衛星電話

衛星電話是基於衛星通信系統來傳輸信息的通話器，也就是衛星中繼通話器。衛星中繼通話器是現代移動通信的產物，其主要功能是填補現有通信（有線通信、無線通信）終端無法覆蓋的區域，為人們的工作提供更為健全的服務。現代通信中，衛星通信是無法被其他通信方式所替代的，現有常用通信所提供的所有通信功能，均已在衛星通信中得到套用。

經過近兩年的努力，中國電信首次面向商用市場放號，我國進入到衛星移動通信的“手機時代”，填補了國內自主移動通信系統的空白，打破依賴國外衛星移動通信服務的現狀。天通衛星覆蓋範圍廣，通信能力強，服務無盲區。

基本介紹

• 中文名：衛星電話
• 外文名：satellite phone
• 原理：基於衛星通信系統
• 類別：衛星中繼通話器

原理

高軌道衛星（GEO）移動通信業務的特徵來源於使用位於赤道上方35800km的對地同步衛星開展通信業務的條件。在這個高度上，一顆衛星幾乎可以覆蓋整個半球，形成一個區域性通信系統，該系統可以為其衛星覆蓋範圍內的任何地點提供服務，例如美國一顆衛星就可以覆蓋美國大陸的連續部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各幾百海里的近海地區。在GEO衛星系統中，只需要一個國內交換機對呼叫進行選路，信令和撥號方式比較簡單，任何移動用戶都可以被呼叫，無需知道其所在地點。同時，移動呼叫可以在任何方便的地點落地，不需要昂貴的長途接續，衛星通信費用與距離無關，它與提供本地業務的陸地系統的費用相近。當衛星對地面台站的仰角較大的時候（如在美國本土經度範圍內，衛星對地面的仰角一般在20°～56°之間），移動天線具有朝上指向的波束，可以與地面的反射區分開，這樣就可以幾乎完全避免在陸地系統中常見的深度多徑衰落。衛星信號因其仰角大，僅僅穿過樹冠，從而使由枝葉引起的衰減降到只有幾dB。

業務類型

衛星移動通信業務可以提供兩種普通的業務：一種為公共衛星中繼通話器，另一種是專用衛星中繼通話器，前者需要互聯公用交換通話器網，使一個移動體呼叫世界上任一個固定通話器，後者只是在一移動台和它的調度員之間進行。這兩種業務都可以傳送通話器，尋呼和定位信息。這兩種業務也可以結合起來形成特有的通信能力。

繼通話器業務

該網路包括衛星，工作於L頻段的移動台、工作於K頻段的網路操作中心和關口地球站/交換機互連完成，它使用由網路操作中心經專用信令信道指配給移動台和關口站的射頻信號。為了建立一個呼叫和確定接續路由，移動台撥叫終點地址通話器號碼，同時也給出自己的號碼。網路操作中心指配給該移動台一個L頻段射頻信道，並將相應的K頻段信道指配給靠近固定通話器地址的關口站，在此產生通常的通話器信令，以建立呼叫。網路操作中心記錄路由、主叫和通話時間以便計算。另一方面上的操作與此類似。在提供長途連線靈活接續能力上，關口站的重要性是值得注意的，可能需要成百上千個關口站。呼叫一旦建立，話音帶內數據、分組訊息、定位和尋呼等業務信息均可以傳遞，一個無線台可以完成所有這些功能。

通話器業務

該系統包括衛星、移動台和位於用戶建築外的基站，該基站由簡化的關口（無呼叫路由選擇和長途互連設備），根據需要指配給系統一條或幾條電路，它可以使用簡單的“按下即談話”操作，也可以使用更複雜的交換方式，以便將系統的時間指配給不同的用戶用於不同的目的。每一個移動體可以使用單一無線台完成調度通話器、不同速率數據、分組訊息以及尋呼、定位訊息的傳遞。若該無線台可以調諧到上面所提到的公用衛星中繼通話器信令信道，則它也可以具有無線公用通話器功能。

發展歷程

自從1957年10月4日蘇聯成功發射了第一顆人造地球衛星以來，世界許多國家相繼發射了各種用途的衛星。這些衛星廣泛套用於科學研究，宇宙觀測，氣象觀測，國際通信等許多領域。1958年12月美國宇航局（NASA）發射了“斯科爾”（SCORE）廣播試驗衛星，進行磁帶錄音信號的傳輸。1960年8月，又發射了“回聲”（ECHO）無源發射衛星，首次完成了有源延遲中繼通信。1962年7月美國通話器電報公司AT&T發射了“電星一號”（TELESTAR-1）低軌道通信衛星，在6GHz/4GHz實現了橫跨大西洋的通話器、電視、傳真和數據的傳輸，奠定了商用衛星通信的技術基礎。

1965年蘇聯發射了“閃電”（MOLNIYA）同步衛星，完成了蘇聯和東歐之間的區域性通信和電視廣播。至此，經歷了近20年的時間，完成了通信衛星的試驗，並使衛星通信的實用價值得到了廣泛的承認。

1964年8月成立了商用的衛星臨時組織。1973年2月更名為國際通信衛星自治（INTELSAT）。這是一個國際性商用衛星通信機構，截止1986年已有112個國家參加該組織（包括中國），目前正在使用的國際通信衛星主要是INTELSAT衛星公司（COMSAT）發射的“晨鳥”（Early Bird），也成為“INTELSAT-Ⅰ”國際通信衛星。自此之後，先後發射了六代國際通信衛星-Ⅱ~Ⅶ。前四代已經完成了使命，現在正在運行的包括IS-Ⅴ-A,IS-Ⅵ,IS-Ⅶ。

1980年發射的Ⅴ號和1985年發射的Ⅴ－A號國際衛星是一種大容量國際商用衛星。有6顆Ⅴ號衛星在同時工作，用於溝通300多個地球站。該衛星載有七副通信天線。轉發器共有27個，可同時傳送12500路通話器和兩路彩色電視信號。

1989年發射的Ⅵ號國際衛星是重量為1600公斤，有46個轉發器，通信容量為24000條雙向話路和3路電視，採用數字倍增設備後擴大為12萬個話路。該衛星轉發器不僅使用C波段（6/4GHz），而且在點波束處還使用Ku頻段（14/11GHz）。

1992年發射的Ⅶ號國際通信衛星是為了替代於1993年到期的Ⅴ－A國際通信衛星而研製的。該衛星外形與Ⅴ－A衛星相似，也是三軸穩定，在軌精度達±0.01°。該星採用了許多新技術，包括：

1. 4個波束可按地面指令而指向地球上任何地區。

2. 可根據業務需要改變衛星全球波束，將其分配給C波段點波束，使轉發器得到充分的利用。

3. C波段半球/區域載荷採用四重頻率復用，C波段全球/點波束採用二重頻率復用，Ku波段採用二重頻率復用。

4. 同時採用空間波束隔離及極化隔離，使隔離度提高到27dB以上。全球波束覆蓋區及極化隔離可達到35dB以上。

其他業務

隨著固定衛星業務的迅速發展，提出了移動衛星業務。移動通信衛星業務是指裝載在飛機，艦船、汽車上的移動通信終端所用的同步衛星通信。套用最早的是海上移動衛星業務，1976年第一顆“海事衛星1號”（MARISAT-1）發射到大西洋上空。隨後於1979年成立“國際海事衛星組織”（INMARSAT）。

廣播衛星業務也可歸入固定衛星業務。如加拿大的“通信技術衛星”（CTS），美國的“套用技術衛星”（ATS-6），蘇聯的“靜止”衛星（STATSIONAR）,日本的“日本廣播衛星”（JBS）等。廣播衛星業務是為了使用戶能直接接收來自衛星轉發等廣播電視節目。包括由簡易家庭用接收設備直接接收等“個體接收”和先由大型天線接收後再分送給一般用戶等“集體接收”兩種方式。

其他衛星業務包括無線電導航衛星（如美國海軍導航衛星NNSS），地球探測衛星（如美國陸地衛星LANDSAT）、氣象衛星（如美國NOAA衛星）、業餘無線電衛星（如OSCAR），以及報時，標準頻率，射電天文，宇宙開發、研究衛星等業務。

中國曆程

中國自1970年4月成功發射了第一顆衛星以來，已經先後發射了數十顆各種用途的衛星。1984年4月，發射了第一顆試驗用“同步通信衛星”STW-1（即東方紅二號）。1986年2月於中國西昌發射場，用長征3號火箭成功發射第二顆“實驗通信衛星”STW-2。該衛星位於東經103°赤道上空（馬六甲海峽南端），等經線貫穿中國昆明、成都、蘭州等地。衛星高度35786公里。該同步衛星形狀呈圓柱形，直徑2.1米，總高度3.67米，軌道重量429公斤，太陽能電池功率為135瓦。衛星點波束天線直徑1.22米，採用雙自旋穩定方式。衛星有兩個轉發器，工作頻率為6/4GHz。用於轉播廣播電視和傳送通話器，設計容量為1000路通話器。預期壽命為3年。

1988年3月，又於西昌發射場，用長征3號火箭發射成功第一顆“實用通信衛星”，即“東二甲”衛星該星定點於東經87.5°赤道上空。1988年12月又發射了“東二甲－2”衛星，定點於110.5°E。“東三甲”衛星是“東二甲”衛星的改進型衛星。其天線改成橢圓波束，設計壽命延長為四年，加大了太陽能電池功率。轉發器增加為4個，說明中國的衛星通信技術已經邁入國際領先領域。

系統組成

空間系統

由於移動天線終端尺寸小，在L頻段每信道所需衛星輻射功率較固定衛星業務中相應的信道的功率為大，預計所需的衛星功率為3000W，天線直徑約為5m，用多波束覆蓋業務區。這就要使每個信號選定從單一K頻段波束到所需L頻段波束以及反向的接續路由。K頻段被劃分幾段，每段對應L頻段的一個特定的點波束。為解決以下兩個難點： （1）每個L段上的業務無法精確預測，而且隨時變化；

（2）國內業務和國際業務的分配很複雜，也使得衛星移動通信系統業務的陸地、海上、空中三個部分的分配很困難，以便與本波束內業務取得一致。但是，這裡不存在L頻段到L頻段的路徑。

地面系統

（1）衛星移動無線電台和天線

衛星移動無線電台和陸地移動無線電台的功能、複雜性。部件數量和類型很相似，只是衛星移動無線電台使用5kHz信道間隔而不是25或30kHz。電台話音、調度通話器、數據、訊息分組、定位、尋呼等都屬於該衛星中繼通話器系統本身的功能，每個衛星移動電台都需要一個頻率綜合器，以便將他們調諧到所需的5kHz信道。該系統還採用專用信令信道，以免系統在公共安全緊急救援期間飽和，並為天線的指向調整提供參考。信令信道在移動台從一個衛星波束進入相鄰衛星波束時，為波束轉換提供幅度參考電平。

為獲得滿意的話音質量以及鄰星的頻率再用，需要約13dBi的高增益天線。天線的輻射圖形可以是圓的或是橢圓的，在方位角上通過電動的機械方法實現調整。也可以通過圓形陣列的切換達到近13dBi的增益。

（2）關口站、基站

地球站工作於K頻段，由於衛星移動通信服務的基本結構是每載波單信道，所以關口站必須自動按網控中心從信令信道傳來的指令調諧到5kHz信道。基站需要頻率合成器，可以工作在固定信道。這兩種站都使用3.3m天線，但通信密度大的地區的關口站需要較大的天線。關口站應有足夠的容量，以免阻塞；還要有足夠備份以保證高的可用性。一個出故障的關口站將被旁路，這時呼叫由相鄰的關口站臨時轉接。

通信衛星

基本原理

衛星通信系統是由空間部分——通信衛星和地面部分——通信地面站兩大部分構成的。在這一系統中，通信衛星實際上就是一個懸掛在空中的通信中繼站。它居高臨下，視野開闊，只要在它的覆蓋照射區以內，不論距離遠近都可以通信，通過它轉發和反射電報、電視、廣播和數據等無線信號。通信衛星工作的基本原理如圖所示。從地面站1發出無線電信號，這個微弱的信號被衛星通信天線接收後，首先在通信轉發器中進行放大，變頻和功率放大，最後再由衛星的通信天線把放大後的無線電波重新發向地面站2，從而實現兩個地面站或多個地面站的遠距離通信。舉一個簡單的例子：如北京市某用戶要通過衛星與大洋彼岸的另一用戶打通話器，先要通過長途通話器局，由它把用戶通話器線路與衛星通信系統中的北京地面站連通，地面站把通話器信號發射到衛星，衛星接到這個信號後通過功率放大器，將信號放大再轉發到大西洋彼岸的地面站，地面站把通話器信號取出來，送到受話人所在的城市長途通話器局轉接用戶。

衛星通訊系統示意圖

電視節目的轉播與通話器傳輸相似。但是由於各國的電視制式標準不一樣，在接收設備中還要有相應的制式轉換設備，將電視信號轉換為本國標準。電報、傳真、廣播、數據傳輸等業務也與通話器傳輸過程相似，不同的是需要在地面站中採用相應的終端設備。

隨著航天技術日新月異的發展，通信衛星的種類也越來越多。按服務區域劃分，有全球、區域和國內通信衛星。按用途分，有一般通信衛星、廣播衛星、海事衛星、跟蹤和數據中繼衛星以及各種軍用衛星。

優點缺點

衛星通信同現在常用的電纜通信、微波通信等相比，優點缺點如下：

遠：是指衛星通信的距離遠。俗話說，“站的高，看的遠”，同步通信衛星可以“看”到地球最大跨度達一萬八千餘公里。在這個覆蓋區內的任意兩點都可以通過衛星進行通信，而微波通信一般是50公里左右設一個中繼站，一顆同步通信衛星的覆蓋距離相當於三百多個微波中繼站；

多：指通信路數多、容量大。一顆現代通信衛星，可攜帶幾個到幾十個轉發器，可提供幾路電視和成千上萬路通話器；

好：指通信質量好、可靠性高。衛星通信的傳輸環節少，不受地理條件和氣象的影響，可獲得高質量的通信信號；

活：指運用靈活、適應性強。它不僅可以實現陸地上任意兩點間的通信，而且能實現船與船，船與岸上、空中與陸地之間的通信，它可以結成一個多方向、多點的立體通信網；

省：指成本低。在同樣的容量、同樣的距離下，衛星通信和其他的通信設備相比較，所耗的資金少，衛星通信系統的造價並不隨通信距離的增加而提高，隨著設計和工藝的成熟，成本還在降低；

高：指通信資費標準高於常用的電纜通信、微波通信，是其資費標準的十倍乃至幾十倍；

差：指在大型建築內或山體等物體遮蓋住設備本身時通信信號無或閃爍不定；

慢：指在通話過程中有延時現象，導致接續不暢。

系統分類

衛星移動通信系統的分類可按其套用來分，也可以按他們所採用的技術手段來分。

按套用分類

可分為海事衛星移動系統（MMSS）、航空衛星移動系統（AMSS）和陸地衛星移動系統（LMSS）。海事衛星移動系統主要用於改善海上救援工作，提高船舶使用的效率和管理水平，增強海上通信業務和無線定位能力。航空衛星移動系統主要用於飛機和地面之間為機組人員和乘客提高話音和數據通信。陸地衛星移動系統主要用於為行駛的車輛提供通信。

海事衛星電話通信

按軌道分類

通信衛星的運行軌道有兩種。一種是低或中高軌道。在這種軌道上運行的衛星相對於地面是運動的。它能夠用於通信的時間短，衛星天線覆蓋的區域也小，並且地面天線還必須隨時跟蹤衛星。另一種軌道是高達三萬六千公里的同步定點軌道，即在赤道平面內的圓形軌道，衛星的運行周期與地球自轉一圈的時間相同，在地面上看這種衛星好似靜止不動，稱為同步定點衛星。它的特點是覆蓋照射面大，三顆衛星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可以進行二十四小時的全天候通信。

按頻率分類

按照該衛星所使用的頻率範圍將衛星劃分為L波段衛星，Ka波段衛星等等。

按服務區域

隨著航天技術日新月異的發展，通信衛星的種類也越來越多。按服務區域劃分，有全球、區域和國內通信衛星。顧名思義，全球通信衛星是指服務區域遍布全球的通信衛星，這常常需要很多衛星組網形成。而區域衛星僅僅為某一個區域的通信服務。而國內衛星範圍則更窄，僅限於國內使用，其實各種分類方式都是想將衛星的某一特性更強地體現出來，以便人們更好的區分各種衛星。

按衛星軌道

以衛星為基礎的移動通信的套用和研製情況，大體上可分為3種情況：

（1） 衛星不動

目前已經廣泛套用的Inmarsat以及正積極開發中的AMSC（美國），CELSAT（美國），MSS（加拿大）、Mobilesat（澳大利亞）等移動通信系統均屬於這種情況。這些系統已經實現到車，船和飛機等移動體上的通信，實現到手機的通信指日可待。

（2） 衛星動終端不動

它是通過非同步軌道衛星實現到較大終端（例如移動通信網的基站）的通信，而以後再連線到手持機的用戶。Calling（美國）系統大體上屬於這種情況。移動用戶通過關口站上的衛星進行通信也基本屬於這種情況。

（3） 衛星動終端也動

當前提出來的大量中、低軌道系統（如銥星系統、全球星系統、奧迪賽系統）極化均屬這種情況，他們的特徵就是做到終端手持化，實現了衛星通信適應未來個人移動通信的需求。

問題

自本世紀60年代以來，人類已經將數以百計的通信廣播衛星送入高軌道（GEO），在實現國際遠距離通信和電視傳輸方面，這些衛星一直擔當主角。但是，高軌道（GEO）衛星也存在一些問題：

距地球過遠

自由空間中，信號強度反比於傳輸距離的平方　高軌道（GEO）衛星距地球過遠，需要有較大口徑的通信天線。

信號時延

在通話器通話中，這種時延會使人感到明顯的不適應。在數據通信中，時延限制了反應速度，對於2001年台式超級計算機來說，半秒鐘的時延意味著數億位元組的信息滯留在緩衝器中。

軌道資源緊張

高軌道（GEO）衛星只有一條，相鄰衛星的間隔又不可以過小，因為地球站天線分辨衛星的能力受限於天線口徑的大小。在Ka頻段（17～30GHz）為了能夠分出2°間隔的衛星，地面站天線口徑的合理尺寸應不小於66cm。按這樣計算，高軌道（GEO）衛星只能提供180顆同軌道位置。這其中還包括了許多實用價值較差，處於大洋上空的位置。