銥系統(tǒng)（Iridium）技術(shù)介紹（鄒銳）

銥系統(tǒng)（Iridium）技術(shù)介紹（鄒銳）
    [摘要]  簡要介紹了銥系統(tǒng)的技術(shù)特點、系統(tǒng)組成、頻率許可、互聯(lián)互通技術(shù)要求、
            衛(wèi)星發(fā)射狀況及系統(tǒng)基本情況概覽。
    關(guān)鍵詞：銥系統(tǒng)頻率許可技術(shù)要求
1 系統(tǒng)概述
    銥系統(tǒng)（Iridium）是美國摩托羅拉公司（Motorola）于1987年提出的低軌全球個人
衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，它與現(xiàn)有通信網(wǎng)結(jié)合，可實現(xiàn)全球數(shù)字化個人通信。該系統(tǒng)原設(shè)計為
77顆小型衛(wèi)星，分別圍繞7個極地圓軌道運(yùn)行，因衛(wèi)星數(shù)與銥原子的電子數(shù)相同而得名。
后來改為66顆衛(wèi)星圍繞6個極地圓軌道運(yùn)行，但仍用原名稱。極地圓軌道高度約780km，每
個軌道平面分布11顆在軌運(yùn)行衛(wèi)星及1顆備用衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星約重700kg。
    銥系統(tǒng)衛(wèi)星有星上處理器和星上交換，并且采用星際鏈路（星際鍵路是銥系統(tǒng)有別于
其它衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的一大特點），因而系統(tǒng)的性能極為先進(jìn)，但同時也增加了系統(tǒng)的
復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的投資費(fèi)用。
    銥系統(tǒng)市場主要定位于商務(wù)旅行者、海事用戶、航空用戶、緊急援助、邊遠(yuǎn)地區(qū)。銥
系統(tǒng)設(shè)計的漫游方案除了解決衛(wèi)星網(wǎng)與地面蜂窩網(wǎng)的漫游外，還解決地面蜂窩網(wǎng)間的跨協(xié)
議漫游，這是銥系統(tǒng)有別于其它衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的又一特點。銥系統(tǒng)除了提供話音業(yè)務(wù)
外，還提供傳真、數(shù)據(jù)、定位、尋呼等業(yè)務(wù)。
2 系統(tǒng)組成
    銥系統(tǒng)主要由4部分組成：空間段、系統(tǒng)控制段（SCS）、用戶段、關(guān)口站段（GW）。
空間段：由分布在6個極地圓軌道面的72顆星（6顆備用星）組成。銥系統(tǒng)星座設(shè)計能保證
全球任何地區(qū)在任何時間至少有一顆衛(wèi)星覆蓋。銥系統(tǒng)星座網(wǎng)提供手機(jī)到關(guān)口站的接入信
令鏈路、關(guān)口站到關(guān)口站的網(wǎng)路信令鏈路、關(guān)口站到系統(tǒng)控制段的管理鏈路。每個衛(wèi)星天
線可提供960條話音信道，每個衛(wèi)星最多能有兩個天線指向一個關(guān)口站，因此每個衛(wèi)星最
多能提供1920條話音信道。銥系統(tǒng)衛(wèi)星可向地面投射48個點波束，以形成48個相同小區(qū)的
網(wǎng)絡(luò)，每個小區(qū)的直徑為689km，48個點波束組合起來，可以構(gòu)成直徑為4700km的覆蓋區(qū)，
銥系統(tǒng)用戶可以看到一顆衛(wèi)星的時間約為10min。銥系統(tǒng)的衛(wèi)星采用三軸穩(wěn)定，壽命約5年，
相鄰平面上衛(wèi)星按相反方向運(yùn)行。每個衛(wèi)星有4條星際鏈路，一條為前向，一條為反向，
另兩條為交叉連接。星際鏈路速率高達(dá)25Mbps，在L頻段10.5MHz頻帶內(nèi)按FDMA方式劃分為
12個頻帶，在此基礎(chǔ)上再利用TDMA結(jié)構(gòu)，其幀長為90ms，每幀可支持4個50kbps用戶連接。
系統(tǒng)控制段（SCS）:SCS是銥系統(tǒng)的控制中心，它提供衛(wèi)星星座的運(yùn)行、支持和控制，把衛(wèi)
星跟蹤數(shù)據(jù)交付給關(guān)口站，利用尋呼終端控制器（MTC）進(jìn)行終端控制。SCS包括三部分：
遙測跟蹤控制（TTAC）、操作支持網(wǎng)（OSN）和控制設(shè)備（CF）。SCS有三方面功能：空間
操作、網(wǎng)絡(luò)操作、尋呼終端控制。SCS有兩個外部接口，一個接口到關(guān)口站，另一個接口
到衛(wèi)星。用戶段：該段指的是使用銥系統(tǒng)業(yè)務(wù)的用戶終端設(shè)備，主要包括手持機(jī)（ISU）
和尋呼機(jī)（MTD），將來也可能包括航空終端、太陽能電話單元、邊遠(yuǎn)地區(qū)電話接入單元
等。ISU是銥系統(tǒng)移動電話機(jī)，包括兩個主要部件：SIM卡及無線電話機(jī)，它可向用戶提供
話音、數(shù)據(jù)（2.4kbps）、傳真（2.4kbps）。MTD類似于目前市場上的尋呼機(jī)，分兩種：
數(shù)字式和字符式。關(guān)口站段：關(guān)口站是提供銥系統(tǒng)業(yè)務(wù)和支持銥系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的地面設(shè)施。它
提供移動用戶、漫游用戶的支持和管理，通過PSIN提供銥系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)到其它電信網(wǎng)的連接。
一個或多個關(guān)口站提供每一個銥系統(tǒng)呼叫的建立、保持和拆除，支持尋呼信息的收集和交
付。關(guān)口站由以下分系統(tǒng)組成：交換分系統(tǒng)SSS（西門子D900交換機(jī)）。地球終端（ET）、
地球終端控制器（ETC）、消息發(fā)起控制器（MOC）、關(guān)口站管理分系統(tǒng)（GMS）。關(guān)口站
有4個外部接口：關(guān)口站到衛(wèi)星，關(guān)口站到國際交換中心（ISC），關(guān)口站到銥系統(tǒng)商務(wù)支
持系統(tǒng)（IBSS），關(guān)口站到系統(tǒng)控制段（SC）。
3 頻率許可
    銥系統(tǒng)饋線鏈路使用Ka頻段，關(guān)口站到衛(wèi)星上行鏈路使用29.1～29.3GHz，衛(wèi)星到關(guān)
口站下行鏈路使用19.4～19.6GHz。銥系統(tǒng)星際鏈路使用23.18～23.38GHz。銥系統(tǒng)用戶鏈
路使用L頻段，用戶終端到衛(wèi)星上行鏈路使用1621.35～1626.5MHz，衛(wèi)星到用戶終端下行
鏈路使用1616～1626.5MHz。
    銥系統(tǒng)于1991年向國際電聯(lián)申請了所需使用的頻率，銥系統(tǒng)申請的頻率符合WARC-92
會議精神。美國FCC也于1995年向銥系統(tǒng)頒發(fā)了頻率使用許可證。中國國家無委已于1998
年9月向銥系統(tǒng)頒發(fā)了試驗許可證。
4 互聯(lián)互通技術(shù)要求
4.1 互網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
    銥系統(tǒng)在中國只有一個關(guān)口站，設(shè)在北京。該關(guān)口站與 PSTN的國際局（ISC）相連，
通過PSTN與PLMN連接。
    銥系統(tǒng)關(guān)口站采用國際信令網(wǎng)的14位信令點編碼，在信令網(wǎng)中采用GT尋址。關(guān)口站作
為信令點SP與我國的國際局SP／STP相連。銥系統(tǒng)關(guān)口站應(yīng)具有STP功能。
4.2 編號與撥號方式
   （1）MSISDN號碼
    即用戶號碼，是銥用戶作被叫時主叫用戶所需撥的號碼，長度為12位。
    號碼結(jié)構(gòu)： CC＋GE＋SN
    銥系統(tǒng)的虛擬國家碼CC：8816及8817
    地緣政治碼GE：表示用戶的歸屬國家I1I2I3。中國首先啟用533。
    用戶號碼SN：X1X2X3X4X5。其中 X1=1－6為語音、數(shù)據(jù)、傳真業(yè)務(wù)，X1=7－9為尋呼
業(yè)務(wù)， X1＝0保留。
   （2）撥號方式
    銥用戶撥叫固定用戶或TACS用戶：0086XYZPQRABCD
    銥用戶撥叫數(shù)字移動用戶：008613SO H1H2H3ABCD
    PSTN／PLMN用戶撥叫銥用戶：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5
    銥用戶撥叫銥用戶：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5
    銥用戶撥叫特服業(yè)務(wù)：0086XYZ1XX
    銥用戶撥叫緊急呼叫：待定。
    漫游到銥系統(tǒng)的GSM用戶的撥號方式同銥系統(tǒng)用戶。
    漫游到GSM的銥系統(tǒng)用戶的撥號方式同GSM用戶。
   （3）IMSI號碼
    號碼結(jié)構(gòu)：MCC＋MNC＋HLRID＋X1X2X3X4X5X6X7
    移動國家號碼MCC：衛(wèi)星移動系統(tǒng)的虛擬國家號碼為901。
    移動網(wǎng)號MNC：銥系統(tǒng)為03。
    移動用戶識別碼MSIN：包括HLR ID和用戶號碼X1X2X3X4X5X6X7，唯一地識別國內(nèi)銥系
統(tǒng)的用戶。其中HLR ID與GE號碼一致，X1= 1—4為 8816用戶，X1=5為航空， X1=6-8為88
17用戶，X1＝9保留。
   （4）MSRN號碼
    此號碼在銥用戶作被叫時選擇路由用。中國銥用戶的移動用戶漫游號碼MSRN為GE碼等
于668的用戶號碼。即8816（或8817）668X1X2X3X4X5。
   （5）接入碼（AC）
    每個銥系統(tǒng)用戶有一個接入碼，存于SIM卡中，支持接入過程。銥系統(tǒng)星體（SV）可
以根據(jù)接入碼確定用戶的歸屬關(guān)口站，歸屬關(guān)口站根據(jù)接入碼將用戶接入到拜訪關(guān)口站。
入碼的格式如下：
    中國的CI為460。
    AI為接人識別碼，兩位數(shù)字，確定用戶的接入等級，由銥公司控制。AI= 01為8816用
戶；AI＝ 02為歸屬于 GSM的用戶；AI＝ 03為歸屬于IS41的用戶；AI＝O4為8817用戶。其
它值保留。
    說明：如果SIM卡中無AC碼，則視為歸屬于GSM的用戶。
4.3 路由選擇原則
    國內(nèi)非銥系統(tǒng)用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶時，呼叫通過國際局接入銥系統(tǒng)中國關(guān)口站，由關(guān)
口站在銥系統(tǒng)內(nèi)通過衛(wèi)星鍵路進(jìn)行路由查詢和路由接續(xù)。
    中國關(guān)口站服務(wù)區(qū)內(nèi)的銥系統(tǒng)用戶呼叫本服務(wù)區(qū)內(nèi)的其它用戶，通過國際局進(jìn)入其它
相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接續(xù)。
    中國關(guān)口站服務(wù)區(qū)內(nèi)的銥系統(tǒng)用戶呼叫非本服務(wù)區(qū)國外其它用戶，在銥系統(tǒng)中接續(xù)到
被叫所在國家服務(wù)區(qū)的銥關(guān)口站。
    中國關(guān)口站服務(wù)區(qū)內(nèi)的銥系統(tǒng)用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶，通過銥系統(tǒng)關(guān)口站進(jìn)行路由查詢
和接續(xù)。
    說明：中國關(guān)口站服務(wù)區(qū)包括中國內(nèi)地、香港、澳門、蒙古。
4.4 接續(xù)過程示例
   （1）銥系統(tǒng)用戶在衛(wèi)星模式下工作的接續(xù)過程
   （a）銥系統(tǒng)用戶呼叫國內(nèi) PSTN／TACS用戶，撥0086XYZ PQR ABCD
    銥系統(tǒng)用戶呼叫PSTN／TACS用戶，關(guān)口站分析0086后將呼叫接續(xù)到國際局 ISC，國際
局再根據(jù)長途區(qū)號接至當(dāng)?shù)氐拈L途局TS接續(xù)到固定用戶或TACS用戶。
   （b）銥系統(tǒng)用戶呼叫國外固定用戶（非中國關(guān)口站服務(wù)區(qū)國家），撥00CCXYZPQRABCD
銥系統(tǒng)用戶呼叫國外固定用戶，通過關(guān)口站GW1采用衛(wèi)星鏈路將呼叫接續(xù)到被叫用戶所屬
國家的關(guān)口站GW2（若所屬國家無關(guān)口站，接續(xù)到最近的，該國所在服務(wù)區(qū)的關(guān)口站），
通過關(guān)口站GW2，接續(xù)到該國的PSTN國際局。圖中虛線是信令鏈路，實線是話音鏈路。
   （C）銥系統(tǒng)用戶呼叫港澳蒙PSTN／PLMN用戶，撥00CCXYZPQRABD
    銥系統(tǒng)用戶呼叫港澳蒙 PSTN／PJMN用戶，通過中國關(guān)口站GW1將呼叫接續(xù)到中國的國
際局（ISC），由國際局進(jìn)行相應(yīng)的接續(xù)。
   （d）PSTN／PLMN用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶，撥008816533XX2X3X4X5
    用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶，呼叫通過國際局ISC接續(xù)到銥系統(tǒng)中國關(guān)口站GW1，由關(guān)口站進(jìn)
行路由查詢和接續(xù)。如果被叫用戶是在本關(guān)口站登記的，由該關(guān)口站直接進(jìn)行尋呼接續(xù)。
如果被叫用戶漫游到關(guān)口站GW2登記，通過衛(wèi)星鏈路將呼叫接續(xù)到用戶所在的關(guān)口站GW2，
并尋呼該用戶（圖中用虛線表示）。被叫用戶應(yīng)答后，通過衛(wèi)星鏈路與被叫用戶通話（圖
中用實線表示）。
   （e)銥系統(tǒng)用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶，撥008816533X1X2X3X4X5
    銥系統(tǒng)中國關(guān)口站對被叫用戶進(jìn)行路由查詢。如果被叫用戶是在本關(guān)口站GW1登記的，
由關(guān)口站GW1直接進(jìn)行尋呼接續(xù)。如果被叫用戶漫游到關(guān)口站GW2，首先GW1通過衛(wèi)星鏈路
將呼叫接續(xù)到用戶所在的關(guān)口站GW2，由關(guān)口站GW2尋呼該用戶（圖中用虛線表示）。被叫
用戶應(yīng)答后，主被叫用戶直接通過衛(wèi)星鏈路（不通過關(guān)口站）進(jìn)行通話（圖中用實線表示）
   （f）銥系統(tǒng)用戶呼叫GSM用戶或CDMA用戶，撥0086135SOH1H2H3ABCD
    銥系統(tǒng)用戶通過關(guān)口站，將呼叫接續(xù)到國際局ISC，國際局將呼叫接續(xù)到相應(yīng)的GSM或
CDMA關(guān)口局。
   （2）銥系統(tǒng)用戶漫游到地面GSM系統(tǒng)時的接續(xù)過程
    銥系統(tǒng)用戶，如果位置更漸到地面GSM系統(tǒng)，接續(xù)過程同GSM用戶。只是尋找路由信息
時，需到相應(yīng)的銥系統(tǒng)HLR查詢。這相當(dāng)于國際漫游。
    銥系統(tǒng)用戶做主叫時的接續(xù)過程，同GSM用戶。
    銥系統(tǒng)用戶作被叫時的接續(xù)過程如下：
    PSTN／PLMN用戶呼叫銥系統(tǒng)用戶，撥008816533X1X2X3X4X5，呼叫通過國際局接續(xù)到
銥系統(tǒng)中國關(guān)口站，關(guān)口站經(jīng)過路由查詢，將呼叫接續(xù)到用戶所在的GSM／MSC。
   （3）GSM用戶漫游到銥系統(tǒng)時的接續(xù)過程
    GSM用戶漫游到銥系統(tǒng)，接續(xù)過程同銥系統(tǒng)用戶，只是尋找路由信息時，需到相應(yīng)的
GSM HLR查詢。這相當(dāng)于國際漫游。
5 衛(wèi)星發(fā)射
    銥系統(tǒng)衛(wèi)星由美國、俄羅斯、中國的火箭發(fā)射。自 1997年5月5日美國Delta 2火箭首
發(fā)成功以來，至1998年5月，已經(jīng)全部成功發(fā)射完畢72顆衛(wèi)星，其中有5顆星有問題，但在
軌運(yùn)行所需的66顆星已毫無問題。中國長征二號丙進(jìn)行了三次共6顆星的發(fā)射，銥系統(tǒng)計
劃用中國長征火箭發(fā)射11次共22顆星，因此長征火箭將繼續(xù)為銥系統(tǒng)發(fā)射后續(xù)星（包括備
用星和需要更換的星）。圓滿的衛(wèi)星發(fā)射工作為銥系統(tǒng)開通商業(yè)運(yùn)行提供了必要條件。
6 進(jìn)度
    銥系統(tǒng)已于1998年5月18日發(fā)射完畢在軌運(yùn)行所需的全部66顆衛(wèi)星，1998年5月有6個
關(guān)口站進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，星與星、星與地以及星與手機(jī)之間的試驗工作已經(jīng)完畢，1998年5月
底，泰國、日本、美國三個地方的手機(jī)已經(jīng)成功地進(jìn)行了通話。銥系統(tǒng)北京關(guān)口站從1998
年7月中旬開始安裝，到1998年9月11日在中國打通第一個電話。
    銥系統(tǒng)在1998年11月1日宣布在全球投入商業(yè)運(yùn)營。中國銥業(yè)務(wù)在1999年年中投入商
業(yè)運(yùn)行。
7 系統(tǒng)基本情況概覽
7.1 系統(tǒng)組成
    空間段：
    一低軌衛(wèi)星數(shù)：66＋6（備用）
    一軌道高度：780km
    一圓形軌道平面：6
    一每軌道平面衛(wèi)星數(shù)：11＋1（備用）
    一軌道平面傾角：86.4°
    一軌道周期：100min
    一衛(wèi)星重量：700kg
    一衛(wèi)星壽命：5年
    一衛(wèi)星供應(yīng)商：美國Lockheed－Martin公司地面段：
    一系統(tǒng)控制中心（SCS）：一主一備
    一關(guān)口站（Gateway）：全球共有15個，在中國建1個（北京）
    一地面段設(shè)備供應(yīng)商：美國Motorola公司用戶段：
    一手持：雙模、單模
    一用戶終端供應(yīng)商：美國Motorola公司，日本京瓷公司
7.2 系統(tǒng)特性
    一技術(shù)先進(jìn)、復(fù)雜
    一有星上處理器
    一有星際鏈路，可獨(dú)立成網(wǎng)
    一提供衛(wèi)星網(wǎng)和地面蜂窩網(wǎng)的漫游及國際漫游
    一提供地面蜂窩網(wǎng)間的跨協(xié)議漫游
    一多址方式：TDMA、FDMA
    一實現(xiàn)無縫切換
    一天線技術(shù)：衛(wèi)星多波束
    一通信時延（包括處理時延和傳輸時延）：小于210ms
    一全球提供業(yè)務(wù)時間：1998年11月
    一系統(tǒng)總投資：50億美元
7.3 關(guān)口站容量
    一銥系統(tǒng)北京關(guān)口站初期：300條空中信道，容納3萬用戶
    一銥系統(tǒng)關(guān)口站最大容量：2000條空中信道，容納20萬用戶
7.4 業(yè)務(wù)種類
    一話音
    一數(shù)據(jù)（傳輸速率2.4kbps）
    一傳真（傳輸速率2.4kpbs）
    一短信息
    一全球?qū)ず?br />    一定位
7.5 覆蓋范圍
    一全球覆蓋
    一由于星際鏈路的存在，使得每個關(guān)口站均可覆蓋全球
    一國內(nèi)全部覆蓋
    一用戶同時可見衛(wèi)星數(shù)：1～3顆
7.6 使用頻率
    一饋線鏈路：上行Ka頻段29.1～29.3GHz；下行Ka頻段19.4～19.6GHz
    一用戶鏈路：上行L頻段1621.35～1626.5MHz；下行L頻段頻1616～1626.5MHz
    一銥系統(tǒng)已得到ITU、美國FCC、中國國家無委的頻率許可
7.7 編號計劃
    一銥系統(tǒng)支持國家編號和GMSS編號。銥系統(tǒng)已向ITU申請GMSS國家碼，ITU讓四個
系統(tǒng)（Iridium，Odyssey ICO Globalstar）共享三位國家碼881，其中分配給Iridi-
um的虛擬國家碼為8816、8817。