傳輸與接入典型低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)

6.5.2  典型低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)
要使用體積小、功率低的手持終端直接通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行通信，就必須使用低軌道衛(wèi)星，因?yàn)槿羰怯渺o止軌道衛(wèi)星，則由于軌道高，傳輸路徑長(zhǎng)，信號(hào)的傳輸衰減和延時(shí)都非常大，因此要求移動(dòng)終端設(shè)備的天線直徑大，發(fā)射功率大，難以做到手持化。只有使用低軌衛(wèi)星，才能使衛(wèi)星的路徑衰減和信號(hào)延時(shí)減少，同時(shí)獲得最有效的頻率復(fù)用。盡管各低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)細(xì)節(jié)上各不相同，但目標(biāo)則是一致的，即為用戶提供類似蜂窩型的電話業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)城市或鄉(xiāng)村的移動(dòng)電話服務(wù)。本小節(jié)中介紹最典型的幾種低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。
　　1．銥星系統(tǒng)
銥星系統(tǒng)是最早投入商用的低軌道系統(tǒng)，采用66顆低軌衛(wèi)星以近極地軌道運(yùn)行，軌道高度為780 km。銥星系統(tǒng)是一個(gè)由20家通信公司和工業(yè)公司組成的國(guó)際財(cái)團(tuán)，名稱為銥LLC。銥星系統(tǒng)從1987年到1998年5月共發(fā)射了72顆衛(wèi)星(其中6顆備用星)，并于1998年11月正式商業(yè)運(yùn)營(yíng)。銥系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)手機(jī)直接上星的通信，為用戶提供了話音、數(shù)據(jù)、尋呼以及傳真等業(yè)務(wù)。銥星系統(tǒng)具有星際電路，并具有星上處理和星上交換功能。這些特點(diǎn)使銥星系統(tǒng)的性能極為先進(jìn)，但同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的成本。銥星系統(tǒng)雖然在技術(shù)上具有先進(jìn)性，但由于市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)策略失誤，資費(fèi)策略失誤(每部手機(jī)大約3000美元，國(guó)內(nèi)通話每分鐘約1.27～2美元)等原因，導(dǎo)致銥星系統(tǒng)在正式運(yùn)營(yíng)16個(gè)月之后，即2002年5月，停止向用戶提供服務(wù)，銥星公司宣布破產(chǎn)。

　　2．全球星系統(tǒng)
全球星系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱GS系統(tǒng))也是低軌道系統(tǒng)，但與銥星系統(tǒng)不同，全球星系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者采用了簡(jiǎn)單的、低風(fēng)險(xiǎn)的，因而更便宜的衛(wèi)星。星上既沒(méi)有星際電路，也沒(méi)有星上處理和星上交換，所有這些功能，包括處理和交換均在地面上完成。全球星系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，僅僅作為地面蜂窩系統(tǒng)的延伸，從而擴(kuò)大了移動(dòng)通信系統(tǒng)的覆蓋，因此降低了系統(tǒng)投資，而且也減少了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。全球星系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星組成，均勻分布在8個(gè)軌道面上。軌道高度為1414 km。
全球星系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：由于軌道高度僅為1414 km，因此，用戶幾乎感受不到話音時(shí)延；通信信道編碼為CDMA方式，抗干擾能力強(qiáng)，通話效果好。全球星系統(tǒng)可提供的業(yè)務(wù)種類包括話音、數(shù)據(jù)(傳輸速率可達(dá)9.6 kb/s)、短信息、傳真、定位等。
2000年5月全球星系統(tǒng)在中國(guó)正式運(yùn)營(yíng)。用戶使用全球星雙模式手機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在全球范圍內(nèi)任何地點(diǎn)任何個(gè)人在任何時(shí)間與任何人以任何方式的通信，即所謂的全球個(gè)人通信。
(1) 衛(wèi)星子系統(tǒng)。衛(wèi)星子系統(tǒng)由48顆衛(wèi)星加8顆備用星組成。這些衛(wèi)星分布在8個(gè)傾角為52°的圓形軌道平面上，每個(gè)軌道平面6顆衛(wèi)星，另還有1顆備用星。軌道高度約為1414 km，傳輸時(shí)延和處理時(shí)延小于300 ms，因此，用戶幾乎感覺(jué)不到時(shí)延。每顆衛(wèi)星輸出功率約為1000 W，有16個(gè)點(diǎn)波束，2800個(gè)雙工話音信道或數(shù)據(jù)信道，總共有268 800個(gè)信道。話音傳輸速率有2.4 kb/s、4.8 kb/s、9.6 kb/s三種，數(shù)據(jù)傳輸速率為7.2 kb/s(持續(xù)流量)。每個(gè)業(yè)務(wù)區(qū)總有2～4顆衛(wèi)星加以覆蓋，每顆衛(wèi)星能與其用戶保持17min的連接，然后通過(guò)軟切換轉(zhuǎn)移到另一衛(wèi)星上。衛(wèi)星采用CDMA制式，帶寬為1.23MHz，基本采用IS-95標(biāo)準(zhǔn)。其優(yōu)點(diǎn)是可以與地面系統(tǒng)CDMA One兼容，帶來(lái)技術(shù)上的方便。
(2) 地面子系統(tǒng)。地面子系統(tǒng)由控制中心(NCC)和關(guān)口(GW)組成。NCC配有備用設(shè)備，由地面操作控制中心(GOCC)、衛(wèi)星操作控制中心(SOCC)和發(fā)射控制操作設(shè)施(TCF)組成，負(fù)責(zé)管理GS系統(tǒng)的地面接續(xù)，如 GW和數(shù)據(jù)網(wǎng)的操作，同時(shí)監(jiān)視8顆衛(wèi)星的運(yùn)行。GOCC管理GS的地面設(shè)施，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃，分配信道，計(jì)費(fèi)管理等。SOCC管理和控制衛(wèi)星發(fā)射工作，并經(jīng)常檢測(cè)衛(wèi)星在軌道上的運(yùn)行，予以監(jiān)控。GW是地面站，每一個(gè)站可同時(shí)與3顆衛(wèi)星通信。GW承擔(dān)轉(zhuǎn)接全球星系統(tǒng)和地面公網(wǎng)(PSTN/PLMN)的任務(wù)。
它把來(lái)自不同衛(wèi)星或同一衛(wèi)星的不同數(shù)據(jù)流信號(hào)組合在一起，以提供無(wú)縫隙的覆蓋。它把衛(wèi)星網(wǎng)和地面公網(wǎng)連接起來(lái)，每一個(gè)用戶終端可通過(guò)一顆或幾顆衛(wèi)星(利用CDMA的分集接收技術(shù))和一個(gè)關(guān)口站實(shí)現(xiàn)與全球任何地區(qū)的通信。關(guān)口站包括射頻分系統(tǒng)、CDMA分系統(tǒng)、管理分系統(tǒng)、交換分系統(tǒng)和遙測(cè)控制單元等。
全球星關(guān)口站的最大覆蓋半徑為2000 km，在中國(guó)建三個(gè)關(guān)口站即可覆蓋全國(guó)。三個(gè)關(guān)口站的最佳建站地址為北京、廣州、蘭州。關(guān)口站的空中信道最少為80條，最大為1000條；用戶容量最小為1萬(wàn)個(gè)，最大為10萬(wàn)個(gè)，三個(gè)關(guān)口站最終可容納30萬(wàn)個(gè)用戶。
(3) 用戶終端。使用全球星系統(tǒng)業(yè)務(wù)的用戶終端設(shè)備，包括手持式、車載式和固定式。手持式終端有三種模式：全球星單模、全球星/GSM雙模、全球星/CDMA/AMPS三模。手持機(jī)包括兩個(gè)主要部件：SIM卡、SM卡及無(wú)線電話機(jī)；車載終端包括一個(gè)手持機(jī)和一個(gè)卡式適配器；固定終端包括射頻單元(RFU)、連接設(shè)備和電話機(jī)，它有住宅電話、付費(fèi)電話和模擬中繼三種。
2) 頻率計(jì)劃及多址方式
全球星系統(tǒng)關(guān)口站和衛(wèi)星之間的饋線鏈路使用C頻段，關(guān)口站到衛(wèi)星的上行鏈路使用5091～5250 MHz，衛(wèi)星到關(guān)口站的下行鏈路使用6875～7055 MHz。
全球星系統(tǒng)用戶終端和衛(wèi)星之間的用戶鏈路使用L、S頻段，用戶終端到衛(wèi)星上行鏈路使用1610～1626.5 MHz，衛(wèi)星到用戶終端下行鏈路使用2483.5～2500 MHz。
全球星系統(tǒng)的多址方式采用FDMA+CDMA方式。首先將16.5 MHz的上行帶寬和下行帶寬分成13個(gè)1.25 MHz的無(wú)線信道；再在每個(gè)無(wú)線信道上進(jìn)行碼分多址，用以區(qū)分各個(gè)用戶。
3) 呼叫建立過(guò)程
衛(wèi)星移動(dòng)通信中，也需要對(duì)用戶的位置進(jìn)行登記。在全球星系統(tǒng)中是由歸屬關(guān)口站和本地服務(wù)關(guān)口站來(lái)完成的，這類似于地面蜂窩網(wǎng)HLR、VLR的作用，這里我們?nèi)詫w屬關(guān)口站稱為HLR。全球星系統(tǒng)的號(hào)碼結(jié)構(gòu)為：網(wǎng)號(hào)1349，號(hào)碼共11位，為1349H1H2H3ABCD，其中H1H2H3為歸屬關(guān)口站識(shí)別號(hào)。
下面給出接續(xù)的例子。
(1) 當(dāng)固定用戶或地面公用移動(dòng)網(wǎng)的用戶呼叫全球星用戶時(shí)，通過(guò)關(guān)口局接續(xù)到就近的全球星關(guān)口站GW1查詢路由進(jìn)行接續(xù)，關(guān)口站分析H1H2H3號(hào)碼，到相應(yīng)的HLR查詢移動(dòng)用戶的路由信息，根據(jù)用戶的不同位置進(jìn)行接續(xù)，下面給出固定用戶呼叫全球星用戶時(shí)的例子：
① 若被叫用戶當(dāng)前位置在GW1，則直接尋呼該用戶完成相應(yīng)的接續(xù)，如圖6.21所示。

② 若被叫用戶當(dāng)前位置在另一關(guān)口站GW2， 則通過(guò)專用直達(dá)線路將呼叫接續(xù)到GW2，如圖6.22所示。

③ 如果被叫用戶漫游到PLMN網(wǎng)中，則將呼叫接續(xù)到PLMN關(guān)口局，在PLMN網(wǎng)中接續(xù)，如圖6.23所示。

(2) 全球星用戶呼叫固定用戶或地面公用移動(dòng)網(wǎng)的用戶時(shí)，就近進(jìn)入固定網(wǎng)或地面公用移動(dòng)網(wǎng)的關(guān)口局，由固定網(wǎng)或地面公用移動(dòng)網(wǎng)進(jìn)行接續(xù)，后續(xù)接續(xù)過(guò)程同固定網(wǎng)或公用移動(dòng)網(wǎng)內(nèi)的接續(xù)。
(3) 全球星用戶呼叫全球星用戶，始發(fā)關(guān)口站GW1在全球星網(wǎng)中查詢用戶的路由信息。根據(jù)用戶的不同位置進(jìn)行接續(xù)，具體接續(xù)過(guò)程同(1)。

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