什么是低軌道( LEO)衛(wèi)星系統(tǒng)

利用低軌道（LEO）衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)手持機(jī)個(gè)人通信的優(yōu)點(diǎn)在于：一方面衛(wèi)星的軌道高度低，使得傳輸延時(shí)短。路徑損耗小，多個(gè)衛(wèi)星組成的星座可以實(shí)現(xiàn)真正的全球覆蓋，頻率復(fù)用更有效；另一方面蜂窩通信、多址、點(diǎn)波束、頻率復(fù)用等技術(shù)也為低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信提供了技術(shù)保障。因此，LEO系統(tǒng)被認(rèn)為是最新最有前途的衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。

低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)由衛(wèi)星星座、關(guān)口地球站、系統(tǒng)控制中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心和用戶單元等組成。下圖示出了低軌道衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)的基本組成。在若干個(gè)軌道平面上布置多顆衛(wèi)星，由通信鏈路將多個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)結(jié)起來(lái)。整個(gè)星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平臺(tái)，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)小區(qū)，服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶至少被一顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可以隨時(shí)接入系統(tǒng)。

目前提出的低軌道衛(wèi)星方案的大公司有8家。其中最有代表性的低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)主要有銥（Iridium）系統(tǒng)和全球星系統(tǒng)（Globalstar）系統(tǒng)、白羊（Arics）系統(tǒng)、低軌衛(wèi)星（Leo-Set）系統(tǒng)、柯斯卡（Coscon）系統(tǒng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（Teledesic）系統(tǒng)等。

低軌道衛(wèi)星通信網(wǎng)構(gòu)造圖

銥（Iridium）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

銥系統(tǒng)是美國(guó)Motorola公司提出的一種利用低軌道衛(wèi)星群實(shí)現(xiàn)全球衛(wèi)星移動(dòng)通信的方案。它是最早提出并被人們所了解的低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。資金的籌集和技術(shù)的開(kāi)發(fā)等方面均進(jìn)展順利。在技術(shù)上Motorola的技術(shù)人員在實(shí)驗(yàn)室里驗(yàn)證了所有的論證。并在模擬試驗(yàn)中取得令人滿意的效果。

銥系統(tǒng)的原始設(shè)計(jì)是由77顆小型智能衛(wèi)星，均勻有序地分布于離地面785KM的上空的7個(gè)軌道平面上，通過(guò)微波鏈路形成全球連接網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)槠渑c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(tǒng)。爾后為減少投資強(qiáng)度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)以及增強(qiáng)與其他LEO系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)能力，摩托羅拉公司將其衛(wèi)星數(shù)降低到66顆，軌道平面降至6個(gè)圓形極地軌道，每條極地軌道上的衛(wèi)星仍為11顆，軌道高度改為765KM，衛(wèi)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(tǒng)主要由下述部分組成：衛(wèi)星星座以及地面控制設(shè)施，關(guān)口站以及用戶終端（話音、數(shù)據(jù)、傳真）。每顆星可以提供48個(gè)（原設(shè)計(jì)為37個(gè)）點(diǎn)波束，每個(gè)波束平均包含80個(gè)信道，每顆星可以提供3840個(gè)全雙工電路信道。每顆星把星際交叉鏈路作為聯(lián)網(wǎng)的手段，包括連接同一軌道平面內(nèi)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(wèi)星還有兩條鏈路。系統(tǒng)具有空間交換和路由選擇的功能。系統(tǒng)采用“倒置”的蜂窩區(qū)結(jié)構(gòu)，每顆星投射的多波束在地球表面上形成48個(gè)蜂窩區(qū)，每個(gè)蜂窩區(qū)的直徑約為667KM，它們互相結(jié)合，總覆蓋直徑約4000KM，全球共有2150個(gè)蜂窩，該系統(tǒng)采用七小區(qū)頻率再用方式，任意兩個(gè)使用相同頻率的小區(qū)之間由兩個(gè)緩沖小區(qū)隔開(kāi)，這樣可以進(jìn)一步提高頻譜資源，使得每一個(gè)信道在全球范圍內(nèi)再用200次。

銥系統(tǒng)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理均在星上，蜂窩區(qū)隨著地球自轉(zhuǎn)而快速掃過(guò)地球表面。銥系統(tǒng)的越區(qū)交換是小區(qū)跨越用戶移動(dòng)，而不是用戶跨越小區(qū)，這點(diǎn)與陸地移動(dòng)通信系統(tǒng)不一樣。銥系統(tǒng)耗資約34億美元，1990年6月首次公布，1990年12月向美國(guó)FCC提出許可證申請(qǐng)，在1992年9月得到FCC的許可證。當(dāng)時(shí)銥系統(tǒng)是設(shè)計(jì)方案中最為完整、具體，進(jìn)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(tǒng)功虧一簣，宣告破產(chǎn)！

全球星（Globalstar）系統(tǒng)簡(jiǎn)介

全球星（Globalstar）系統(tǒng)是美國(guó)LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司于1991年6月向美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）提出低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。LQSS公司是由Loral宇航局和Qualcomm公司共同組建的一個(gè)股份公司。全球星（Globalstar）系統(tǒng)與銥系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和技術(shù)上均不同。全球星（Globalstar）系統(tǒng)屬于非迂回型，不單獨(dú)組網(wǎng)，其作用只是保證全球范圍內(nèi)任意用戶隨時(shí)可以通過(guò)該系統(tǒng)接入地面公共網(wǎng)聯(lián)合組網(wǎng)，其聯(lián)結(jié)接口設(shè)在關(guān)口站。當(dāng)時(shí)全球星（Globalstar）系統(tǒng)已經(jīng)制定了衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃表，計(jì)劃在1997年底發(fā)射12～16顆衛(wèi)星，并于1998年發(fā)射其他的衛(wèi)星。

全球星（Globalstar）系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想是利用LEO衛(wèi)星組成一個(gè)連續(xù)覆蓋全球的移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)。向世界各地提供話音、數(shù)據(jù)或傳真、無(wú)線電定位業(yè)務(wù)。它是作為地面蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和其他移動(dòng)通信系統(tǒng)的延伸，與這些系統(tǒng)具有互運(yùn)行性。此外，它還是一個(gè)類似于無(wú)繩電話的無(wú)線電話系統(tǒng)，但其服務(wù)范圍不受限制，同一手持機(jī)就可以在世界上任何的地方、任何時(shí)間與任何地方的用戶建立可靠、迅速、經(jīng)濟(jì)的通信聯(lián)絡(luò)。全球星（Globalstar）系統(tǒng)采用低成本、高可靠的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一個(gè)關(guān)口站只需要35萬(wàn)美元。手持機(jī)的價(jià)格只相當(dāng)于目前廣泛使用的蜂窩手機(jī)的價(jià)格，故其服務(wù)對(duì)象更適合為邊遠(yuǎn)地區(qū)蜂窩電話用戶、漫游用戶、外國(guó)旅行者，以及希望低成本擴(kuò)充通信的國(guó)家和政府通信網(wǎng)和專用網(wǎng)。按目前全球星（Globalstar）系統(tǒng)合作伙伴的分布情況來(lái)看，它可以為33個(gè)國(guó)家提供服務(wù)，其中包括14個(gè)歐洲國(guó)家，8個(gè)亞洲國(guó)家，6個(gè)美洲國(guó)家以及其他地區(qū)的5個(gè)國(guó)家。

全球星（Globalstar）系統(tǒng)以高技術(shù)、低成本作為設(shè)計(jì)思想，故系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：

1.由于90％的呼叫是本地呼叫，故系統(tǒng)沒(méi)有星際交叉鏈路，不會(huì)旁路現(xiàn)有的公共網(wǎng)，降低了衛(wèi)星成本通話費(fèi)用。

2.面系統(tǒng)存在多種標(biāo)準(zhǔn)，為與其兼容，無(wú)星上處理。

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

4.輻射安全方面，手持機(jī)平均功率不到1W，遠(yuǎn)低于美國(guó)對(duì)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(dòng)把用戶分配給各波束，也可以把用戶集中到一個(gè)波束上，這對(duì)用戶分布不均勻的通信和救災(zāi)通信特別有用。

6.用戶端的功率可以控制，當(dāng)電波遇到障礙的時(shí)候，瞬時(shí)功率可以增至6～7W。

7.通過(guò)衛(wèi)星分集作用為移動(dòng)用戶提供仰角（超過(guò)40°），使用戶在高層建筑附近也不至于受到阻擋，同時(shí)還提高了通信質(zhì)量。