基本介紹
- 中文名：低軌道衛星系統
- 外文名：Low-orbit satellite system
- 定義：多個衛星構成實時信息處理的系統
- 特點：傳輸延時短，路徑損耗小
- 技術支持：蜂窩通信、多址、點波束等
- 作用：軍事目標探測、手機通訊
基本概念,星際鏈路通信,移動通信系統,
基本概念
低軌道衛星系統一般是指多個衛星構成的可以進行實時信息處理的大型的衛星系統，其中衛星的分布稱之為衛星星座。
低軌道衛星主要用於軍事目標探測，利用低軌道衛星容易獲得目標物高解析度圖像。 低軌道衛星也用於手機通訊，衛星的軌道高度低使得傳輸延時短，路徑損耗小。多個衛星組成的通訊系統可以實現真正的全球覆蓋，頻率復用更有效。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。低軌道衛星是最新最有前途的衛星移動通信系統。
星際鏈路通信
低軌道衛星星座由多條軌道上的多個衛星組成。由於低軌衛星和地球不同步，所以星座在不斷的變化，各衛星的相對位置也在不斷的變化之中。為了便於管理和實現多星系統的實時通信，衛星不但要與地面終端和關口站相連，而且各衛星之間也要相連，當然，這種相連可以通過地面鏈路相連，也可以通過星間鏈路相連。一般的星座有多個衛星軌道，各個衛星之間為了協調工作和實時通信，不同軌道的衛星之間還存在軌道間鏈路。
星際鏈路避免了信息傳回地面進行處理和路由選擇，減小了二次業務分配，較之採用地面鏈路也降低了通信延時。星際鏈路屬於無線鏈路，可以採用微波、毫米波或雷射鏈路。採用微波鏈路時，由於載波本身的頻率比較低，所以要求的天線尺寸較大，發射功率也偏大，而且整個星際鏈路的頻寬窄，只能適應數據傳輸量不大的情況。採用毫米波或雷射鏈路，可以使用小天線、低輸出功率和小型發射機，這一方面減小衛星的體積和質量，降低功率消耗，同時也由於工作頻率高，提高了通信頻帶的頻寬，並且採用了和其他天線不同的工作頻段，極大的減小了對其它天線的干擾。但是採用毫米波或雷射鏈路對衛星的姿態控制要求較高，通信時衛星的姿態稍有不穩定就有可能造成通信暫時中斷。由於技術和工藝方面的問題，現在一般採用微波作為星際鏈路。低軌道衛星系統的軌道比較低，採用星際鏈路時就要考慮到地球對部分星際鏈路的遮擋作用。
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、網路控制中心和用戶單元等組成。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台，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。
利用低軌道衛星實現手持機個人通信的優點在於：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。缺點是系統結構複雜，操作、控制、管理等實現起來困難。
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）、牡羊（Arics）系統、低軌衛星（Leo-Set）系統、柯斯卡（Coscon）系統、衛星通信網路（Teledesic）系統等。
銥（Iridium）衛星移動通信
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。它是最早提出並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。並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顆小型智慧型衛星，均勻有序地分布於離地面785KM的上空的7個軌道平面上，通過微波鏈路形成全球連線網路。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。爾後為減少投資強度，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，包括連線同一軌道平面內相鄰的兩顆星的前視和後視兩條鏈路，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。系統採用“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，該系統採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衝小區隔開，這樣可以進一步提高頻譜資源，使得每一個信道在全球範圍內再用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，可惜由於種種原因，最後銥系統功虧一簣，宣告破產！
全球星（Globalstar）
全球星（Globalstar）系統是美國LQSS（Loral Qualcomm Satellite Service）公司於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）系統屬於非迂迴型，不單獨組網，其作用只是保證全球範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畫表，計畫在1997年底發射12～16顆衛星，並於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，它還是一個類似於無繩電話的無線電話系統，但其服務範圍不受限制，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）系統採用低成本、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於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、漫遊用戶、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）系統合作夥伴的分布情況來看，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）由於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，在全球範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，遠低於美國對微波輻射生物公害的限定。
（5）由於採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°），使用戶在高層建築附近也不至於受到阻擋，同時還提高了通信質量。
