是，對L頻段信道的一個典型選擇是二態馬爾可夫模型（好、壞）。這些模型參數由移動終端所處的環境以及仰角條件所決定。

2.物理層

對于MSS系統來說，選擇合適的空中接口非常重要，恰當的調制編碼技術可以更好地適應由于運動引起的信道變化。適應信道的變化意味著，要有一個反饋通路告知發射端需要什么樣的物理層傳輸參數，從而為接收端提供一定的質量保證。這種方式僅適用于低速的陸地移動用戶，對高頻段用戶來說更是至關緊要。

當信號通道被遮擋時會造成解調器失鎖，造成通信的中斷。縫隙填充、空分技術和時分技術等各類解決方案可以用來應對非視線傳輸。

3.媒體接入控制層

衛星移動系統需要考慮越區切換問題。在非靜止軌道衛星系統中，用戶移動性受制于衛星星座的活動性。而在GEO情況下，用戶的移動性僅表現在飛機、火車和艦船上。因此，為MAC層(layer 2)的資源分配了更多的交付優先權。由于越區業務受到額外切換時延的影響，蜂窩小區接收資源時需要適當的優先次序，否則相關的會話將在較高層中被終止。

4.網絡層

在IP衛星網絡中，衛星具有星上IP路由切換能力，可利用因特網工程任務組（IETF）開發的移動IP（MIP）來支持越區切換過程，但是MIP的越區切換反應期較長，美國國家航空航天局（NASA）和思科公司（CISCO）已經研發了許多項目來改進MIP。

作為上述MIP的替代品，波音Connexion業務（飛行中基于GEO系統的因特網連接服務，2006年停止）允許全球IP移動使用邊界網關協議（BGP）。特別需要指出的是，人們為移動平臺(飛機或艦船, 安裝有數據無線電收發機/路由器和 802.11 A/b/g的無線電接入點)分配了一個C級IP地址區段。當飛機或艦船經過相關的網關區域時，由最近的地面網關有選擇性地分配給相關地址。當飛機或艦船員離合開該區域時，最近的網關則停止IP地址段的分配。

IEEE 802.21的MIH標準被人們用來管理基于IP綜合網的衛星網絡與其他移動網絡之間的越區功能。

三、MSS系統標準

目前可認為至少有以下5種標準與衛星移動系統有關：

●經由衛星的全球移動通信系統（GSM）；

●衛星通用移動通信系統（S-UMTS）；

●數字視頻廣播-版本2（DVB-S2）及相關反饋鏈路標準；

●衛星數字多媒體廣播（S-DMB）；

●數字視頻廣播衛星手持終端系統（DVB-SH）。

定義以上標準的主要動力在于衛星通信系統應該能為移動用戶提供同地面系統一樣的接入特性，下面是對這些標準的說明。

1.GSM

GSM是目前世界上最流行的蜂窩通信標準，它的通用分組無線服務技術（GPRS）支持包數據交換服務。GSM是地面系統，但它的“格式”也可以被推廣應用到衛星系統中。特別是我們可以考慮將GMR（GEO MOBILE RADIO）空中接口標準用在GEO的移動業務中。歐洲電信標準協會（ETSI）開發了GMR-1（應用于Thuraya ）和GMR-2（應用于ACeS）兩個GMR規范，它們都源自于GSM，包含了GSM系統過渡到GEO系統的內容。GMR允許通過衛星接入到GSM核心網，除了地面蜂窩覆蓋和頻率復用的概念，GSM和GMR還有其他相似之處，尤其是人們所關心的物理層之上的協議層的內容。移動終端可以是雙模式，從而允許使用的地面GSM接口，或當地面信號消失時可使用GEO衛星的空中接口。

2.S-UMTS

UMTS是3G地面蜂窩技術之一，S-UMTS是ETSI在衛星環境下對這一技術的擴展。UMTS系統具有寬帶碼分多址（WCDMA）空中接口，雙工方式為頻分雙工（FDD），ETSI TC SES小組定義了S-UMTS G系列規范，以兼容基于WCDMA方式的UMTS系統的衛星空中接口。S-UMTS不僅要補充UMTS系統對地面的覆蓋，還將把UMTS服務擴展到地面移動網絡未能覆蓋的區域。S-UMTS使用的頻段大約2 GHz，接近地面3G系統所用的頻段。S-UMTS支持用戶速率最高為144Kbit/s，向持有小型設備的一般移動用戶提供多媒體服務。

在S-UMTS發展的第一階段，經由衛星的上行通路采用2GHz頻段上的WCDMA方式，支持廣播與多播業務，有可能發掘地面3G系統作為返回通路以支持交互式業務。其發展的第二階段，將允許移動手機以衛星信道為返回通道，它采用工作在5GHz頻段上的、具有最佳鏈路設計的、基于正交頻分復用技術（OFDM）的空中接口。這與ITU-R 4C工作小組最近的意見相一致，該小組專注于衛星組件的多載波空中接口，其目的是與不斷發展的第四代地面移動網絡相兼容，如 UMTS (LTE) 和 WiMAX。

3.DVB-S2

DVB-S2是第二代衛星廣播傳輸標準，也可在新的操作模式下用于交互式點對點的業務，即因特網接入，新的操作模式可根據收方的傳輸條件采取動態的調制方式及自適應編碼。DVB-S2最初是為固定通信用戶設計的標準，但是目前它已被擴展到為飛機、火車提供Ku、Ka頻段通信服務。為此，有許多問題需要解決，比如嚴格的頻率規范、多普勒效應、頻繁的越區切換及同步捕獲與維持的修復過程等。此外，在鐵路上會出現遮擋、快衰落、長時間遮擋等問題。為了支持移動用戶服務，DVB組織推出了DVB-RCS標準新版本，這個標準被命名為DVB-RCS+M。

4.S-DMB

韓國、日本和歐洲的3G移動網絡可提供組播/廣播服務，向用戶提供了許多移動娛樂服務。S-DMB標準是3G移動網基于衛星廣播的擴展，可提供GSM或3G蜂窩移動系統類型的多媒體廣播及多播業務（MBMS）。

S-DMB由GEO衛星和一些安裝在3G基站上的地面中繼器組成，它可以應對城市中多遮擋的傳輸環境。韓國2005年就開展了S-DMB業務。它也可提供數字無線廣播業務和視頻業務，它采用的頻段是VHF和L。DVB-SH就是S-DMB與DVB-H的結合，采用S頻段。

5.DVB-SH

DVB-SH是ETSI的移動廣播標準，它采用OFDM作為空中接口，為小型終端用戶提供音/視頻廣播服務。DVB-SH利用靜止軌道衛星系統及地面補充組件（CGC）系統可形成大范圍的覆蓋：地面中繼器可覆蓋衛星所不能及的地區（比如：城區及室內）。DVB-SH也對地面DVB-H系統的覆蓋區域進行了擴展，終端可操作在雙模式下，即 DVB-SH 工作在S頻段(約 2.2 GHz,接近 3G 地面頻率)，以及 DVB-H 的UHF頻段。DVB 規范為IP數據廣播( DVBIPDC)，允許兩種系統相互補充。

DVB-SH主要用于廣播業務，也可進行數據傳輸及基于IP的交互式服務（通過一個附加的回傳通道，UMTS），移動中的用戶可接入這些服務。

目前，人們對DVB-SH標準及相關服務的興趣越來越濃，這也是為什么ICO選擇DVB-SH 作為它的移動視頻服務平臺，這個平臺用覆蓋北美的ICO-G1 靜止軌道衛星播發。

四、目前在役的衛星移動系統

本章介紹目前正在運營的一些MSS系統。

1.“銥”星系統

“銥”星是最早的MSS系統之一，它是唯一能夠提供包括兩極地區、空中及海洋在內的全地球覆蓋的MSS系統，如圖1所示。“銥”星系統是基于低軌衛星系統的無線通信網，支持話音和低速數據的傳輸，可在任何地區、時間提供服務。它的衛星星座由66顆具有星上處理功能及星間鏈路的衛星組成。端到端話音呼叫可直接在空中進行交換，數據交換可通過星間交換直接被傳送到距離目的關口站最近的衛星上。目前有5個關口站在工作，“銥”系統為也為美國國防部服務。最近，“銥”星公司宣布計劃第二代基于IP的衛星系統，它能實現連續不斷的環境監視和對地成像，可進行高速率數據傳輸。

2.“全球星”系統

“全球星”系統也是移動衛星系統的先驅，它使用48顆低軌衛星，沒有星際鏈接，其系統組成如圖2。“全球星”衛星上裝有8m孔徑的天線，由多個圓形面板組成，可產生16個點波束，實現對地面上南北緯70°之間大部分地區的覆蓋，地面段由若干網關站組成，一個地面呼叫通過衛星直接連接到所覆蓋區域上的關口站。“全球星”系統有25個關口站分布在全球，每個網關覆蓋半徑約2000km的區域。“全球星”采用DS-CDMA 物理層技術，擴頻因子為128。它采用了路徑分集技術以減少陰影和阻擋對傳輸的影響。每次呼叫可保證有多達三顆可視衛星的信號合成。“全球星”提供實時的話音、傳真、數據。語音編碼速率根據背景噪聲的大小，有2.4、4.8或9.6Kbit/s的速率可選。“全球星”正計劃開發改進型的第二代衛星系統。

3.Inmarsat系統

1979年成立的國際移動衛星公司（INMARSAT），目前為企業、海運及航空用戶提供寬帶通信服務，INMARSAT通過GEO衛星為除兩極的全球范圍提供移動電話、傳真及數據通信業務，如圖3示。INMARSAT公司當前有了12顆GEO衛星：4顆第二代衛星（Inmarsat-2）、5顆第三代衛星（Inmarsat-5）和3顆第四代衛星（Inmarsat-4）。

當前，全球寬帶局域網（BGAN）系統通過3顆Inmarsat-4衛星為移動及固定用戶提供電話、因特網、短信等服務，并與地面3G系統整合。BGAN使用透明轉發器，饋送鏈路工作在C頻段，并且有一個全球波束；衛星到用戶鏈路工作在L頻段，使用了可提供256個窄波束的可展開天線。典型的配置為19個寬波束，228個窄波束和1個全球波束，只有窄波束可用于地面移動通信。這個系統可提供信息速率為4.5 ～492kbit/s的、三種等級的便攜應用終端。其中，一級終端能達到 492 kbit/s(上行及下行) 的傳輸速率, 二級終端能實現 464 kbit/s 下行傳輸速率和 448 kbit/s 上行傳輸速率, 三級終端能達到384 kbit/s 下行傳輸速率和240 kbit/s的上行傳輸速率。

BGAN用專有的Inmarsat空中接口替換了3G系統的WCDMA空中接口 (即IAI2接口)，它使用了不同的各種調制選項，如QPSK 、16QAM和 π/4 QPSK ，通過編碼技術實現可變編碼速率，其中，三級終端只能以π/4 QPSK發射和 QPSK/16QAM接收方式工作。窄波束只能使用16QAM 調制方案。為了獲得高的傳輸效率，BGAN可根據終端的性能、傳輸功率、帶寬、編碼速率、調制方式進行自適應調整。

BGAN所支持的電路交換和包交換的話音和數據業務如下：

●IP數據業務：包括安全虛擬私人網絡接入企業網絡、相關的辦公室應用和瀏覽因特網，以及文件傳輸；

●IP流業務: 向申請者提供具有服務品質(QoS)保證的IP 流傳輸業務,比如現場直播視頻或電視會議；

●話音(電路交換)業務: 通過座機、用戶手持機及藍牙手機的低比率電話呼叫業務。

●短信業務:可通過便攜式電腦或移動電話發送和接收160字符以內的短信。

目前，BGAN正準備提供一項新的業務，即通過基站及相關衛星鏈路為空客公司及波音公司的客機提供移動電話業務。

由INMARSAT和歐洲航天局（ESA）聯合主辦的BGAN-X項目已經將終端類型擴展到11種，包括3種航空、3種海上和2種陸地汽車應用，它們使用全向及定向性天線。BGAN只對陸地便攜終端提供點對點通信，而在BGAN-X中把此項業務擴展到了船舶和飛機，還包括了多播業務。BGAN 核心網絡 (3GPP 第4個版本網絡) 不能支持多播服務，因此,BGAN-X遵循新的3GPP架構，提供多媒體廣播和多播服務。

最后, INMARSAT與ESA合作確定了一個增強型的Inmarsat 載荷（Inmarsat-XL, 將加入現有的BGAN 和BGAN-X服務），它具有較高的傳輸率、優化的多播/廣播和單跳連接能力。這個載荷將會搭載于2012年發射的Alphasat衛星上。

4.Thuraya

Thuraya 1997成立于阿拉伯聯合酋長國，由兩顆GEO衛星覆蓋了110多個國家，跨越歐洲、中北非洲、中東、中亞和印度次大陸。Thuraya的技術方案由美國波音公司衛星系統部提出。最近發射的Thuraya-3衛星取代了Thuraya-1衛星,擴大了亞洲地區的覆蓋范圍 (包括中國和日本) 以及大洋洲。如今，Thuraya 系統有兩顆 GEO 衛星 (Thuraya-2 和Thuraya-3),采用工作在L頻段上的GMR-1 空中接口。Thuraya 衛星裝有 12.25m孔徑的L頻段發射天線/接收反射面天線，每顆衛星可以產生200～300個點波束，空中接口采用FDMA/TDMA多址方式，每個載波具有40ms的幀結構，24個時隙，每個電路需用3個時隙。

表1 MSS系統的特點

表2 圖4中的參數值

星上處理設備可以實現任意點波束間移動設備到移動設備的連接，雙模手持機可接入到地面GSM系統或Thuraya衛星系統，用戶可以在不中斷服務的情況下跨區域漫游。Thuraya移動手持機可提供的衛星通信業務包括：GSM話音、傳真、數據（速率選項有2.4/4.8/9.6kbit/s）以及短信。Thuraya還可通過便攜式終端提供速率達到144kbit/s的因特網接入，調制方式為APSK。現在，Thuraya 可實現速率為444 kbit/s的高速IP業務。

5.其它MSS系統

中圓軌道全球通信系統（ICO）計劃采用12顆高度為10390km的MEO衛星組成星座，但實際上ICO由新發射的GEO衛星（ICO-G1）支撐，它為美國大陸地區提供S頻段移動服務，包括4.8kbit/s的話音業務，2.4kbit/s的數據，傳真、短信及定位業務。

Hispasat衛星系統包括6顆GEO衛星，系統提供基于IP的寬帶、移動服務、因特網接、內容分配、遠程醫療、電視教育、IP電話、視頻流傳輸及IPTV等業務。

亞洲蜂窩系統（ACeS）由一顆GEO衛星及3個網關站組成，它采用GMR-2空中接口，與GSM地面網相兼容，為亞洲手機用戶提供話音和部分數據業務。

SkyTerra （原為MSV）移動衛星系統將構建一個衛星/地面綜合IP網，系統空間段由兩顆GEO衛星組成，為美國地區提供移動寬帶服務，為公眾安全、艦船管理提供話音、因特網接入。由地面基站構成的ATC分系統支持衛星系統，提供覆蓋的延伸。

TerreStar是一個新成立的移動網絡公司，計劃建造一個基于IP的衛星與地面綜合通信網，服務于美國大陸。其將工作在2GHZ附近的兩個相鄰10Mhz頻段。

Solaris移動公司在2009年4月發射了W2A衛星，它工作在S頻段上，為歐洲提供移動通信服務，系統屬衛星、地面混合網，保證不間斷的覆蓋。DVB-SH標準支持移動電視，為了最佳的傳輸性能，智能天線被安裝在移動電話中。

五、比較

本小結是對MSS系統的比較，包括人們最關心的系統特性和數據評估，其重點是BGAN、全球星、銥星和Thuraya。

1.MSS系統基本特性

表1給出了上述MSS系統的基本特性。關注的重點在系統所采用的調制方式、多址接入技術、衛星軌道類型、網絡特性及所支持的業務。表1表明，在一些較新的MSS 系統(如BGAN和Solaris)中提供了多媒體服務，而一些老的系統（如“全球星”)則只提供了低速的數據及話音業務。

2.定量比較

本小節對BGAN、“全球星”、“銥”星和Thuraya幾個系統間不同參數作定量比較，其中，“銥”系統采用TDD雙工方式空中接口，其他幾個系統都使用FDD雙工的空中接口。BGAN和Thuraya是GEO系統，而“銥”星和全球星是低軌衛星系統。在圖4中顯示了4個L/S頻段MSS系統的重要參數比較，包括用戶數量、覆蓋區域、系統復雜性、通話費用、系統成本、寬帶性能及多媒體服務等多個方面。表2列出了圖4中的參數的數值范圍。

在圖4中，整體性能評估結果是陰影區域越大越好，可見BGAN系統性價比最高。

六、衛星移動系統的發展趨勢

未來MSS系統要想開展新型業務、降低系統造價、增強業務滲透，必須面對新的挑戰。引起人們關注的研發問題包括以下幾個方面：全IP移動衛星網端到端的服務保證、衛星地面混合網無中斷服務，為提高頻率資源復用系數采用的高方向性多點波束衛星天線、用戶移動跨區管理協議、開展新的寬帶業務、小型經濟節能型的智能終端的開發。以上述問題為基礎，我們可以總結出一些重要的發展趨勢。

當前，許多MSS公司宣布計劃構建基于IP的移動衛星系統，包括“銥”系統、“全球星”及MSV。此外，DVB項目組有意制定下一代DVB-RCS（DVB-RCS NG)系統標準，支持增強移動性能和通用的基于IP的協議。

WARC 2011正在考慮增加新的頻率到MSS系統，實現C頻段上與地面系統的兼容。未來 MSS 需要與地面的寬帶整合 (如WiMAX 和WiFi)，具有合適的公共接口和服務。可是要支持小型移動終端，衛星及移動終端都需要最佳的天線技術，以接近線路預算。這個技術的改進還應解決相互干擾問題（以提高資源復用率）、高效的傳輸技術的采用（如OFDMA空中接口用于地面4G蜂窩系統UMTS LTE）。此外，新型基于交叉層的空中接口設計應允許全協議棧的最佳化，提高通信容量和質量。實現低費用的移動終端將是這個最優化過程的成果，同時也促進了衛星移動通信業務的發展。

MSS系統中一個的緊要問題是跨區切換過程中的無縫連接，這個切換過程包括同一衛星和不同衛星上的不同天線波束間，甚至衛星波束與地面蜂窩小區間的切換。由此，MSS系統需支持基于IP業務的系統內部和系統間的跨區切換。我們假設未來的衛星能再生處理轉發器并操作在IP層面上，那么衛星內部切換應采用IP微移動協議，而衛星間和系統間的切換需包含MIP方案。Satsix項目組正在研發基于IP的移動支持業務，因為在任何情況下有效的移動管理協議都需使用在層面3中，防止在切換過程中路由重建引起的過多延遲。

最后，MSS系統未來的業務之一是移動廣播，包括移動電視和多媒體下載。這一技術在日本、韓國和美國已經廣泛使用，在歐洲由于管理問題則有所推遲。如前所述，歐洲衛星公司和SES-ASTRA已發射了W2A衛星，星上S頻段轉發器可支持移動電視，遵循DVB-SH規范，這將形成新的衛星通信的市場份額。

七、結束語

目前，由于衛星移動系統可以隨時隨地提供服務，人們對MSS系統的研發產生了新的興趣。在這篇論文中，我們的研究重點是：MSS系統有別于其他衛星系統的、獨特的性能特征；已經存在的MSS系統重要標準和服務；同時還特別關注了衛星與地面的混合網絡和綜合網絡。本文縱覽了部分正在運行中和計劃中的MSS系統主要特性，并在確定的分析框架下對包括用戶移動性在內的多項參數進行了分析比較。

總之，GEO系統引起了人們更多的關注，因為它提供了較高的用戶密度和較低的成本。此外，用于GEO系統的定向多點波束天線設計受到特別的重視，它可以提高系統的功效和容量。我們相信本文為MSS系統的設計與市場研究提供了有用的框架。可以斷定的是，面對未來MSS系統的發展趨勢和挑戰，即衛星移動業務在整個衛星通信市場中只占有一個小的份額，只要在技術層面和跨層協議設計方面進行探索，就可以尋找到提高擴展衛星移動業務的機遇。

（譯自Wiley InterScience的有關論文）