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無縫隙覆蓋高質量寬帶多媒體業(yè)
務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)結構和特征參數(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)絡中的地位與作用。

關鍵詞 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技術的進展，亦難以直接支持寬帶高質量多媒體業(yè)
務的傳輸，但是，瞄準這一目標的一些寬帶衛(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)的基本目標即期望利用衛(wèi)星通信的介質優(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)務目標即瞄準與地面寬帶光纖網(wǎng)絡無
縫隙兼容，使之以靜止衛(wèi)星系統(tǒng)無法比擬的小的時延，適應寬帶業(yè)務的應用需要與數(shù)據(jù)通信協(xié)議規(guī)
程要求，并作為地面無線網(wǎng)絡的補充手段，對窄帶低速蜂窩系統(tǒng)進行寬頻帶覆蓋，構成蜂窩區(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)絡系統(tǒng)由840個高度為700km的LEO衛(wèi)星星座構成，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)星天線旋轉波束的覆蓋銜接設計，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，因此亦消除了移動通信麻煩的越區(qū)轉接要求。衛(wèi)星發(fā)射質量約
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)務類型為全數(shù)字雙向交換業(yè)務，可傳輸語音、數(shù)據(jù)、視像、
交互式多媒體及廣域網(wǎng)絡信息等各種寬帶綜合業(yè)務。標準終端的連接速率為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)絡拓撲
為全網(wǎng)狀分布式控制結構，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，實施自適應網(wǎng)絡拓撲及擁塞路由尋址，從而以低
時延及機動靈活方式構成一個自愈型網(wǎng)絡拓撲。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">標準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，如上所述標稱終端運行速率為16kbit／s～2Mbit／s，導致每一小區(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，并使天線及終端設備小型化，相應引發(fā)的技術問題是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）、自適應速率可變及自適應功率控制等技
術加以解決。系統(tǒng)多址連接擬采用FDMA／TDMA組合方式，調制方式為QPSK，鏈路誤碼率性能設計
為10^-10，可用性指標期望達到99.9％。

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face="宋體">據(jù)Teledesic提供的資料預測，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)不能說技術風險很小，而且如此龐大的星座格局導致的系統(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未來信息高速公路寬帶多媒體業(yè)
務的無縫隙覆蓋角色的技術可行性。