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GmPRS (Geo Mobile Packet Radio Service) 同步轨道卫星通信

GmPRS (Geo Mobile Packet Radio Service) 同步轨道卫星通信

        卫星通信是利用人造地球卫星作为中继的微波通信,它与地面光纤通信相比,最大的优点是无需埋设光缆,可以直接跨过群山、海洋进行远距离通信。

  卫星在浩瀚的太空中运行,有其一定的轨道,但轨道形式有多种,按轨道形状分有圆形轨道、准圆形轨道和椭圆形轨道;按轨道面与地球赤道面的夹角大小分有零倾角轨道(卫星在地球赤道上空运行)、倾角轨道和极地轨道(卫星围绕地球两极运行,其轨道面与赤道面构成90°);按卫星离地球的高度分(泛指圆形轨道)有低轨道(一般在1000~5000km之间,绕地球一周约需2~4小时),中轨道(一般在5000~20000km之间,绕地球一周约需4~12小时)和高轨道(一般在20000~36000km之间,绕地球一周约需12~24小时)。目前,在各种轨道上运行的卫星种类繁多,有用于探测地球资源的资源卫星,有用于获取气象信息的气象卫星,有用于提供基准定位的导航卫星,有用于科学研究的科研卫星,有用于搜集军事情报的侦察卫星,有用于传送电话或电视的通信卫星等,不同用途的卫星大多有不同的运行轨道。

  那么,同步轨道卫星通信又是怎么回事呢?先说什么叫同步轨道卫星,所谓同步轨道卫星是指:卫星距离地球的高度约为36000 km,卫星的运行方向与地球自转方向相同、运行轨道为圆形、运行周期与地球自转一周的时间相等,即24小时。利用同步轨道卫星进行通信的方式便叫同步轨道卫星通信。

  当同步轨道卫星轨道面的倾角为零度,即卫星在地球赤道上空运行时,由于运行方向与地球自转方向相同,运行周期又与地球同步,因此,人们从地球上仰望卫星,仿佛悬挂在太空静止不动,所以,把零倾角的同步轨道称作静止轨道,在静止轨道上运行的卫星称作静止卫星。

  静止卫星上的天线所辐射的电波,对地球的覆盖区域基本是稳定的,在这个覆盖区内,任何地球站之间可以实现24小时不间断通信。不过,一颗静止卫星只能覆盖地球21370万平方公里,仅占地球总面积的40%,尚有60%的地区不在其覆盖范围内,无法进行通信,一般地说,配置三颗静止卫星即可基本解决全球通信问题,目前,在太平洋、大西洋和印度洋上空各有一颗国际通信卫星组织的静止卫星在运行,提供全球通信使用。但是,静止卫星无法覆盖地球的高纬度地区,实践证明,在纬度在70~75°的地区,通信已经困难,超过75°的地区根本无法通信。

  倾斜轨道和极地轨道同步卫星从地球上看是移动的,但却每天可以经过特定的地区,因此,通常用于科研、气象或军事情报的搜集,以及两极地区和高纬度地区的通信。

  同步轨道卫星通信的优点十分突出:覆盖地区大,传输距离远,通信容量可控,基本不受地面自然灾害的影响,在抢险救灾等应急通信中能发挥极其重要的作用。但是,同步轨道卫星通信也有缺点:

  首先是传输时延较大。我们知道,电波的传输速度是每秒30万公里,而讲话的话音从地球站发出,经卫星中转,再到大洋彼岸的另一座地球站收下,大约走了8万公里,需时约260毫秒,收端即刻回答,并经同样路由返回发端,又需约260毫秒,这就是说,发话人最快也要半秒钟后才能听到对方的回答,话音延时现象严重,特别是在传送电视节目时,画面上会出现讲话人的口形与声音不同步现象,让人感到别扭。
其次,局部地区通话的背景噪声较大。因为静止卫星部署在地球的赤道上空,而地球上五大洲的大部分地区分布在赤道两侧,因此,大多数地球站偏离于赤道,这些地球站的天线不像赤道附近地球站的天线那样可以直面朝天,而是仰角较小,地球站距离赤道越远,天线的仰角便越小,从天线引入的地面噪声便越大,从而导致通话的信噪比下降。

  再次,每年的某些时段易受天象的影响。当太阳—地球—卫星走成一线时,将发生地星蚀,卫星处于地球的阴影区,此时,星上的太阳能电池缺乏光照,只能靠蓄电池供电,这种情况发生在每年的春分(3月21日)和秋分(9月22日)前后21天,春分和秋分两天的遮挡时间最长,达72分钟,为了保证通信,通常采用轮流关闭部分转发器的办法,以节省能源。当太阳—卫星—地球走成一线时,将发生“天淩”,此时,卫星处于光照最强的位置,由太阳引起的强大噪声从天线引入,这种情况也发生在每年的春分和秋分前后,持续6天,每次约数分钟,时间虽然不长,但影响严重,能中断通信。当太阳—月球—卫星走成一线时,发生月星蚀,卫星处于月球的阴影区,也会影响星上太阳能电池的正常工作,这种情况不是每年都会出现,但有时一年则会出现数次,每次短则数分钟,长则2小时,平均每次约40分钟。

  同步轨道静止卫星主要用于陆地固定通信,但也用于海上移动通信,不过,它不象陆上蜂窝移动通信那样有那么多的基站,只有卫星是一座大的基站,移动业务交换中心依然设在岸上(称为岸站),海上移动终端之间(即船舶与船舶之间)的通信,需经卫星两跳后才能实现,例如,如果甲船需同乙船联系,那么,甲船将信号发至卫星,经卫星一跳到达岸站上的移动业务交换中心,然后,岸站又将信号发至卫星,再经卫星一跳到达乙船。

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