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全球卫星移动个人通信与铱系统

2/14/2005来源:卫星通信人气:10353

郭 刚
1、全球卫星移动个人通信系统 (GMPCS)发展简况

  GMPCS系统是利用卫星通信手段提供个人通信的一种新兴的通信系统。它是伴随着航天技术和通信技术的进步、社会信息化和通信全球化、个人化的要求而产生的。随着生产性企业利润的下降和市场不稳定性 ,冷战结束后全球军事工业和军事技术向民用转轨 ,而通信运行行业的市场旺盛和利润的保障 ,使得以私营企业为主融资兴建的GMPCS系统迅速发展 ,竞争日趋激烈。自美国摩托罗拉公司推出低轨的铱系统后 ,美国劳拉公司和Qualcomm公司也推出了低轨的全球星系统 ;TRW公司推出了中轨的奥德赛系统 ,国际海事卫星组织研究了各种中、低、高轨系统后。选择了类似TRW公司的中轨方案 ,并委托美国休斯公司制造P -21中轨系统 ,成立了专业化的ICO国际卫星移动通信公司 ;洛克希德·马丁公司与印尼、美国休斯公司与印度分别推出了采用同步轨道方案的区域性卫星移动通信系统 ;我国国防科工委和新加坡科技公司也以美国休斯公司的技术和产品推出了APMT同步轨道区域性卫星移动系统。此外 ,还有一些只传输数据的中、低轨道卫星移动通信系统 ,也正在积极筹建之中。其中 ,有的已经投入商用。另外一些采用Ka波段提供宽带固定卫星业务的Teledesic、SpaceWay、CyberStar、Celestri、SkyBridge等系统也引起了广泛的关注。

  由表1、2可知 ,利用卫星通信提供电话业务的GMPCS系统主要有铱系统 (IRIDIUM )、全球星系统(GLOBALSTAR)、奥德赛系统 (ODYSSEY)和ICO系统等 ,其中前3个系统在美国注册 ,后一个在英国注册。

1.1GMPCS系统的主要特征

  (1)可提供全球个人通信服务。任何一个手机用户可在本国或其它国家直接通过卫星实现信息交换 ,享受通信服务 ,因而为各国通信主权、通信业务收入、国家安全等带来新的问题。

  (2)可提供多种业务 ,如话音、数据、定位、寻呼等。

  (3)通信手机随身携带 ,对在进出海关及到他国使用提出新的管理要求。由于是打破国界的全球通信系统 ,因而带来了一系列国际电信法规问题 ,如频率资源使用、国际漫游、跨国界使用等等。

  由于其特有的好处及对现有通信秩序的影响 ,无疑引起了电信领域和各国政府的重视 ,并积极研究GMPCS系统所涉及的政策、法规问题。我国也不例外 ,1994年底受国务院及原国家计委指示 ,原邮电部组织国内有关23个部委起草编制了我国卫星移动通信发展战略规划。受原邮电部委托 ,中国通信广播卫星公司依据发展规划要点和原邮电部对GMPCS的有关政策、法规 ,组织有关专家对国际上几个主要GMPCS系统的技术进行了认真的跟踪和研讨 ,现已以中国通信广播卫星的公司名义对外签订了外方赠送关口站进行试验的合作协议。

2、铱 (Iridium)系统的概况

  在美国注册的铱系统有限责任公司是由美国摩托罗拉公司控股的跨国公司 ,现有18个股东。摩托罗拉公司在铱系统有限责任公司占有18 8 %的股份 ,我国航天工业总公司和国防科工委共同占有3 7 %的股份。目前 ,航天总公司在铱系统有限责任公司的股权由航天总公司在香港的全资子公司“中国航天科技集团公司”组建的“中国‘铱’系统 (香港 )有限公司”所持有。而中国关口站服务区 (包括中国大陆、香港、澳门及其领海和蒙古 )的业务 ,信息产业部指定由中国通信广播卫星公司负责。



  表 2各主要(G MPCS)系统技术特征及使用范围

 

  铱系统是美国摩托罗拉公司于1987年开始研究并于1990年提出的低轨全球卫星移动个人通信系统 ,它与现有通信网结合 ,可实现全球数字化个人通信。该系统原设计为77颗小型卫星,分别围绕6个极地圆轨道运行,因卫星数与铱原子的电子数相同而得名.后来改为66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行,但仍用原名称.极地圆轨道高度约780km,每个轨道平面分布11颗在轨运行卫星及1颗备用卫星,每颗卫星重386kg.铱系统地面段由系统控制中心和关口站以及各类用户终端组成,可向全球用户提供传统的电话、传真、寻呼以及基于GSM的补充和承载业务.



图 1铱系统的组成

  铱系统的突出特点是采用了其特有的、代表了现代高科技最新成果的“星上处理技术”和前所未有的“星际链路技术”.由于这两项着眼于服务下个世纪个人通信业务的超前技术的应用,使其在系统结构上具有不依赖于现有地面通信网络的支持,就可建立全球移动个人通信系统的能力.

  铱系统卫星星系共耗资34 5亿美元,若把铱系统有限责任公司运营该系统的费用计算在内,则共需近50亿美元.

  铱公司通过战略性投资伙伴入股、银团有条件的贷款、高回报债券、股票上市等方式已经筹措到铱系统所需的全部资金.

  当摩托罗拉公司在80年代末提供铱系统概念时,通信界的人士在对其令人吃惊的创造性大加欣赏的同时,也对其如何筹集如此巨大的系统投资和前所未有的先进而复杂的技术能否如期实施表示怀疑.

  在这以后的七八年里,铱系统有限责任公司在积极参加各种国际活动推广铱系统的同时,其系统本身的发展也按照计划进行.铱系统卫星由美国、俄罗斯、中国的火箭发射.自1997年5月5日美国DeltaII火箭成功地进行铱系统卫星首次发射以来,到1998年5月止,已经全部成功发射完毕72颗卫星,其中有5颗星有问题,但在轨运行所需的66颗星已毫无问题.到目前为止中国长征二号丙共进行了4次共8颗星的发射,铱系统计划用中国长征火箭发射11次共22颗星,因此,长征火箭将继续为铱系统发射后续星(包括备用星和需要更换的星).圆满的卫星发射工作为铱系统商业运行提供了必要条件.

  目前美国国防部已经决定使用铱系统作为其全球的通信系统,无疑是对铱系统发展的有力支持.按照铱系统的发展计划,其很有可能成为第一个投入商用的GMPCS系统.

  铱系统已于1998年5月18日通过了18次发射,完成了系统所需的全部66颗卫星和6颗在轨运行的备用星的发射.1998年5月有6个关口站进行了联调,星与星、星与地面以及星与手机之间的试验工作已经完毕,1998年5月底,泰国、日本、美国3个地方的手机已经成功地进行了通话,全部12个物理关口站除北京关口站以外已于1998年6月投入试运行.

  铱系统公司曾计划于1998年9月23日在全球投入商业运行,但考虑到整个系统的稳定性和保证提供高接通率的业务要求,铱系统公司决定将这一日期推迟到1998年11月1日.

3、铱系统网络组成与主要技术参数

   铱系统组成如图1所示,主要由4部分组成:空间段、系统控制段(SCS)、用户段、关口站段(GW).

3 1空间段

  由分布在6个极地圆轨道面的72颗星(包括6颗备用星)组成,每个轨道面有11颗在轨运行卫星和1颗备用星.铱系统星座设计能保证全球任何地区在任何时间至少有一颗卫星覆盖.铱系统星座网提供手机到关口站的接入信令链路、关口站到关口站的网路信令链路、关口站到系统控制段的管理链路.每个卫星天线可提供960条话音信道,每个卫星最多能有两个天线指向一个关口站,因此每个卫星最多能提供1920条话音信道.铱系统卫星可向地面投射48个点波束,以形成48个相同小区的网络,每个小区的直径为689km,48个点波束组合起来,可以构成直径为4700km的覆盖区.铱系统用户看到一颗卫星的时间约为10min.铱系统的卫星设计采用3轴稳定,寿命在5年左右,相邻平面上卫星按相反方向运行.每个卫星有4条星际链路,一条为前向,一条为反向,另两条为交叉连接.星际链路工作速率高达25Mb/s,在L频段10 5MHz频带内按FDMA方式划分为12个频带,在此基础上再采用TDMA结构,帧长为90ms,每帧可支持4个50kb/s用户连接.

3 2系统控制段(SCS)

  SCS是铱系统的控制中心,它提供卫星星座的运行、支持和控制,把卫星跟踪数据交付给关口站,利用寻呼终端控制器(MTC)进行终端控制.SCS包括3部分,遥测跟踪控制(TTAC)、操作支持网(OSN)和控制设备(CF).SCS有3方面功能,空间操作、网络操作、寻呼终端控制.SCS有两个外部接口,一个接口到关口站,另一个接口到卫星.

3 3用户段

  该段指的是使用铱系统业务的用户终端设备.用户终端设备主要包括手持机(ISU)和寻呼机(MTD),将来也可能包括航空终端、太阳能电话单元、边远地区电话接入单元等.ISU是铱系统移动电话机,包括两个主要部件:SIM卡及无线电话机,它可向用户提供话音、数据(2 4kb/s)、传真(2 4kb/s).MTD类似于目前市场上的寻呼机,分两种:数字式和字符式.

3 4关口站段

  关口站是铱系统的一个重要部分,是提供铱系统业务和支持铱系统网络的地面设施.它的主要特点是提供移动用户、漫游用户的支持和管理,通过PSTN提供铱系统网络到其它电信网的连接.一个或多个关口站提供每一个铱系统呼叫的建立、保持和拆除,支持寻呼信息的收集和交付.关口站由以下分系统组成:交换分系统(西门子D900交换机)、地球终端(ET)、地球终端控制器(ETC)、消息发起控制器(MOC)、关口站管理分系统(GMS).关口站有4个外部接口:关口站到卫星、关口站到国际交换中心(ISC)、关口站到铱系统商务支持系统(IBSS)和关口站到系统控制段(SCS).   铱系统馈线链路使用Ka频段,关口站到卫星上行链路使用29 1~29 3GHz,卫星到关口站下行链路使用19 4~19 6GHz.

  铱系统星际链路使用23 18~23 38GHz.铱系统用户链路使用L频段,用户终端与卫星之间上、下行链路均使用1616~1626 5MHz.

  铱系统于1992年向国际电联申请了所需使用的频率,铱系统申请的频率符合WARC -92会议给卫星移动通信系统所划分的频谱规定.美国FCC也于1995年向铱系统颁发了频率使用许可证.

4、铱系统提供的业务

  卫星移动通信系统作为地面通信网的延伸和补充,它所提供的双模式手持机既可以在现有的蜂窝通信模式下工作,也可以在卫星通信模式工作.在蜂窝网能覆盖到的地方,双模式手持机可用作普通的蜂窝手机;在蜂窝网覆盖不到的地方,双模式手持机可用卫星通信模式进行通信.

  铱系统提供4种主要的业务:铱全球卫星服务、铱全球漫游服务、铱全球寻呼服务和铱全球付费卡服务.另外还包括许多类似于GSM的“增值服务”.铱全球卫星服务覆盖全球,使用铱电话可以使您在世界任何地方进行通信联系,因此特别适合现有通信手段达不到的地方.例如边远地区、海洋、沙漠等等.使用铱全球卫星服务,用户需要有一部铱手机以及相应的SIM卡.

  铱全球漫游服务将允许用户使用所有与铱系统公司签署漫游协议的地面蜂窝网络.此项业务非常适合那些需要经常在世界上的大城市之间旅行,经常使用地面蜂窝网,而且不想改变原来使用的蜂窝电话号码的用户.那么,当用户开机时,用户的铱手机会自动登

记到当地的蜂窝网络,其它人呼叫该用户时仍拨打该用户原来在归属局的号码就可与其建立联系.   铱全球付费卡服务将SIM信号、信用卡信息统一做在一张智能卡上,用户的所有费用信息均用这张卡来表示.例如,在世界各地,可以用此卡使用PSTN电话,费用转入到卡上.

  铱寻呼服务覆盖全球,一个小小的铱寻呼机可以使用户在世界的任何地方、任何时间接收信息.铱寻呼服务既可以单独作为寻呼标准服务,又可以与铱手机配合使用.铱寻呼服务可以使用户接收16种语音中的一种,多达200个数字的文字信息.

  增值业务包括:个人信箱、数字消息、语音信箱、文本消息、呼叫转移、呼出限制、紧急呼叫等.   铱系统市场主要定位于商务旅行者、海事用户、航空用户、紧急援助、边远地区.铱系统设计的漫游方案除了解决卫星网与地面蜂窝网的漫游外,还解决地蜂窝网间的跨协议漫游,这是铱系统有别于其它卫星移动通信系统的又一特点,见图2.

  卫星移动通信系统在各个领域有着广泛的应用.不仅可应用于大型远洋船舶的通信、导航和海难救助,还可以广泛应用于陆地移动通信和航空移动通信,如军事、新闻报道、野外勘探、体育探险、科学考察、抢险救灾、商务旅行、重要旅游点通信和航空服务通信以及新开发的商业、工业经济区的早期通信.

5、国内市场前景

  我国移动通信市场需求巨大,蜂窝移动通信市场需求每年以高于100 %的增长速度发展.而卫星移动通信又是蜂窝移动通信的扩展和补充.因此,卫星移动通信的市场发展引起各方面的重视,市场竞争激烈.建设卫星移动通信系统和向用户提供卫星移动通信业务已成为卫星通信经营者面临的一项急迫任务.根据铱系统卫星移动通信业务的特点,一般认为其用户主要为:

(1)需要进行大范围漫游通信的用户(尤以国际业务为主);

(2)需要在地面通信网覆盖不到的地区进行通信的用户;

(3)除有以上业务需求外,卫星移动通信系统用户还必须能承担最低每分钟2美元以上的通话费用.

  对于卫星移动通信市场需求的预测,国际上一般使用与地面蜂窝用户类比的方法预测,辅以必要的用户调查.国内有关机构根据我国人口、面积、国际旅游业、航舶运输、国际贸易、金融、旅游人数、国民生产总值、电话主线数、主线普及率、商务电话比重、待装用户数等因素得出的铱系统国内用户预测数:1999年为2 85万;2000年为4 4万;2010年为22 8万.其中,合资、外企、国际贸易、国际漫游业务占80 %,其它占20 %.英国OVUM咨询公司采用与地面蜂窝通信用户类比的方法对我国卫星移动用户数的预测就更为乐观.根据预测,我国地面蜂窝通信用户在2000年时将超过3000万户,若仅有1 %的用户选择使用卫星移动业务,则卫星移动用户数就达30万.一般认为铱系统将占到1/3的卫星移动通信市场.而国际上通常的取值是按地面蜂窝通信用户数的6 %~8 %来预测卫星移动通信用户数.若采用这种方法预测卫星移动通信市场,用户数会更多.

  根据国际著名的咨询机构美国KPMG公司的市场预测,发展中国家将是GMPCS业务的主要市场,将占GMPCS全球市场的50 %~60 %.我国是一个地域宽广、地貌复杂、经济发展和人口分布、消费差异较大的发展中国家.特别是改革开放以来经济发展迅速,通信市场需求潜力很大.因此国外各GMPCS经营者都看好中国巨大的市场潜力.

6、铱系统北京关口站试验工程

  经国家主管部门批准,中国通信广播卫星公司负责中国区域内的全球和区域性卫星移动通信系统的建设经营工作.根据我国政府发展卫星移动通信的有关政策,已经着手对包括铱系统在内的、国际上几个比较成熟的系统进行运营试验.

  为配合全球卫星移动通信业务在我国的开展,中国通信广播卫星公司已与北京电信管理局,广东、甘肃邮电管理局共同组建了中宇卫星移动通信有限责任公司.中宇通信公司已于1998年5月4日注册成立,专门来负责各系统在我国的试验和运营.1988年11月中国航天总公司也投资入股中宇通信公司,参与该公司的管理和运作.

  虽然铱系统北京关口站的建设起步晚,1998年4月整个项目才刚刚开始进行,但在原邮电部和信息产业部各级领导的关心指导下,整个工程进展顺利.7月7日关口站设备到货后,随即开始了紧张的设备安装和调测工作;到9月16日北京电话网以及公众电话网到卫星电话手机之间便可以通话了.

  目前,铱系统北京试验关口站正在进行系统试验和开通测试.预计在不远的将来,这种无缝隙覆盖的卫星移动通信系统将作为国家公众通信网的一个组成部分向广大用户提供可靠、优质、快捷的通信服务.


----《移动通信在线》