衛(wèi)星導(dǎo)航與衛(wèi)星移動(dòng)通信結(jié)合發(fā)展與應(yīng)用構(gòu)想

+ 李旭萍 中央電視塔

1 引言

衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的誕生給人類社會(huì)信息技術(shù)的發(fā)展注入了新的元素和活力，已廣泛地應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、國土測繪、水利水電、減災(zāi)救災(zāi)和公共安全等領(lǐng)域，帶動(dòng)了電子、通信、地理信息等相關(guān)產(chǎn)業(yè)和信息服務(wù)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

如今衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)已與地面移動(dòng)通信技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展出基于位置的服務(wù)技術(shù)，誕生了車輛監(jiān)控系統(tǒng)、基于位置的信息查詢系統(tǒng)等；同時(shí)還發(fā)展出GPS輔助技術(shù)，即A-GPS技術(shù)?？梢哉f未來衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合是一個(gè)必然發(fā)展趨勢。

但是由于地面移動(dòng)通信系統(tǒng)依賴于地面基站的支持，存在一定的覆蓋盲區(qū)，特別是在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)和海上，使得衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)與移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合，給用戶的使用帶來諸多的不便，如用戶定位后無法報(bào)告自己所處的位置，指揮調(diào)度部門無法進(jìn)行監(jiān)控指揮；用戶無法在無線接入條件下使用基于位置的服務(wù)系統(tǒng)并獲得相應(yīng)的服務(wù)等，如何克服地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的上述不足，更好地實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)合，發(fā)展衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)人衛(wèi)星移動(dòng)通信的普及應(yīng)用是一個(gè)很好的選擇。

2 國內(nèi)外衛(wèi)星移動(dòng)通信的發(fā)展現(xiàn)狀及未來

世界上現(xiàn)有衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)按衛(wèi)星軌道高度主要分為3類。

一是基于地球靜止軌道衛(wèi)星(GEO)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要有：

(1)海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)(Inmarsat系統(tǒng))，利用太平洋、大西洋、印度洋赤道上空的3顆同步衛(wèi)星，可進(jìn)行全世界艦船、飛機(jī)及車輛的移動(dòng)通信，是世界上第一個(gè)商業(yè)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)；

(2)Thuraya衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，覆蓋全球40%面積，包括東歐、中東、中亞、南亞、東亞等共99個(gè)國家。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為12～15年，具有250～300點(diǎn)波束；

(3)ACeS衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，覆蓋西亞、中亞、亞太、俄國及北美等地區(qū)50多個(gè)國家。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為12年，星上使用直徑為12m的大口徑拋物面天線，以確保地面移動(dòng)用戶手機(jī)的正常工作。

二是基于中軌衛(wèi)星(MEO)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要有：

ICO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，覆蓋全球，空間段由12顆MEO衛(wèi)星組成，其中2顆為備份星，分布在2個(gè)軌道面上，軌道高度10390km。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命12年。該系統(tǒng)主要提供高速數(shù)據(jù)傳輸，如互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)和移動(dòng)電話服務(wù)。

三是基于低軌衛(wèi)星(LEO)的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。主要有：

(1)銥星系統(tǒng)(Iridium)，空間段由66顆衛(wèi)星組成，分成6個(gè)軌道平面，每個(gè)軌道11顆衛(wèi)星，另有6顆在軌備份衛(wèi)星。軌道傾角 ，軌道高度780km。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命5~8年；

(2)全球星系統(tǒng)(Globalstar)，空間段由48顆衛(wèi)星組成，分成8個(gè)軌道面，每個(gè)軌道面6顆衛(wèi)星，另有4顆在軌備份衛(wèi)星。軌道傾角 ，軌道高度1414km。衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命7.5年；

(3)ECCO Constellation，主要為巴西與美國等國服務(wù)的星座衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，空間段由12顆衛(wèi)星組成，其中1顆為在軌備份衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道高度約2000km，設(shè)計(jì)壽命5~7年。計(jì)劃第二期將衛(wèi)星總數(shù)增多至35顆，分布在7個(gè)軌道平面上；

(4)Ellipso(橢圓軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng))?？臻g段由17顆低軌衛(wèi)星組成。其中10顆衛(wèi)星分布在2個(gè)橢圓軌道面上，軌道傾角 ，近地點(diǎn)632km，遠(yuǎn)地點(diǎn)7604km。另外的7顆衛(wèi)星分布在一個(gè)高度為8050km的圓軌道面上；

(5)Orbcomm(軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng))。空間段由28顆衛(wèi)星組成，另有8顆備份衛(wèi)星。分布在5個(gè)軌道面上，第1軌道面2顆衛(wèi)星，軌道高度736/749km；第2～4軌道面上每個(gè)布設(shè)8顆衛(wèi)星，軌道高度775km；第5軌道面2顆衛(wèi)星，軌道高度700km。該系統(tǒng)主要用于商務(wù)信息傳送、緊急呼叫及尋呼等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

我國在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)建設(shè)方面落后于國外，目前沒有建立自主的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，但是我國的航天、交通和信息產(chǎn)業(yè)等部門，積極參與國際衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的投資建設(shè)和在中國的運(yùn)營，例如我國交通部在ICO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的建設(shè)投資中就占到了總投資的7.2%，是ICO公司董事會(huì)的董事。隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技水平的不斷提高，建立我國自主的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)已成為必然。但是如何發(fā)展是值得我們認(rèn)真思考的問題?？紤]到我國的大衛(wèi)星平臺(tái)技術(shù)相對(duì)成熟，且我們和國外在衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)方面仍有一定的差距，需要建投資少見效快的系統(tǒng)，因此從我國國情出發(fā)，我認(rèn)為應(yīng)該優(yōu)先發(fā)展基于地球靜止軌道的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，這種系統(tǒng)建設(shè)周期較短，技術(shù)復(fù)雜度較小，能夠很快地投入市場運(yùn)營，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)用戶終端必須做到手持，這樣市場前景才會(huì)更加廣闊。由于衛(wèi)星移動(dòng)通信手持式終端機(jī)發(fā)射EIRP和接收G/T值都較小，衛(wèi)星與用戶終端之間信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)，損耗較大，因此要大幅提高衛(wèi)星上發(fā)射天線EIRP值和接收天線的G/T值，這是基于地球靜止軌道衛(wèi)星的移動(dòng)通信系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和難題，但是可以很好地解決，Thuraya衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的用戶手持式終端就做得很小巧。

在發(fā)展基于地球靜止軌道的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)我國國情適當(dāng)發(fā)展基于中低軌道衛(wèi)星的移動(dòng)通信系統(tǒng)，用以帶動(dòng)小衛(wèi)星技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

3 我國未來衛(wèi)星導(dǎo)航與衛(wèi)星移動(dòng)通信的結(jié)合應(yīng)用

在衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域，我國從社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全角度出發(fā)，正大力發(fā)展自主的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。并采取三步走的戰(zhàn)略，第一步先利用兩顆地球同步軌道衛(wèi)星建立起北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)，第二步再建立起大區(qū)域覆蓋的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，第三步預(yù)計(jì)到2020年建立起全球覆蓋的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。這一發(fā)展戰(zhàn)略完全符合我國國情。

隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研制建設(shè)，極大地帶動(dòng)了我國衛(wèi)星導(dǎo)航終端的研發(fā)制造技術(shù)，已經(jīng)完全擺脫了衛(wèi)星導(dǎo)航終端(包括GPS接收機(jī))完全依賴進(jìn)口的局面，而且具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的北斗用戶終端(包括RNSS和RDSS)芯片已誕生，并逐步進(jìn)入市場應(yīng)用推廣，特別是北斗RDSS用戶終端芯片的研發(fā)成功，使得北斗衛(wèi)星導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)用戶終端的體積、功耗和成本價(jià)格大幅度降低，促進(jìn)了目前北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用，也為我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展起到了推動(dòng)作用。

相信今后隨著我國衛(wèi)星導(dǎo)航和衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航和衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在用戶終端級(jí)的結(jié)合應(yīng)用為期不遠(yuǎn)。未來的用戶終端將是集衛(wèi)星導(dǎo)航和衛(wèi)星移動(dòng)通信于一體，實(shí)現(xiàn)無覆蓋盲區(qū)的導(dǎo)航定位、語音通信、數(shù)據(jù)傳輸以及精確授時(shí)等功能，能夠用來應(yīng)對(duì)各種突發(fā)的自然災(zāi)害，更好地服務(wù)于我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展。