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低轨卫星哲理

时间:2012-6-26 10:56:51 来源:利德时代

 

    1998年国际电联世界电信发展独立委员会发表了一份报告,题目是“遗漏的环节”。报告指出占世界人口百分之七十和世界国内生产总值百分之二十的发展中国家仅拥有世界电话数量的百分之七。这一差距在低收入的发展中国家更是明显。这些国家的电话网络都局限在城镇地区。

    14年以后,即使有些发展中国家在经济上的发展速度迅猛,但世界范围内通信上“有”与“无”的差距仍然很大。随着个人电脑和因特网在发达国家中的迅速扩展,“有者”和“无者”之间的这种差距还会拉大。  

    在发达国家,大多数人都生活在大量的信息之中。在美国,一个办公室职员平均一个工作日要处理32个电话,14件电子信件,11个语音留言和9份传真,另外还要浏览因特网站,接发寻呼和蜂窝网电话。在家中,我们面对盒带,CD,卫星,朋线,微波和一般电视和广播台站的上百个音像频道。然而,我们大多数人仍然希望得到更多,更快的信息,看来我们对信息的胃口大得难以满足。  

    在发展中国家,基本的电话业务对许多平民百姓来说还是一种奢侈。有30多亿人口缺少基本的电话业务。大约有5,000万人正在等待装机。向大众提供基本的电话业务对许多发展中国家来说是一项挑战。这种对电信业务的迫切需要使得蜂容和无线网络正在得到快速扩展。但是,电信业的这种发展大多分布在利润率高的城市地区,而很少发生在乡村地区。据估计,到2000年世界上有百分之六十的人口不在蜂窝网覆盖的范围之内。

    以中国为例,在过去的十年,中国在电信业务方面取得了巨大的成就。今年蜂窝网的用户总数已超过了2,000万,预计今后每4年还会翻一番。但是,蜂窝网络大多分布在富裕的沿海和城镇地区。全国仍有50多万个村庄没有基本的电话业务。即使是在一个发展中国家,“有者”与“无者”之间的这种差距也在拉大。

    卫星通信系统,如全球星,Teledesic等,可能是向世界上的普通百姓提供经济的电信业务和全球连接的唯一途径,也是缩小发达国家和发展中国家,城市和乡村中的“有者”与“无者”之间的差距的唯一途径。

轨道卫星的演变

“一曰:‘地球在转’。另曰:‘卫星在转’。‘否’,禅宗大师道:‘非地球转,非卫星转,乃是脑筋在动’。” 

    当今人们还在激烈地争论哪种卫星系统方式能够提供最好的卫星通信业务。但如禅宗大师所说,我们大脑想象思维的方式决定了我们的设计方案。不同的设计方法选用不同的轨道,因而就产生了代轨,中轨和同步轨道系统之分。要子解各轨道系统的利弊,就要了解通信卫星技术的演变。  

   阿瑟C.克拉克的《地球外转播》一书写于1945年10月,现在成为一篇著名的技术论文。然而,1960年夏发射的第一颗通信卫星不是同步地球轨道卫星,而是一颗中轨卫星,由于运载火箭的限制,大多数早期通信卫星都是低轨和中轨。这些卫星有以下一些缺点: 

1.由于处于低轨或中轨,就需要有许多轨道卫星完成连续的全球覆盖;  

2.由于卫星不是静止的,就需要有跟踪天线来建立卫星与地面站之间的通信,而跟踪天线是很昂贵的;

3.受60年代电子技术的制约,所有这些低轨和中轨卫星的容量都非常有限。 

    这些技术上的麻烦使得低轨和中轨系统变得很不经济。因而,当火箭发展得很强大,能够把卫星送入36,000公里高的静止地球轨道时,低轨和中轨卫星便被地球同步通信卫星取代。

    自1964年以来,几乎所有的商业通信卫星都是地球同步轨道卫星。随着卫星技术的发展,地球同步轨道卫星变得越来越大,功率越来越强。集中式地球同步轨道卫星在提供一点到多点业务方面,如电视广播和直接到户的音像传送,是非常有效的。

但是,同步轨道存在两大基本问题

1.信号的反平方律,即空间的信号与其行程距离的平方成比例衰减。这就是说一个小功率手机的信号在行进了36,000公里以后就会变得非常微弱,就需要有巨大的卫星天线来接受如此微弱的信号;

2.同步卫星的时延会降低话音质量,还会引起数据或交互式多媒体通信的待时麻烦。同时,由于地面天线辨别卫星的能力受天线大小的限制,同步轨道变得非常拥挤。一部小手机不能区别不同的卫星。因而,两个以上同步轨道移动卫星业务系统要共享用一频段是非常困难的。面对有限的移动卫星业务频率资源,不能共享频率资源和轨道频段将会使同步轨道系统容量的扩展变得异常困难。

    八十年代个人电脑和微处理器领域中的技术革命也暴露出了集中式主计算机和集中式同步轨道卫星的缺陷。与主计算机相似,大同步轨道卫星提供的是一种“均码尺寸”业务,几乎没有能力控制信息的流量,或是起交互作用。为了取得规模经济,大多数大型卫星的在轨寿命都很长,12年至15年不等。然而,随着通信技术的飞速发展,12年期间可以产生几代新的通信技术,而市场也会要求有更多的变通能力和灵活性。

    针对同步卫星的局限和移动通信的发展趋势,两组技术人员在1991年向美国联邦通信委员会递交的申请中提出了两个基于低轨卫星的全球移动个人通信卫星(GMPCS)系统。由劳拉和高通公司上报的全球星提出用48颗低轨卫星提供GMPCS业务。由摩托罗拉上报的铱星提出用77颗(后改为66颗)低轨卫星提供GMPCS业务。面对来自全球星和铱星的挑战,国际海事卫星组织于1994年决定组建ICO(中间环行轨道)全球通信系统,提出使用12颗中轨卫星提供CMPCS业务。

    不想被市场抛弃的休斯和洛克西德—马丁公司即而提出发射静止地球轨道卫星提供区域性移动卫星业务。这些静止地球轨道卫星将会非常庞大。例如,休斯公司提出的卫星高5米,近5吨重,带有一个16米的天线。相比之下,全球星卫星重450公斤,带有两个1米的天线。除此之外,由比尔.盖茨和克雷格.麦考支持的Teledesic正提出发射840多颗(后减至240颗)低轨卫星提供全球高速数据和因特网业务。

    今后五年的卫星通信市场将是令人激动的五年。这些低轨,中轨和静止地球轨道系统将为频率、资金和用户相互竞争。市场和用户将是这些卫星通信系统的最终裁判。

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