寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)<1>

寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)<1>

信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局 陳如明

摘   要
face="仿宋_GB2312">本文首先討論對未來信息高速公路建設(shè)無縫隙覆蓋高質(zhì)量寬帶多媒體業(yè)
務(wù)傳輸起重要使用的寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包括典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和特征參數(shù)。進而，論述窄
帶和寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)在此網(wǎng)絡(luò)中的地位與作用。

關(guān)鍵詞 face="仿宋_GB2312">寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng) 中、低軌道 Teledesic WAVES JOCOS

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正在研制開發(fā)的LEO／MEO／GEO窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)多半為低速率全球／區(qū)域衛(wèi)星移動通信
系統(tǒng)。如上一講所指出，即使借助未來MPEG-4技術(shù)的進展，亦難以直接支持寬帶高質(zhì)量多媒體業(yè)
務(wù)的傳輸，但是，瞄準(zhǔn)這一目標(biāo)的一些寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)已初露頭角，下面介紹一些典型的MEO／LEO
系統(tǒng)。

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LEO-Teledesic系統(tǒng)

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face="宋體">1994年初約需90億美元投資、由840顆小衛(wèi)星連接全球的Teledesic
LEO系統(tǒng)的令人震驚的構(gòu)想問世立即在華爾街日報等新聞界掀起了軒然大波，有些人甚至視其為
天方夜譚工的奇談怪論；爾后，人們逐步開始對Teledesic系統(tǒng)的真實意圖與可行性有所理解。其
實，Teledesic系統(tǒng)的基本目標(biāo)即期望利用衛(wèi)星通信的介質(zhì)優(yōu)越性，在未來信息高速公路中扮演一
個重要的角色。

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face="宋體">Teledesic公司誕生于1990年6月，總部在美國華盛頓州西雅圖（Seattle
Washington），創(chuàng)始人為世界上最大的計算機軟件公司美國微軟公司（Microsoft
Corp.）總裁蓋茨及世界上最大的無線通信公司美國麥考蜂窩通信公司（McCaw
Cellular Communications Inc.）總裁麥考。其主要業(yè)務(wù)目標(biāo)即瞄準(zhǔn)與地面寬帶光纖網(wǎng)絡(luò)無
縫隙兼容，使之以靜止衛(wèi)星系統(tǒng)無法比擬的小的時延，適應(yīng)寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用需要與數(shù)據(jù)通信協(xié)議規(guī)
程要求，并作為地面無線網(wǎng)絡(luò)的補充手段，對窄帶低速蜂窩系統(tǒng)進行寬頻帶覆蓋，構(gòu)成蜂窩區(qū)間互
聯(lián)及長途電信連接的寬帶骨干實施，以充分滿足話音與高速實時數(shù)據(jù)寬頻帶綜合傳輸進必需的低時
延要求。

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face="宋體">該全球電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由840個高度為700km的LEO衛(wèi)星星座構(gòu)成，共有21個近極軌
式圓形軌道，每一軌道平面上有40個衛(wèi)星，加上10％在軌備份，共有924顆衛(wèi)星在軌，以實現(xiàn)快速
故障修復(fù)及高備份度的優(yōu)良全球覆蓋。它具有低達40ms～120ms（平均80ms）的小時延性能，衛(wèi)星
星座及衛(wèi)星天線旋轉(zhuǎn)波束的覆蓋銜接設(shè)計，使所覆蓋的地面蜂窩區(qū)相對衛(wèi)星而言成為靜止而非移
動，從而可視為一種固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)，因此亦消除了移動通信麻煩的越區(qū)轉(zhuǎn)接要求。衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量約
795kg；衛(wèi)星初期功率為11.595kW其壽命末期功率亦可為6.626kW，壽命約10年。

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face="宋體">Teledesic系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型為全數(shù)字雙向交換業(yè)務(wù)，可傳輸語音、數(shù)據(jù)、視像、
交互式多媒體及廣域網(wǎng)絡(luò)信息等各種寬帶綜合業(yè)務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)終端的連接速率為16kbit／s～
2Mbit／s，1Gbit／s線路的高容量樞紐終端連接速率高達155Mbit／s～1.2Gbit／s。其網(wǎng)絡(luò)拓撲
為全網(wǎng)狀分布式控制結(jié)構(gòu)，每個衛(wèi)星為一個交換節(jié)點，星間鏈路使每一衛(wèi)星連接鄰近8個節(jié)點，每
一節(jié)點執(zhí)行與快速分組交換ATM類似的運行模式，實施自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲及擁塞路由尋址，從而以低
時延及機動靈活方式構(gòu)成一個自愈型網(wǎng)絡(luò)拓撲。每一波束形成9個小區(qū)，共有64個掃描波束使每一
衛(wèi)星形成576個小區(qū)，每一小區(qū)面積為53km×53km，可攜載1440個16kbit／s激活話音信道，從而
576個小區(qū)即可構(gòu)成每一衛(wèi)星巨大的容量能力，即576×1440=829440個話路。

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face="宋體">標(biāo)準(zhǔn)終端及高速率樞紐終端利用Ka頻段（20／30GHz），星際鏈路利用60GHz頻
段，如上所述標(biāo)稱終端運行速率為16kbit／s～2Mbit／s，導(dǎo)致每一小區(qū)可支持23Mbit／s容量需
求。樞紐終端速率高達155Mbit／s～1.2Gbit／s，即STM-1至STM-8，每一衛(wèi)星可連接16個樞紐終
端站，星際鏈路傳輸速率為1.2Gbit／s，每一衛(wèi)星連接8條星際鏈路。由于利用了Ka頻段，按國際
固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻率分配可獲得高達7GHz的有效帶寬，從而可較好地解決低微波頻段的頻譜擁塞問
題，并使天線及終端設(shè)備小型化，相應(yīng)引發(fā)的技術(shù)問題是Ka頻段的大的雨衰及地面遮擋，這可由多
星座、高仰角及低軌道、低通路長度（700km～1020km）、自適應(yīng)速率可變及自適應(yīng)功率控制等技
術(shù)加以解決。系統(tǒng)多址連接擬采用FDMA／TDMA組合方式，調(diào)制方式為QPSK，鏈路誤碼率性能設(shè)計
為10^-10，可用性指標(biāo)期望達到99.9％。

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face="宋體">據(jù)Teledesic提供的資料預(yù)測，其單位容量成本很低，即1bit／s
0.06美元，約為Iridium系統(tǒng)成本的1／111，約為Globalstar系統(tǒng)成本的1／46，約為GEO型
Spaceway系統(tǒng)成本的1／2.6。即使對高質(zhì)量16kbit／s語音，其成本亦僅為每路0.96美元。

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face="宋體">雖然Teledesic系統(tǒng)不能說技術(shù)風(fēng)險很小，而且如此龐大的星座格局導(dǎo)致的系統(tǒng)
可靠性與衛(wèi)星發(fā)射處理問題還需進一步驗證，實際投資需高達90億 color="#000000">～99.9億美元，并且服務(wù)對象主要為農(nóng)村及邊緣地區(qū)，多長時間回收其巨額
投資等也存在疑問：但是，由上述簡要的系統(tǒng)描述已可理解其充當(dāng)未來信息高速公路寬帶多媒體業(yè)
務(wù)的無縫隙覆蓋角色的技術(shù)可行性。