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1、1,中低轨道卫星通信的 频率特点,解放军理工大学通信工程学院 李广侠,2,一、中低轨卫星通信系统的现状 二、中低轨卫星通信特点和频率 三、发展我国星座卫星通信及启动频率论证,报告内容,3,第一部分 中低轨道卫星通信的现状,“铱”系统-典型的中低轨卫星通信系统,5,铱星网络结构图,工作频率波段: 业务链路: L波段 1616-1626.5MHz 星际链路: Ka波段 23.18-23.38 GHz 地面段链路:上行:Ka波段;19.4-19.6 GHz 下行:Ka波段;29.1-29.3 GHz 业务种类：话音、传真、寻呼、数据,空间段：星数：666 轨道数：6个 轨道高度：780公里 运行周期
2、：100分钟28秒 点波束数量：48个/卫星,铱星概述,7, 1987年由摩托罗拉公司提出 1997年5月5日铱系统公司首次将5颗铱卫星发射上天 到1998年5月17日共发射了67颗卫星，完成了由66颗卫星组成的卫星星座 1998年11月1日正式开始提供话音业务，11月16日开始提供寻呼业务 2000年3月27日铱系统正式结束业务 现由新铱星公司接管，为美国国防部提供话音和数据通信业务，2002年还补发了5颗铱星。,铱系统的简历,8,Iridium Satellite LLC Overview,System acquired Dec 2000 Committed, multinational
3、investor group from Saudi Arabia, Brazil, Australia, and USA Commercial service re-introduced March 2001 with maintainable cost structure Strategic relationship with Boeing for satellite constellation operations and maintenance 2014 constellation lifespan Significantly reduced price and simplified p
4、ricing plan Vertical market distribution strategy for voice and data services The U.S. Government is an anchor customer. Actively penetrating global market,9,Entire Network in Space,66 satellites operate in 6 polar orbital planes 780km above the earth Each satellite footprint approximately 5000km in
5、 diameter All satellite footprints overlap Each satellite has 48 spot beams Each spot beam footprint approximately 450km in diameter All spot beams overlap Switch in the sky on board processing and switching for efficiency, flexibility, and quality Inter-satellite link enables the entire network in
6、the sky covers every inch on the earth and immune from terrestrial disaster 13 in orbital spare satellites,The only operator capable of providing truly global voice and data service,10,Satellite Constellation,Ubiquitous Coverage the only system with true global availability Seamless Operations the o
7、nly system with continuous visibility of multiple satellites for high reliability Constellation Capacity process and control 72,000 simultaneous phone calls support 2 M active customers Matured Implementation completely de-bugged system Financial Stability Debt free and break-even in operations,11,S
8、atellite Technology Comparison,Traditional Satellite Systems - Inmarsat, Thuraya, Aces, Globalstar, etc. Architecture Bent pipe Coverage Regional Callers and earth stations must be under same satellite Iridium - Entire Telecommunications Network in Space Architecture Onboard processing and switching
9、 Crosslink between satellites Coverage Truly Global Callers can be anywhere in the world,12,Advanced Iridium System Architecture,Iridium Call Topology 137138MHz(下行)； 用户至卫星：每个卫星动态分配6条； 148150MHz(上行)；2.4kbps; 多址方式：FDMA； 业务范围：远端监测、定位跟踪、短数据通信； 1998年底投入商用，目前已在80多个国家获得运营权；主要用于交通、环保、地质、油气管道监测等,27,ORBCOMM系统
10、（3）,28,第二部分 中低轨道卫星通信的特点和频率,29,LEO(Low Equator Orbit) 低轨道卫星：Hmax5000km MEO(Middle Equator Orbit) 中轨道卫星：5000kmHmax20000km HEO (High Equator Orbit) 高轨道卫星： Hmax20000km,卫星通信之卫星轨道（1）,30,卫星通信之卫星轨道（2）,31,GEO GSO(Geostationary对地静止卫星)： 相对于地球表面任一点，卫星位置保持固定不变。其轨道称为对地静止轨道，它是赤道平面上唯一的一条圆形同步轨道。对地静止轨道是目前卫星通信使用主要轨道，对
11、卫星通信具重要意义。 non-GSO(对地非静止卫星)： 相对地球表面任一点，卫星位置不断地变化。,卫星通信之卫星轨道（3）,32,同步卫星轨道或对地静止轨道,33,主要优点： 地球站天线易于保持对准卫星 通信连续，不必频繁更换卫星 对地面的视区面积和通信覆盖区面积大 工作稳定，通信质量高 主要缺点： 发射和在轨监控的技术复杂； 传输时延较大 卫星数量有限。,同步卫星轨道之特点,34,主要特点： 轨道高度较低，信号的传播路径比较短，传播损耗和迟延也就很小； 多颗卫星可以进行频率复用，也能缓解对地静止轨道上卫星过分拥挤的情况； 一次发射多颗卫星降低了发射成本； 卫星制造成本低，卫星系统的可靠性和
12、生存能力较高； 容易实现全球个人通信，特别对于高纬度地区。,中低轨道卫星轨道之特点,35,中低轨道卫星通信之典型系统,36,大LEO：IridiumGlobalstarICO 提供全球实时个人通信业务的LEO和MEO卫星移动通信系统 宽带LEO：TeledesicM-starSkybridge 利用LEO提供宽带业务的系统 小LEO： OrbcommLEO one 利用LEO提供非实时业务的系统,低轨道卫星通信系统分类,37,纳米型卫星(Nanosat)：重量在10 kg左右 微型卫星(Microsat)：重量在10100 kg 超小型卫星(Minisat)：重量在100500 kg； 小卫星
13、(Smallsat)：重量在5001000 kg,小卫星分类(1),38,重量轻，体积小，研制周期短，成本低，功能密度大，发射灵活。 具体指标例如： 有效载荷提高到70%； 研制周期12年，研制经费大幅度降低； 重复使用模块达80% 等等,微小卫星定义,39,中低轨道卫星通信系统的组成, 空间段: 卫星星座系统 用户段： 各类用户 地面段：卫星测控中心， 网络管理中心， 信关站，,40,中低轨卫星通信系统组成,网管中心,测控站,网关,低轨卫星星座系统通信网,GSM交换中心,公共电话网,业务提供控 制中心,移动蜂窝网,专用网,有线电话,干线网,因特网,邮电管理部门,机载站,手持终端,车载站,舰载
14、站,信关站,空间段,用户段,地面段,现有地面网络,41,中低轨卫星轨道,凡尔伦带 ( Van Allen): 由地球磁场从太阳风中俘获并禁锢的高能电子与质子组成，高能粒子辐射性强、穿透力强，对人造成卫星的电子设备损害极大。 1958年1月探险者1号首次在1000km高度由Van Allen发现；后经探险者2，3号证实。,42,凡尔伦带 ( Van Allen)的分布,GEO,MEO 500015000km；,LEO 5001500km；,外凡尔伦带13000km20000km,内凡尔伦带 1500km6000km;,地球,43,中低轨道卫星通信系统的链路,链路组成： 用户链路：用户终端与卫星之
15、间的链路； 馈电链路：信关站与卫星之间的链路； 星际链路：卫星与卫星之间的链路；,44,用户链路,用户链路的特点： 终端小型化:传播损耗和多普勒频移小，器件成熟； 适合移动通信的特点：波束宽，绕射能力强； 地面干扰少：地面无线设备高次谐波少； 频率：UHF，L/S,45,UHF和L/S频率比较,46,UHF和L/S频率比较,采用L/S波段的优点： 1、卫星上便于制作和安装多波束天线，实现频率再（重）用，从而大扩展系统的通信容量。例如我们曾初步计算过，工作于1.6GHz时，由37个阵元组成的天线阵列，其尺寸约为0.54m*o.47m，如用UHF（400MHz），则为2.25m1.95m。在天线的
16、重量上，前者也比后者小得多； 2、UHF地面干扰大：沿海地区-86dBm到-89dBm之间，而美军-100dBm； 3、天线：手持式终端天线尺寸也较UHF的要小得多。,47,馈电链路,馈电链路的特点： 通信容量大:信关站接入的信号容量大； 易于天线跟踪：信关站天线跟踪； 星上载荷和天线：重量和技术难度； 频率：C，Ku，Ka，激光？,48,馈电链路,49,星际链路,星际链路的特点： 系统容量：具有足够多的容量； 跟瞄：星际链路的天线跟瞄； 星上处理与交换：技术复杂； 频率：Ka，Ku，激光？,50,星际链路,图 9.1 带有ISL的48星极地相位星座结构图,51,中低轨道通信系统应用,中低轨道星座通信系统可以为广大地域范围提供通信服务，是地面通信网络的重要补充。低轨道(LEO)系统相对其他轨道的星座系统来说，具有传播时延短
