1.1 卫星移动通信系统

卫星移动通信是指利用通信卫星中继实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种通信方式[1]。所利用的卫星既可以是对地静止轨道（Geostationary Earth Orbit，GEO）卫星，又可以是非对地静止轨道（Non-Geostationary Earth Orbit，NGEO）卫星，如中地球轨道（Medium Earth Orbit，MEO）卫星、低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星和高椭圆轨道（High Elliptical Orbit，HEO）卫星等。因此，可以说卫星移动通信是传统的固定卫星通信和地面移动通信交叉结合的产物。从表现形式来看，它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作为中继站的移动通信系统。卫星移动通信系统是指提供卫星移动业务的通信系统。利用卫星进行移动通信，具有覆盖范围大、作用距离远、组网灵活、通信费用基本与距离无关、不受地面现有设备的限制、受地形地物影响小等突出优点。

卫星移动通信系统一般包括3部分，分别为：空间段、地面段和用户段，如图1-1所示。其中，空间段包括一颗或多颗通信卫星，这些卫星既可以运行在对地静止轨道或倾斜地球同步轨道（Inclined Geo-Synchronous Orbit，IGSO），也可以运行在非对地静止轨道，如中地球轨道、低地球轨道和高椭圆轨道等；地面段通常指卫星测控中心、网络操作中心和各类关口站等保持网络正常运行所需的各类地面控制站；用户段是指各类用户地球站，如手持终端，车（机、船）载终端，固定终端等[2]。

1.1.1 卫星移动通信的特点

卫星移动通信具有其他通信方式无法替代的突出优点[3]。

①卫星移动通信具有全球/区域无缝覆盖能力、电波覆盖区域不受地貌影响等特点，使通信真正实现全球化和个人化。因此，在解决通信不发达地区、人口稀少地区及边远地区的移动通信问题方面具有不可替代的作用。

② 卫星作为全球电信系统中一个基本组成部分，除传输电视信号外，还承载了大量的数据和话音业务，而且卫星通信业务向多样性和综合性方向发展，以期与未来的多媒体高速信息传输融合。

③ 卫星覆盖区域广，可以作为通信网络的起始点，能将在地理上相距很远的用户连接在一起，满足陆上、海上、空中立体化全方位通信。

④卫星系统有一个共同特点，即通信成本对距离不敏感，这意味着通信双方距离远近与通信成本无关。

总之，卫星移动通信系统融合了传统卫星通信和移动通信的优点，成为实现全球个人通信的首选方案。

与卫星固定通信相比，卫星移动通信在技术上主要有如下特点[2]。

① 卫星功率有限与移动站低天线增益之间的矛盾十分突出。为实现“动中通”，移动站一般采用弱方向性天线，造成移动站的接收系统品质因子（接收天线增益G与接收系统噪声温度 T的比值，G/T）值很小，这势必要求卫星能够向覆盖区提供很高的等效全向辐射功率（Equivalent Isotopically Radiated Power,EIRP），才能确保一条链路的通信质量。因此，卫星移动通信系统一般是典型的功率受限系统。

②电波传播情况复杂，系统是在非高斯信道中工作的。移动站采用低增益天线（即弱方向性）并在移动中通信，这决定了其瞬时传播环境的不确定性。在通信过程中信号会遭受到多径效应、阴影效应和多普勒效应等，这要求系统能够采取相应的对抗措施，比如，采用适当的分集方式、纠错编码方式和调制解调方式等。

③众多的用户共享有限的卫星（功率与频率）资源。由于卫星移动通信系统的特点之一是大量移动站共享有限的卫星功率与频率资源，为确保对资源的有效利用，支持大量用户的同时通信，需要进行星体一体化设计，实现高效而灵活的组网传输和资源调度。

④移动台要求高度的机动性，故小型化具有十分重要的意义。终端小型化中最重要的是适应各类移动台结构要求的天线和射频部件的小型化，高稳定度的频率源和高效率的功率放大器是影响小型化的重要因素。

1.1.2 卫星移动通信系统的分类

卫星移动通信系统按其不同属性具有不同的分类方法[1]。

（1）按卫星移动通信系统服务的终端位置分类

按卫星移动通信系统服务的终端位置可以分为陆地卫星移动系统（Land Satel-lite Mobile System，LSMS），海上卫星移动系统（Maritime Satellite Mobile System， MSMS）和航空卫星移动系统（Aeronautical Satellite Mobile System，ASMS）。其中，陆地卫星移动系统旨在为陆地上的移动用户提供各种通信服务。海上卫星移动系统旨在为海上船舶提供通信业务和无线电定位服务。航空卫星移动系统旨在为飞机中的机组人员和乘客提供通信服务。

（2）按系统采用的卫星轨道类型及轨道高度分类

按卫星在空间运行的轨道类型可以分为圆轨道和椭圆轨道卫星移动通信系统。卫星轨道平面与地球赤道平面的夹角轨道称为轨道倾角。轨道倾角等于0°的称为赤道轨道，轨道倾角等于 90°的称为极轨道，轨道倾角在0°～90°之间的称为倾斜轨道。圆轨道卫星移动通信系统又可按其高度分为静止轨道卫星移动通信系统、中轨道卫星移动通信系统和低轨道卫星移动通信系统3种，如图1-2所示。静止轨道卫星移动通信系统的卫星位于地球赤道上方35 786 km高度的地球同步轨道上，轨道倾角为0°。卫星围绕地球自西向东旋转，与地球自转具有相同的周期，运行周期为 24 h。原则上覆盖整个地球只需 3 颗静止轨道卫星。海事卫星（Inmarsat）系统、亚洲蜂窝卫星（ACeS）系统、瑟拉亚（Thuraya）卫星系统和我国的天通一号卫星移动通信系统是典型的静止轨道卫星移动通信系统。

中轨道卫星移动通信系统的卫星距离地面5 000～15 000 km，运行周期为4～12 h。另外三十亿（Other 3 Billion，O3b）系统是目前全球唯一在轨运行的中轨道卫星移动通信系统。低轨道卫星移动通信系统的卫星距离地面500～1 500 km，运行周期2～4 h。低轨道卫星移动通信系统由于卫星轨道高度低，路径损耗小，收、发信机功率低，因此可以做到终端手持化。此外，低轨道卫星的传输时延小，更加适用于实时通信。铱（Iridium）系统、全球星（Globalstar）系统及轨道通信（Orbcomm）系统是典型的低轨道卫星移动通信系统。

（3）按通信覆盖区域分类

此外，卫星移动通信系统按通信覆盖区域又可分为国际卫星移动通信系统、区域卫星移动通信系统和国内卫星移动通信系统。海事卫星系统、铱系统和全球星系统为国际卫星移动通信系统。亚洲蜂窝卫星系统、瑟拉亚卫星系统为区域卫星移动通信系统。天通一号卫星移动通信系统是国内卫星移动通信系统。