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種系統通信衛星的EIRP和G/T值的計算比較，可以看出，針對區域覆蓋的情況，當用戶終端和星上設備參數以及通信體制完全一致時，所需GEO衛星的EIRP值和G/T值比MEO衛星高10dB，比LEO衛星高約30dB，但GEO只需1顆衛星即可實現區域覆蓋，而MEO和LEO系統均需要多顆衛星覆蓋相同的區域。雖然靜止軌道衛星通信系統的時延較大，但是對于區域性的衛星通信系統，全部用戶均處于同一顆衛星的覆蓋區域之內，不需要不同衛星之間的轉發，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，這樣就最大限度地減少了任務的總開銷而降低任務的成本。因此，從系統造價和可實現程度的角度考慮，GEO系統更適合于區域覆蓋衛星移動通信系統。就中國的實際情況而言，靜止軌道衛星技術已經比較成熟，并將依然是衛星移動通信系統的中堅力量，結合當前衛星移動通信系統的發展現狀和技術的可實現性的研究分析，采用GEO衛星實現對中國及周邊地區的區域覆蓋是較好的解決方案，并且隨著星上處理技術、星載天線技術的不斷迅速發展，采用GEO衛星實現區域覆蓋的衛星移動通信系統將具有更為廣闊的發展空間［2］。

基于GEO衛星移動通信的使用性能分析基于GEO衛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明顯高于低軌道衛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，即支持的業務速率最高達到2Mbit/s，傳輸的業務類型為圖像、數據和話音。在載體車型和路面狀況共同決定的運動速度下，天線與通信衛星具有通視條件時，動中通應保證通信業務速率和質量，信號質量應等同于靜止通信狀態。由于動中通在行駛過程中不可避免地要經過涵洞、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，衛星移動通信系統設計時要加大系統余量以及采用有較強糾錯能力的編碼方式來應對遮蔽衰落和多徑衰落。對于利用衛星固定業務頻段來提供衛星移動業務的動中通衛星移動通信系統來說，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星。這就是天線穩定系統要解決的主要問題，也是實現動中通衛星通信的前提。為適應車輛在不同方向、不同坡度的路面行駛，天線伺服系統的跟蹤范圍要大，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星;天線遮擋消失后伺服系統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境，確保天線有較高的跟蹤精度［3］。

在衛星移動通信系統設計時，不但要考慮動中通站型的機動性和站型的能力，還要考慮系統所占用的帶寬功率。

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

占用衛星帶寬計算衛星移動通信系統占用衛星轉發器的帶寬一般由式(1)來計算［5］。BW=Rb×1FEC×1Mod×(1+α)，(1)式(1)中，BW為衛星業務占用帶寬(Hz);Rb為系統傳輸信息速率(bps);FEC為系統傳輸的前向糾錯編碼;Mod為系統的調制方式;α為成型濾波器的滾降系數。圖1給出了信道編碼調制方式與傳輸帶寬的關系。由式(1)和圖1可以看出，系統占用衛星轉發器帶寬取決于系統信息傳輸速率、糾錯編碼方式、調制方式和成型濾波器的滾降系數。當這些參數確定后，系統占用衛星轉發器的帶寬也就隨之確定了。

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

衛星移動通信站型通信能力的計算一個衛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、所使用的衛星以及所占用的衛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使用衛星:亞洲3S衛星，衛星轉發器帶寬為54MHz。表1給出了晴天時的計算結果，表2給出了考慮99．5%降雨可用性的計算結果。

計算結果分析由表1和表2的計算結果可以看出，動中通車載站在與固定站進行業務通信時，在不同的地點所需要的發射功率以及對衛星轉發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的業務通信時，晴天時需要動中通的發射功率為58.1W，對衛星轉發器的頻率占用率為5.3%，對衛星轉發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，但是對衛星轉發器的使用是非常不合理的。因為如果只考慮頻率因素，理論上該衛星轉發器上能夠安排18個速率為2048kbps的業務載波，但從功率上考慮，理論上只能安排不到3個速率為2048kbps的業務載波。這種情況下，衛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星轉發器的租金，大大提高了通信費用。如果此時動中通的所在地正在下雨，轉發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的業務通信時，晴天時需要動中通的發射功率為10.1W，對衛星轉發器的頻率占用率為5.3%，對衛星轉發器的功率占用率卻達到了6.7%，此時各項指標都可以接受。