低轨道卫星系统

多个卫星构成实时信息处理的系统

低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。低轨道卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。低轨道卫星也用于手机通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。

基本概念

低轨道卫星系统一般是指多个卫星构成的可以进行实时信息处理的大型的卫星系统，其中卫星的分布称之为卫星星座。

低轨道卫星主要用于军事目标探测，利用低轨道卫星容易获得目标物高分辨率图像。低轨道卫星也用于手机通讯，卫星的轨道高度低使得传输延时短，路径损耗小。多个卫星组成的通讯系统可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效。蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。低轨道卫星是最新最有前途的卫星移动通信系统。

星际链路通信

低轨道卫星星座由多条轨道上的多个卫星组成。由于低轨卫星和地球不同步，所以星座在不断的变化，各卫星的相对位置也在不断的变化之中。为了便于管理和实现多星系统的实时通信，卫星不但要与地面终端和关口站相连，而且各卫星之间也要相连，当然，这种相连可以通过地面链路相连，也可以通过星间链路相连。一般的星座有多个卫星轨道，各个卫星之间为了协调工作和实时通信，不同轨道的卫星之间还存在轨道间链路。

星际链路避免了信息传回地面进行处理和路由选择，减小了二次业务分配，较之采用地面链路也降低了通信延时。星际链路属于无线链路，可以采用微波、毫米波或激光链路。采用微波链路时，由于载波本身的频率比较低，所以要求的天线尺寸较大，发射功率也偏大，而且整个星际链路的带宽窄，只能适应数据传输量不大的情况。采用毫米波或激光链路，可以使用小天线、低输出功率和小型发射机，这一方面减小卫星的体积和质量，降低功率消耗，同时也由于工作频率高，提高了通信频带的带宽，并且采用了和其他天线不同的工作频段，极大的减小了对其它天线的干扰。但是采用毫米波或激光链路对卫星的姿态控制要求较高，通信时卫星的姿态稍有不稳定就有可能造成通信暂时中断。由于技术和工艺方面的问题，一般采用微波作为星际链路。低轨道卫星系统的轨道比较低，采用星际链路时就要考虑到地球对部分星际链路的遮挡作用。

移动通信系统

低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心和用户单元等组成。在若干个轨道平面上布置多颗卫星，由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接入系统。

利用低轨道卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，低轨道（LEO）系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统。缺点是系统结构复杂，操作、控制、管理等实现起来困难。

提出的低轨道卫星方案的大公司有8家。其中最有代表性的低轨道卫星移动通信系统主要有铱（Iridium）系统和全球星系统（Globalstar）、白羊（Arics）系统、低轨卫星（Leo-Set）系统、柯斯卡（Coscon）系统、卫星通信网络（Teledesic）系统等。

铱（Iridium）卫星移动通信

铱系统是美国Motorola公司提出的一种利用低轨道卫星群实现全球卫星移动通信的方案。它是最早提出并被人们所了解的低轨道卫星系统。资金的筹集和技术的开发等方面均进展顺利。在技术上Motorola的技术人员在实验室里验证了所有的论证。并在模拟试验中取得令人满意的效果。

铱系统的原始设计是由77颗小型智能卫星，均匀有序地分布于离地面785Km的上空的7个轨道平面上，通过微波链路形成全球连接网络。因为其与铱原子的外层电子分布状况有一定的类似，故取名为铱系统。尔后为减少投资强度，简化结构以及增强与其他LEO系统的竞争能力，摩托罗拉公司将其卫星数降低到66颗，轨道平面降至6个圆形极地轨道，每条极地轨道上的卫星仍为11颗，轨道高度改为765Km，卫星直径为1.2m，高度为2.3m，重量为386.2Kg，寿命为5年（最高为8年）。

铱系统主要由下述部分组成：卫星星座以及地面控制设施，关口站以及用户终端（话音、数据、传真）。每颗星可以提供48个（原设计为37个）点波束，每个波束平均包含80个信道，每颗星可以提供3840个全双工电路信道。每颗星把星际交叉链路作为联网的手段，包括连接同一轨道平面内相邻的两颗星的前视和后视两条链路，而与不同轨道上的卫星还有两条链路。系统具有空间交换和路由选择的功能。系统采用“倒置”的蜂窝区结构，每颗星投射的多波束在地球表面上形成48个蜂窝区，每个蜂窝区的直径约为667Km，它们互相结合，总覆盖直径约4000Km，全球共有2150个蜂窝，该系统采用七小区频率再用方式，任意两个使用相同频率的小区之间由两个缓冲小区隔开，这样可以进一步提高频谱资源，使得每一个信道在全球范围内再用200次。

铱系统的基础结构和基础处理均在星上，蜂窝区随着地球自转而快速扫过地球表面。铱系统的越区交换是小区跨越用户移动，而不是用户跨越小区，这点与陆地移动通信系统不一样。铱系统耗资约34亿美元，1990年6月首次公布，1990年12月向美国美国联邦通信委员会(FCC)提出许可证申请，在1992年9月得到FCC的许可证。当时铱系统是设计方案中最为完整、具体，进展也很快，是十分有前景的方案，可惜由于种种原因，最后铱系统功亏一篑，宣告破产！

全球星（Globalstar）

全球星（Globalstar）系统是美国LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司于1991年6月向FCC提出低轨道卫星移动通信系统。LQSS公司是由Loral宇航局和Qualcomm公司共同组建的一个股份公司。全球星（Globalstar）系统与铱系统在结构设计和技术上均不同。全球星（Globalstar）系统属于非迂回型，不单独组网，其作用只是保证全球范围内任意用户随时可以通过该系统接入地面公共网联合组网，其联结接口设在关口站。当时全球星（Globalstar）系统已经制定了卫星发射计划表，计划在1997年底发射12～16颗卫星，并于1998年发射其他的卫星。

全球星（Globalstar）系统的基本设计思想是利用LEO卫星组成一个连续覆盖全球的移动通信卫星系统。向世界各地提供话音、数据或传真、无线电定位业务。它是作为地面蜂窝移动通信系统和其他移动通信系统的延伸，与这些系统具有互运行性。此外，它还是一个类似于无绳电话的无线电话系统，但其服务范围不受限制，同一手持机就可以在世界上任何的地方、任何时间与任何地方的用户建立可靠、迅速、经济的通信联络。全球星（Globalstar）系统采用低成本、高可靠的系统设计，一个关口站只需要35万美元。手持机的价格只相当于广泛使用的蜂窝手机的价格，故其服务对象更适合为边远地区蜂窝电话用户、漫游用户、外国旅行者，以及希望低成本扩充通信的国家和政府通信网和专用网。按全球星（Globalstar）系统合作伙伴的分布情况来看，它可以为33个国家提供服务，其中包括14个欧洲国家，8个亚洲国家，6个美洲国家以及其他地区的5个国家。

全球星（Globalstar）系统以高技术、低成本作为设计思想，故系统具有以下主要特点：

（1）由于90%的呼叫是本地呼叫，故系统没有星际交叉链路，不会旁路现有的公共网，降低了卫星成本通话费用。

（2）面系统存在多种标准，为与其兼容，无星上处理。

（3）CDMA技术，提高了频率利用率，在同一个频率上，允许同时通话的用户多达20个，在全球范围内同时通话的用户可以达到104000个，而且还提供保密和防伪功能，可改善服务和提高可靠性，同时降低了成本和功耗。

（4）辐射安全方面，手持机平均功率不到1W，远低于美国对微波辐射生物公害的限定。

（5）由于采用多端放大器可以自动把用户分配给各波束，也可以把用户集中到一个波束上，这对用户分布不均匀的通信和救灾通信特别有用。

（6）用户端的功率可以控制，当电波遇到障碍的时候，瞬时功率可以增至6～7W。

（7）通过卫星分集作用为移动用户提供仰角（超过40°），使用户在高层建筑附近也不至于受到阻挡，同时还提高了通信质量。

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