天衣无缝铱星网

十二、天衣无缝铱星网

说起移动通信，大家不陌生，一定会想起早期的“大哥大”、现在的“全球通”。作为通话的一方可以一面移动一面打电话，移动的范围可以是国内或国外，人可以在街上、车上、船上。接电话的也可是手机或固定电话。由此推论，所谓移动通信可以这样来定义，通信双方或至少有一方在运动中进行的信息交换。例如移动体(人，车，船，机)与固定点之间或各移动体之间的通信。通常移动业务使用UHF、L波段。

移动电话是典型的移动通信终端。以手机为例来讨论新型的卫星移动通信。所谓卫星移动通信是指利用人造地球通信卫星上的转发器作为空间链路的一部分进行移动业务的通信系统。根据通信卫星轨道位置可分为覆盖大面积地域的同步卫星通信系统和由多个卫星组成的低轨道卫星通信系统。

现在的手机大都靠地面蜂窝通信网络来传送。由于地形地物复杂，地面网络还是太稀疏，虽然不断改善，但至今仍不能达到疏而不漏。难怪有些号称全球通的手机，在深山老岭中因离基站较远，或因有大山隔离，就千呼万唤不应声了。有没有使人类在地球上任何地方任何时间都可以相互联络的手机呢？有！那就是卫星电话。

1．看铱星闪现

低轨道通信卫星系统的问世，使手持卫星电话梦想成真。1998年11月1日，世界上第一个大型低轨道移动通信卫星系统“铱星”投入实用，它开创了全球个人通信的新时代，被认为是现代通信的一个里程碑。

什么是铱星？

在皓月当空的晴朗夜晚，当你在院子里看星星时，突然你会发现在天空中出现了一道闪光，它缓慢而稳定地移动，慢慢地变亮，然后又渐渐地退去。那是一驾燃烧的飞机吗？或者是一颗缓慢移动的流星？还是一颗超新星？最有可能的答案是，这是一颗正反射阳光的通信卫星——铱星（Iridium）（图4-10）。

图4-10　看铱星闪现

这种通信卫星为什么叫做铱星呢？原来这里面还有一个有趣的故事。

这个铱星故事起源于摩托罗拉公司一名员工的大胆畅想。20世纪80年代，摩托罗拉美国公司有个工程师巴里·伯蒂格计划到加勒比岛屿度假，却遭到妻子的反对，理由是加勒比太偏远，无法联络。怎么会无法联络呢？虽然当时地面蜂窝电话尚未兴起，还没有什么全球通之类的手机，但不是有长途电话吗？而且，那个时候天上早就有什么“晨鸟”啊、“辛康”啊，成百上千颗卫星在头上转，不可以进行卫星通信吗？

事情没有想像中的那么简单。长途电话需要有电信局的支持，在那些深山老岭、海洋孤岛上可能根本就没有什么电信局，而当时通过卫星进行通信也需地球站和地面通信网的支持。当时的加勒比地区附近，还没有这类设施。

如果有一台在世界任何地方任何时候都能够通话的手机，该有多好！巴里的大胆想法得到了摩托罗拉公司管理层的赞赏。于是，开始实施铱星计划，筹建铱星系统。

如图4-10所示铱星，当按原计划在轨道上展开之后，铱星的轴线会指向地球中心，三块镀银的MMA（Main Mission Antenna）天线也会向外展开（图中第三块天线在卫星的后面），传送无线电信号。

1997年11月9日在范登堡空军基地使用德尔塔Ⅱ型火箭发射了5颗铱星。

1998年底，摩托罗拉正式宣布进行12年、耗资57亿美元的铱星系统终于大功告成。

一种新型的有代表性的全球无缝的个人移动通信系统诞生了（图4-11）。

图4-11　铱星手机

铱星系统一问世就展现出强大威力。1999年台湾大地震时，普通手机通信中断，是铱星系统及时向外界发布了信息。在科索沃战争中，难民和军方都依赖过它。在我国极地科学考察中，铱星手机也是功不可没……

现在，让我们了解一下铱星系统，看看它为何如此神通广大。

2．铱星通信系统

所谓铱星通信系统，又称铱星计划，是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠卫星通信提供联络的全球个人移动通信方式，旨在突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局限，通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。66颗由无线链路相连的卫星（外加6颗备用卫星）组成一个空间网络，各个铱星均匀占据了6条轨道，在每条轨道上有11颗卫星。但原计划是使用77颗卫星占据7条轨道，所以用第77号元素铱来命名。也许可以把完成后的卫星阵想像成环绕原子核的电子的轨道模型（可以理解的是，当摩托罗拉公司将卫星个数削减到66颗时，并没有将其改名为第66号元素镝）。

铱星系统由66颗近地低轨卫星以蜂窝结构覆盖地球，提供以话音、数据为主的全球个人通信系统（图4-12）。铱星系统主要由三部分组成：卫星网络、地面网络、移动用户。系统业务允许在全球任何地方进行语音、数据通信。铱星通信的特点是卫星间交换，直到所拨打用户所在地区上空的卫星。地面网络包括：系统控制部分和关口站。系统控制部分是铱星系统管理中心，它负责系统的运营、业务的提供，并将卫星的运动轨迹数据提供给关口站。系统控制部分包括：4个自动跟踪遥感装置和控制节点，通信网络控制，卫星网络控制中心。关口站的作用是连接地面网络系统与铱星系统，并对铱星系统的业务进行管理。

图4-12　铱星系统示意图

铱星系统的66颗低轨卫星分布在6级低轨道上，另有6颗备份卫星。卫星上采用了先进的数据处理和交换技术，并通过星际链路在卫星间实现数据处理和交换。铱星系统最显著的特点是星际链路和极地轨道。星际链路从理论上保证了可以由一个关口站实现卫星通信连接的全过程，这项先进技术赋予了该系统不依赖地面网直接通信的优势。极地轨道可以在南北两极提供畅通的通信服务。铱星系统是唯一实现在南北两极通话的卫星系统。铱星系统最大的优势是其良好的覆盖性能，可达到全球覆盖，基本上能做到用手机实现任何人在任何时间、任何地点，可以任何方式与任何人进行通话，可为地球上任何位置的用户提供带有密码安全特性的移动电话业务。低轨卫星系统的低时延给铱星系统提供了良好的通信质量。铱星系统可提供电话、传真数据和寻呼业务。它的用户终端有双模手机、单模手机、固定站、车载设备。

铱星系统是真正的全球通。在我国正式使用铱星系统之前，它已经在我国赴南极考察的科考队、雅鲁藏布大峡谷探险队、三星越野挑战赛等活动中得到了成功的应用。用铱星系统手机打电话的方法与普通蜂窝制式的手机一样，铱星系统的手机事实上是两用的，既可以用来打铱星系统电话，也可用来打普通的移动电话。使用不同的插件，铱星系统手机可以与各种蜂窝制式系统兼容。由于打普通手机的费用比打卫星电话低，所以蜂窝制式为该种手机的第一选择。在蜂窝制式通信范围以外的地区使用该种手机通过铱星系统打电话时，只要把手机上的天线转到朝上的位置即可。

当你拨了电话号码以后，信号首先到达离你最近的一颗铱星，然后转送到地面上该手机归属的关口站，关口站相当于一个呼叫中心，用户必须向它登记，以便在使用铱星电话时能进行校验、寻找路由及计费。随后关口站再把信号转送到铱星网上并在铱星间传送，直到到达目的地为止。目的地可以是另一部铱星手机，也可以是一部普通固定电话或蜂窝移动电话。整个过程会在10秒内完成。

虽然话音是通过距地面780千米高的铱星系统传送的，但声音延迟不会超过26毫秒(用同步卫星时延大于250毫秒)，但通话过程中偶尔出现断音、吞字现象。铱星系统的目标用户主要为国际商务旅游者、野外作业人员及其政府主管部门。

3．铱星陨落

从高科技而言，铱星计划的确是一个美丽的故事。铱星系统的复杂、先进之处在于采用了卫星上处理和星间链路技术，相当于把地面蜂窝网倒置在空中，罩住整个地球表面，包括南极北极，只要能看到星，就能进行通信，使地面真正实现无缝隙通信。铱星系统由空间段和地面段组成：空间段即星座，地面段包括系统控制中心、关口站和用户终端。铱星系统开创了全球个人通信的新时代，被认为是现代通信的一个里程碑，它使人类在地球的任何地方都可以相互联络。其最大特点就是通信终端手持化，个人通信全球化，实现了5个“任何”（5W），即任何人（Whoever）在任何地点（Wherever）、任何时间（Whenever）与任何人（Whomever）采取任何方式（Whatever）进行通信。

然而，如此高的科技含量却好景不长，价格不菲的铱星通信在市场上遭受到了冷遇，当铱星系统开始运行时，地面蜂窝电话已相当发达，价格相当低廉。而在深山老岭、南极北极的用户毕竟是少数，而且，铱星电话用费极高（每分钟7美元），终于败在地面蜂窝移动通信的手下。2000年3月18日，铱星背负40多亿美元债务正式破产。昨夜星光灿烂，而今化做一道美丽的流星。不过，虽然铱星陨落了，而全球的地面蜂窝网络已趋于完善，但在非洲、南美等欠发达地区，地面网络的广泛覆盖仍然遥遥无期；在东南亚、南太平洋等岛屿众多的地方，建设地面网络非常困难；在发达国家的某些偏远地区同样没有地面蜂窝网的覆盖；全球的野外勘探、民用航空飞机、远洋运输船只、远离城市旅游探险的人，以及紧急搜索、救援人员等都需要一种不受地域、天气限制的全球移动通信手段。我国的西部地区疆域广阔，但多为荒漠和戈壁，人烟稀少，卫星移动通信将显示出独具的优势。尤其是发生重大毁灭性自然灾害的地区，地面网络多数会遭到破坏，而卫星个人移动通信可能是唯一有效的通信手段。因此，就在铱星系统暗淡之时，经过20多年的苦心经营的海事卫星系统（Inmarsat）又初露峥嵘。

4．海事卫星系统

Inmarsat是一个提供全球范围内卫星移动通信的政府间合作机构，即国际移动卫星组织（原名国际海事卫星组织，英文简称Inmarsat）。Inmarsat成立于1979年，初期旨在为海上用户提供卫星通信服务，现已发展为世界上唯一为海陆空用户提供全球卫星移动公众通信和遇险安全通信的业务提供者。Inmarsat总部设在伦敦，到1997年已有80个成员国。成员国政府即签字国指定一企业实体作为该国的签字者参加这一组织的商务活动。

海事卫星系统采用静止轨道卫星，轨道高度3．6万千米，4颗主用、7颗备份卫星双保险覆盖全球。目前，全世界有30多个厂商提供模拟、数字多种终端产品，支持电话、电传、传真、数据、高速数据多种服务，是目前唯一一个能够为海陆空用户提供全球无盲区覆盖移动卫星通信服务的系统。

海事卫星系统与铱星的经营模式不同，它不与地面蜂窝网直接竞争，而是作为地面网的一个补充，与地面网共同发展，因此，海事卫星系统不但在航空通信领域占据了独一无二的优势地位，而且在陆地的应急战备、抢险救灾、野外作业等领域享有盛名。

从技术角度讲，海事卫星系统的第一代卫星是美国军用卫星，主要用于海上定位、通信和遇险搜救，具有极强的可靠性，此后的第二代卫星和第三代卫星又采用了尖端技术，使卫星通信的接通率、话音质量、能耗、资费等方面取得长足的进步。目前，海事卫星系统正计划投资14亿美元用于研制第四代卫星，使超高速卫星多媒体成为可能。

中国交通通信中心负责海事卫星系统在中国的发展，从1991年起先后在北京建成各类地面站10座，直接覆盖印度洋和太平洋地区并通过虚拟站间接覆盖大西洋东西区，构成全球覆盖。

Inmarsat制定整套的卫星移动通信系统技术指标，负责采购卫星和运营空间段。任何成员国的签字者都可建立和运营地面站，通过它向用户提供服务。任何有实力的生产厂商都可获得生产用户终端的技术资料，终端经过Inmarsat类型批准后，可销售给世界各地用户。

Inmarsat支持的用户服务在海事应用上包括直拨电话、电传、传真、电子邮件和数据连接；航空应用包括驾驶舱话音、数据、自动位置与状态报告和直拨旅客电话；陆地应用包括微型卫星电话、传真、数据和运输上的双向数据通信、位置报告、电子邮件和车队管理等。Inmarsat还在人为灾难和自然灾害发生时提供应急通信。

Inmarsat用几种不同的移动通信系统，通过一系列终端向用户提供不同的服务，其中包括Inmarsat－A、C、B/M、Aero、Mini-M系统。此外，Inmarsat还开发出第一个全球寻呼业务，并正在积极探索其卫星在定位和导航方面的应用。

实际上，除Inmarsat外还有全球星等卫星移动通信系统在苦苦经营，但在技木上都不及铱星系统先进和完善。因此铱星系统又获新生。

5．铱星系统又获新生

美国铱星卫星公司于2000年12月12日以2500万美元买下了铱星系统，并用该系统向政府和工业部门提供服务。铱星系统的研究和发展曾耗资超过50亿美元。该系统由66颗低轨道通信卫星组成，此外还有8颗备用卫星。可随时为世界上任何地方的用户提供电话通信服务。

买下该系统的铱星卫星公司表示，他们为特定的用户，如航空、航海、石油、林业和紧急服务等行业提供服务，而不是以前的普通大众。收取的话费预计低于每分钟1.5美元，大大低于以前的每分钟7美元。

先进的东西总是具有顽强的生命力！