【正文】 銥 星及衛(wèi)星移動(dòng)通信 1 主要內(nèi)容 ? 移動(dòng)通信 及其 關(guān)鍵 技術(shù) ? 星 計(jì)劃及其衰落 ? ? 構(gòu)型設(shè)計(jì)與保持技術(shù)、軌道攝動(dòng)理論 2 ? 1. 衛(wèi)星移動(dòng)通信及其關(guān)鍵技術(shù) 3 ? 概念糾偏： 衛(wèi)星移動(dòng)通信中的“移動(dòng)”，指的是終端的“移動(dòng)”，而不是衛(wèi)星的“移動(dòng)” 。 4 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程 第一代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：模擬信號(hào)技術(shù) 1976年，由 3顆靜止衛(wèi)星構(gòu)成的 MARISAT系統(tǒng)成為第 1個(gè)提供海事移動(dòng)通信服務(wù)的 衛(wèi)星系統(tǒng)（艦載地球站 40W發(fā)射功率，天線直徑 ） 1982年， InmarsatA成為第 1個(gè)海事衛(wèi)星移動(dòng)電話系統(tǒng) 第二代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：數(shù)字傳輸技術(shù) 1988年， InmarsatC成為第 1個(gè)陸地衛(wèi)星移動(dòng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 1993年， InmarsatM和澳大利亞的 Mobilesat成為第 1個(gè)數(shù)字陸地衛(wèi)星移動(dòng)電話系統(tǒng) 支持公文包大小的終端 1996年， Inmarsat3可支持便攜式的膝上型電話終端 第三代衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)：手持終端 1998年，銥（ Iridium）系統(tǒng)成為首個(gè)支持手持終端的全球低軌衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 2023年以后，集成了衛(wèi)星通信子系統(tǒng)的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（ UMTS/IMT2023） 5 衛(wèi)星與地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的比較 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 地面移動(dòng)通信系統(tǒng) 易于快速實(shí)現(xiàn)大范圍的完全覆蓋 覆蓋范圍隨地面基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè) 而持續(xù)增長(zhǎng) 全球通用 多標(biāo)準(zhǔn)，難以全球通用 頻率利用率低 頻率利用率高（蜂窩小區(qū)?。? 遮蔽效應(yīng)使得通信鏈路惡化 提供足夠的鏈路余量以補(bǔ)償信號(hào)衰落 適合于低人口密度、有限業(yè)務(wù)量的 農(nóng)村環(huán)境 適用于該人口密度、大業(yè)務(wù)量的城市環(huán)境 6 ? 衛(wèi)星 移動(dòng)通信主要分為靜止軌道和低軌衛(wèi)星通信兩種，本章主要介紹近地軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 7 你認(rèn)為衛(wèi)星移動(dòng)通信有哪些優(yōu)點(diǎn)、哪些特點(diǎn)？ 8 近地軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星的 優(yōu)點(diǎn) ① 由于衛(wèi)星軌道高度低，鏈路傳播損耗小，有利于系統(tǒng)為手持移動(dòng)終端用戶提供服務(wù) 。 ② 傳輸延時(shí)小，對(duì)話音通信不存在回聲問(wèn)題；實(shí)時(shí)性較好 。 ③ 采用極地軌道或大傾角軌道時(shí)，可以為高緯度地區(qū)提供服務(wù) 。 ④ 可利用多普勒頻移進(jìn)行定位 。 ⑤ 星座能夠?qū)τ脩籼峁┒嘀馗采w。因此可以采用分集接收技術(shù)，星座中的個(gè)別衛(wèi)星失效，系統(tǒng)仍可運(yùn)行 。 9 近地軌道移動(dòng)通信衛(wèi)星的 缺點(diǎn) ① 由于一顆衛(wèi)星不能對(duì)某一地區(qū)進(jìn)行連續(xù)覆蓋，必須利用多衛(wèi)星構(gòu)成星座 。 ② 星座中任一顆對(duì)地面的覆蓋時(shí)間都是有限 的 (一般小于 15分鐘 )， 為保證通信的連續(xù)性 ，需要頻繁切 換，技術(shù)復(fù)雜 。 ③ 通信過(guò)程中，用戶天線應(yīng)該對(duì)運(yùn)動(dòng)中的衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤，或者，用 戶天線需要是全向天線 . ④ 由于衛(wèi)星繞地球的公轉(zhuǎn)和地球自身的自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的多普勒頻 移很大， 需要進(jìn)行補(bǔ)償 。 ⑤衛(wèi)星每軌都有太 陽(yáng)陰影區(qū) ，對(duì) 星 載蓄電 池提出了更高的容量要求 。 10 衛(wèi)星移動(dòng)通信的特點(diǎn)和問(wèn)題 – 衛(wèi)星功率有限與移動(dòng)臺(tái)低天線增益之間的矛盾十分突出； – 系統(tǒng)在衰落信道中工作，電波傳播情況復(fù)雜； – 眾多用戶共享有限的衛(wèi)星資源（頻率和功率）； – 移動(dòng)臺(tái)要求高度的機(jī)動(dòng)性，在衛(wèi)星不能保持固定覆蓋的情況下對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理（切換、路由等）提出較高要求 11 衛(wèi)星移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù) ? 抗衰落通信技術(shù) – 調(diào)制解調(diào)技術(shù)、分集和均衡技術(shù)、糾錯(cuò)編碼技術(shù)、功率控制技術(shù) ? 網(wǎng)絡(luò)管理與控制 – 多址、切換、路由、交換技術(shù) ? 天線及射頻技術(shù) – 多波束天線、大口徑天線 ? 空間段與地面段相匹配的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù) – 星座設(shè)計(jì)、星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù) 12 星際鏈路 ? 面內(nèi)星際鏈路 ?通常，一顆衛(wèi)星和同一軌道面內(nèi)位于其前后的各一顆衛(wèi)星建立面內(nèi)星際鏈路 ?因?yàn)橥卉壍烂鎯?nèi)衛(wèi)星間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幾乎為零，因此星際鏈路天線的指向角是固定的，也無(wú)需跟蹤功能 13 星際鏈路（ 續(xù)） ? 面間星際鏈路 ?由于衛(wèi)星間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此星際鏈路天線的方位角、仰角以及鏈路長(zhǎng)度都是時(shí)變的，因此需要采用跟蹤天線 14 星際鏈路（ 續(xù)） ? 層間星際鏈路 ?不同高度軌道平面內(nèi)的衛(wèi)星間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得層間星際鏈路會(huì)發(fā)生重建 ?需要采用跟蹤天線 ?接入衛(wèi)星選擇策略對(duì)層間星際鏈路的穩(wěn)定性有很大的影響 15 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ? 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) P S T N / P L M N核 心 網(wǎng)手 持 終 端 移 動(dòng) 終 端網(wǎng) 絡(luò) 控 制中 心 N C C衛(wèi) 星 控 制中 心 S C C用 戶 信 息管 理 系 統(tǒng)星 際 鏈 路用 戶 鏈 路饋 送 鏈 路信 關(guān) 站空 間 段地 面 段用 戶 段16 ? ETSI建議的衛(wèi)星個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) P S T N非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星星 際 鏈 路星 際 鏈 路非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星靜 止軌 道 衛(wèi) 星軌 間 鏈 路軌 間 鏈 路星 際 鏈 路（ a ）非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星（ b ）（ c ） （ d ）非 靜 止軌 道 衛(wèi) 星17 ? ETSI建議的衛(wèi)星個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ?結(jié)構(gòu) （ a）中，空間段采用透明轉(zhuǎn)發(fā)器，系統(tǒng)依賴于地面網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接信關(guān)站，衛(wèi)星沒(méi)有建立星際鏈路的能力，移動(dòng)用戶間的呼叫傳輸延時(shí)至少等于非靜止軌道衛(wèi)星兩跳的傳輸延時(shí)加上信關(guān)站間的地面網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)。全球星系統(tǒng)采用該結(jié)構(gòu)方案為移動(dòng)用戶提供服務(wù)。 18 ? ETSI建議的衛(wèi)星個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ?結(jié)構(gòu) （ b）同樣沒(méi)有采用星際鏈路，使用靜止軌道衛(wèi)星提供信關(guān)站之間的連接。靜止衛(wèi)星的使用減少了系統(tǒng)對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)的依賴，但會(huì)帶來(lái)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)距離傳輸。該結(jié)構(gòu)中，移動(dòng)用戶間的呼叫傳輸延時(shí)至少等于非靜止軌道衛(wèi)星兩跳的傳輸延時(shí)加上靜止軌道衛(wèi)星一跳的傳輸延時(shí)。 19 ? ETSI建議的衛(wèi)星個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ?結(jié)構(gòu) （ c）使用了星際鏈路來(lái)實(shí)現(xiàn)相同軌道結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星進(jìn)行互連。系統(tǒng)仍然需要信關(guān)站來(lái)完成一些網(wǎng)絡(luò)功能，但對(duì)其的依賴性已經(jīng)下降。移動(dòng)用戶間的呼叫傳輸延時(shí)是變化的，依賴于在衛(wèi)星和星際鏈路構(gòu)成的空中骨干網(wǎng)絡(luò)路由選擇。銥系統(tǒng)采用該結(jié)構(gòu)方案為移動(dòng)用戶提供服務(wù)。 20 ? ETSI建議的衛(wèi)星個(gè)人通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ?結(jié)構(gòu) （ d）中使用了雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的混合星座結(jié)構(gòu)。非靜止軌道衛(wèi)星使用星際鏈路進(jìn)行互連，使用軌間鏈路（ IOL： InterOrbit Links）與靜止軌道數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星互連。移動(dòng)用戶間的呼叫傳輸延時(shí)等于兩個(gè)非靜止軌道衛(wèi)星半跳的延時(shí)加上非靜止軌道衛(wèi)星到靜止軌道衛(wèi)星的一跳的延時(shí)。在該結(jié)構(gòu)中，為保證非靜止軌道衛(wèi)星的全球性互連，需要至少 3顆靜止軌道中繼衛(wèi)星。 21 ? 系統(tǒng)空間段 ?空間 段提供網(wǎng)絡(luò)用戶與信關(guān)站之間的連接； ?空間 段由 1個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星星座構(gòu)成，每個(gè)星座又涉及到一系列軌道參數(shù)和獨(dú)立的衛(wèi)星參數(shù)； ?空間 段軌道參數(shù)通常根據(jù)指定覆蓋區(qū)規(guī)定的服務(wù)質(zhì)量（ QoS）要求，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初階段便確定； ?空間 段的設(shè)計(jì)可采用多種方法，取決于軌道類型和星上有效載荷所采用的技術(shù)。 22 ? 系統(tǒng)地面段 ?通常 包括：信關(guān)站（也稱為固定地球站 FES）、網(wǎng)絡(luò)控制中心（ NCC）和衛(wèi)星控制中心（ SCC） ?用戶 信息管理系統(tǒng)（ CIMS）是負(fù)責(zé)維護(hù)信關(guān)站配置數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)計(jì)費(fèi)、生成用戶賬單并記錄呼叫詳情的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，與信關(guān)站、網(wǎng)絡(luò)控制中心和衛(wèi)星控制中心協(xié)同工作 ?可以 將網(wǎng)絡(luò)控制中心、衛(wèi)星控制中心和用戶信息管理系統(tǒng)合在一起稱為控制段 23 ? 系統(tǒng)地面段 —— 信關(guān)站 ?信 關(guān)站通過(guò)本地交換提供系統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)（空間段）到地面現(xiàn)有核心網(wǎng)絡(luò)（如公用電話交換網(wǎng) PSTN和公用地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)PLMN）的固定接入點(diǎn) ?衛(wèi)星 移動(dòng)通信系統(tǒng)與地面移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)（如GSM和 CDMA網(wǎng)絡(luò)）的集成帶來(lái)了一些附加的問(wèn)題，必須在信關(guān)站中 解決 24 ? 系統(tǒng)地面段 —— 網(wǎng)絡(luò)控制中心 ?又 稱為網(wǎng)絡(luò)管理站（ NMS），與用戶信息管理系統(tǒng)CIMS相連，協(xié)同完成衛(wèi)星資源的管理、網(wǎng)絡(luò)管理和控制相關(guān)的邏輯功能，按照功能又可以劃分為網(wǎng)絡(luò)管理功能組和呼叫控制功能組。 ?網(wǎng)絡(luò)管理 功能組的主要任務(wù)包括：管理呼叫通信流的整體概況；系統(tǒng)資源管理和網(wǎng)絡(luò)同步；運(yùn)行和維護(hù)（ OAM）功能；站內(nèi)信令鏈路管理；擁塞控制；提供對(duì)用戶終端試運(yùn)行的支持 ?呼叫 控制功能組的主要任務(wù)包括 ： 公共信道信令功能 ； 移動(dòng)呼叫發(fā)起端的信關(guān)站選擇；定義信關(guān)站的配置 25 ? 系統(tǒng)地面段 —— 衛(wèi)星控制中心 ?負(fù)責(zé) 監(jiān)視衛(wèi)星星座的性能，控制衛(wèi)星的軌道位置。與衛(wèi)星有效載荷相關(guān)的特殊呼叫控制功能也能夠由衛(wèi)星控制中心來(lái)完成，按照功能又可以劃分為衛(wèi)星控制功能組和呼叫控制功能組 ?衛(wèi)星 控制功能組的主要任務(wù)包括：產(chǎn)生和分發(fā)星歷；產(chǎn)生和傳送對(duì)衛(wèi)星有效載荷和公用艙的命令；接收和處理遙測(cè)信息；傳輸波束指向命令；產(chǎn)生和傳送變軌操作命令；執(zhí)行距離校正 ?呼叫 控制功能組完成移動(dòng)用戶到移動(dòng)用戶呼叫的實(shí)時(shí)交換 26 ? 系統(tǒng)用戶段 ?用戶 段由各種用戶終端組成； ?主要 分為兩個(gè)主要的類別：移動(dòng)（ Mobile）終端 和便攜（ Portable）終端 27 ? 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)可以工作于多個(gè)頻段 ? 頻段的選取主要取決于系統(tǒng)提供的服務(wù)類型 ? 衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)頻率分配是先后通過(guò) 87年和 92年的世界無(wú)線電行政大會(huì)（ WARC8 92）， 9 97和 2023年世界無(wú)線電大會(huì)（ WRC9 9 2023）分配 28 WARC87分配的 MSS頻譜 頻率（ MHz） 傳輸方向 業(yè)務(wù)類型 ↓ LMSS和 MMSS ↓ MMSS和低速率 LMSS ↓ AMSS（可公用） ↓ LMSS ↑ MMSS和低速率 LMSS ↑ LMSS和 MMSS ↑ MMSS和低速率 LMSS ↑ AMSS（可公用） ↑ LMSS 29 ? WARC92為全球 3個(gè)頻率區(qū)域分配了 NGEO衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)和衛(wèi)星無(wú)線定位業(yè)務(wù)（ RDSS）的使用頻段，包括 VHF、