什么是低軌道( LEO)衛星系統

什么是低軌道( LEO)衛星系統

利用低軌道（LEO）衛星實現手持機個人通信的優點在于：一方面衛星的軌道高度低，使得傳輸延時短。路徑損耗小，多個衛星組成的星座可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術也為低軌道衛星移動通信提供了技術保障。因此，LEO系統被認為是最新最有前途的衛星移動通信系統。

低軌道衛星移動通信系統由衛星星座、關口地球站、系統控制中心、網絡控制中心和用戶單元等組成。下圖示出了低軌道衛星移動系統的基本組成。在若干個軌道平面上布置多顆衛星，由通信鏈路將多個軌道平面上的衛星聯結起來。整個星座如同結構上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務小區，服務區內用戶至少被一顆衛星覆蓋，用戶可以隨時接入系統。

目前提出的低軌道衛星方案的大公司有8家。其中最有代表性的低軌道衛星移動通信系統主要有銥（Iridium）系統和全球星系統（Globalstar）系統、白羊（Arics）系統、低軌衛星（Leo-Set）系統、柯斯卡（Coscon）系統、衛星通信網絡（Teledesic）系統等。

低軌道衛星通信網構造圖

銥（Iridium）衛星移動通信系統簡介

銥系統是美國Motorola公司提出的一種利用低軌道衛星群實現全球衛星移動通信的方案。它是最早提出并被人們所了解的低軌道衛星系統。資金的籌集和技術的開發等方面均進展順利。在技術上Motorola的技術人員在實驗室里驗證了所有的論證。并在模擬試驗中取得令人滿意的效果。

銥系統的原始設計是由77顆小型智能衛星，均勻有序地分布于離地面785KM的上空的7個軌道平面上，通過微波鏈路形成全球連接網絡。因為其與銥原子的外層電子分布狀況有一定的類似，故取名為銥系統。爾后為減少投資強度，簡化結構以及增強與其他LEO系統的競爭能力，摩托羅拉公司將其衛星數降低到66顆，軌道平面降至6個圓形極地軌道，每條極地軌道上的衛星仍為11顆，軌道高度改為765KM，衛星直徑為1.2M，高度為2.3M，重量為386.2KG，壽命為5年（最高為8年）。

銥系統主要由下述部分組成：衛星星座以及地面控制設施，關口站以及用戶終端（話音、數據、傳真）。每顆星可以提供48個（原設計為37個）點波束，每個波束平均包含80個信道，每顆星可以提供3840個全雙工電路信道。每顆星把星際交叉鏈路作為聯網的手段，包括連接同一軌道平面內相鄰的兩顆星的前視和后視兩條鏈路，而與不同軌道上的衛星還有兩條鏈路。系統具有空間交換和路由選擇的功能。系統采用“倒置”的蜂窩區結構，每顆星投射的多波束在地球表面上形成48個蜂窩區，每個蜂窩區的直徑約為667KM，它們互相結合，總覆蓋直徑約4000KM，全球共有2150個蜂窩，該系統采用七小區頻率再用方式，任意兩個使用相同頻率的小區之間由兩個緩沖小區隔開，這樣可以進一步提高頻譜資源，使得每一個信道在全球范圍內再用200次。

銥系統的基礎結構和基礎處理均在星上，蜂窩區隨著地球自轉而快速掃過地球表面。銥系統的越區交換是小區跨越用戶移動，而不是用戶跨越小區，這點與陸地移動通信系統不一樣。銥系統耗資約34億美元，1990年6月首次公布，1990年12月向美國FCC提出許可證申請，在1992年9月得到FCC的許可證。當時銥系統是設計方案中最為完整、具體，進展也很快，是十分有前景的方案，可惜由于種種原因，最后銥系統功虧一簣，宣告破產！

全球星（Globalstar）系統簡介

全球星（Globalstar）系統是美國LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司于1991年6月向美國聯邦通信委員會（FCC）提出低軌道衛星移動通信系統。LQSS公司是由Loral宇航局和Qualcomm公司共同組建的一個股份公司。全球星（Globalstar）系統與銥系統在結構設計和技術上均不同。全球星（Globalstar）系統屬于非迂回型，不單獨組網，其作用只是保證全球范圍內任意用戶隨時可以通過該系統接入地面公共網聯合組網，其聯結接口設在關口站。當時全球星（Globalstar）系統已經制定了衛星發射計劃表，計劃在1997年底發射12～16顆衛星，并于1998年發射其他的衛星。

全球星（Globalstar）系統的基本設計思想是利用LEO衛星組成一個連續覆蓋全球的移動通信衛星系統。向世界各地提供話音、數據或傳真、無線電定位業務。它是作為地面蜂窩移動通信系統和其他移動通信系統的延伸，與這些系統具有互運行性。此外，它還是一個類似于無繩電話的無線電話系統，但其服務范圍不受限制，同一手持機就可以在世界上任何的地方、任何時間與任何地方的用戶建立可靠、迅速、經濟的通信聯絡。全球星（Globalstar）系統采用低成本、高可靠的系統設計，一個關口站只需要35萬美元。手持機的價格只相當于目前廣泛使用的蜂窩手機的價格，故其服務對象更適合為邊遠地區蜂窩電話用戶、漫游用戶、外國旅行者，以及希望低成本擴充通信的國家和政府通信網和專用網。按目前全球星（Globalstar）系統合作伙伴的分布情況來看，它可以為33個國家提供服務，其中包括14個歐洲國家，8個亞洲國家，6個美洲國家以及其他地區的5個國家。

全球星（Globalstar）系統以高技術、低成本作為設計思想，故系統具有以下主要特點：

1.由于90％的呼叫是本地呼叫，故系統沒有星際交叉鏈路，不會旁路現有的公共網，降低了衛星成本通話費用。

2.面系統存在多種標準，為與其兼容，無星上處理。

3.CDMA技術，提高了頻率利用率，在同一個頻率上，允許同時通話的用戶多達20個，在全球范圍內同時通話的用戶可以達到104000個，而且還提供保密和防偽功能，可改善服務和提高可靠性，同時降低了成本和功耗。

4.輻射安全方面，手持機平均功率不到1W，遠低于美國對微波輻射生物公害的限定。

5.由于采用多端放大器可以自動把用戶分配給各波束，也可以把用戶集中到一個波束上，這對用戶分布不均勻的通信和救災通信特別有用。

6.用戶端的功率可以控制，當電波遇到障礙的時候，瞬時功率可以增至6～7W。

7.通過衛星分集作用為移動用戶提供仰角（超過40°），使用戶在高層建筑附近也不至于受到阻擋，同時還提高了通信質量。