寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)<2>

寬帶中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)<2>

信息產(chǎn)業(yè)部無(wú)線電管理局 陳如明

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MEO-WAVES JOCOS系統(tǒng)

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color="#000000" face="宋體">這是充分利用MEO的軌道優(yōu)點(diǎn)由意大利的Ramano、Pennoni及
Muratose等人提出的新一代中軌全球VSAT系統(tǒng)，稱為WAVES
JOCOS（Wideband Advanced VSAT Enhanced System with Juggler Orbit
ConStellation），擬運(yùn)行于Ku／ka頻段，傳輸速率可高達(dá)2Mbit／s，遍及語(yǔ)音、數(shù)據(jù)視像等綜
合業(yè)務(wù)，以少量的衛(wèi)星烽（低達(dá)7顆）頻率掃描天線技術(shù)和DS-CDMA技術(shù)提供最小仰角約為20°的
準(zhǔn)全球覆蓋，實(shí)施與Teledesic類似的借助固定或可搬移的手提式終端的新一代VSAT型全球連接寬
帶通信。該系統(tǒng)還可以低功率運(yùn)行以及盡量消除越區(qū)轉(zhuǎn)接需求，同時(shí)可控制對(duì)GEO系統(tǒng)的干擾最小
化，實(shí)施與GEO系統(tǒng)同頻段友好共存運(yùn)行。

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color="#000000" face="宋體">WAVES JOCOS系統(tǒng)的巧妙之處在于有機(jī)組合了三種重要技術(shù)，
即JOCOS軌道、頻率掃描天線及DS-CDMA技術(shù)。

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color="#000000" face="宋體">眾所周知，GEO圓傾斜道衛(wèi)星軌跡呈8字型周期重復(fù)，相對(duì)應(yīng)
的地面跟蹤的覆蓋軌跡亦同樣周期性重復(fù)鑒于一顆衛(wèi)星在圓傾斜軌道上運(yùn)行可有8恒星小時(shí)節(jié)點(diǎn)周
期重復(fù)特征，從而對(duì)地球旋轉(zhuǎn)取用三重同步方式將可使地面跟蹤系統(tǒng)每24小時(shí)重復(fù)同樣的跟蹤，這
種概念最早由Mass于1994年提出。按此原理即可構(gòu)成對(duì)MEO高度為13900km時(shí)的JOCOS地面跟蹤系
統(tǒng)。

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color="#000000" face="宋體">適當(dāng)選擇軌道參數(shù)，即可按最小衛(wèi)星數(shù)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)全球覆蓋，實(shí)際
用6顆衛(wèi)星即可覆蓋南、北緯主要地區(qū)，但由于其對(duì)地面觀察者的蛇形軌跡首尾相接不夠完美，用7
顆衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)較滿意的覆蓋。

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color="#000000" face="宋體">頻率掃描或頻率尋址天線的概念最初由Rosemberg等人于1992
年提出，將其與JOCOS星相組合可提供對(duì)地球表面有效的覆蓋，并可簡(jiǎn)單地實(shí)施系統(tǒng)操作運(yùn)行。隨
著衛(wèi)星天線的寬頻帶頻率掃描，兼之衛(wèi)星在移動(dòng)，地面終端即對(duì)此寬頻帶信號(hào)在最小至最大頻率掃
描區(qū)內(nèi)進(jìn)行接收，如果尋址于專門用戶的某一信道，其載頻調(diào)制控制掃描同步于此衛(wèi)星的地面跟蹤
速度，則此衛(wèi)星終端將可保持蜞
最大的“虛擬”波束天線方向圖，構(gòu)成有效的虛擬點(diǎn)波束，實(shí)施收發(fā)信機(jī)能掃描／跟蹤此數(shù)據(jù)載
頻而建立有效的通信鏈路。而且，由于采用DS-CDMA還可提高容量，因?yàn)槿�部頻帶均可為所有物理
點(diǎn)波束運(yùn)用，而此時(shí)可將衛(wèi)星覆蓋域再細(xì)分為多個(gè)物理總波束（例如每覆蓋域同志分為4個(gè)等
級(jí)）。DS-CDMA很容易實(shí)施虛擬點(diǎn)波束概念，因?yàn)椴煌�用戶可共享同樣的無(wú)線電頻譜資源，只要用
戶終端跟蹤頻率掃描天線主瓣，其信號(hào)可部分甚至全部重疊，正交擴(kuò)頻序列則可用于降低CDMA系
統(tǒng)的自身干擾。而且此WAVES
JOCOS MEO系統(tǒng)與一般LEO／MEO系統(tǒng)不同，后者以每小時(shí)5000km～25000km的速度在地面以窄
點(diǎn)波束移動(dòng)，使呼叫期間對(duì)點(diǎn)波束間的切換相對(duì)GEO系統(tǒng)變得復(fù)雜得多；但本系統(tǒng)由于由關(guān)口站實(shí)
施頻率控制掃描，使用戶終端總是處在同樣的虛擬點(diǎn)波束位置，正確的數(shù)據(jù)接收只需跟蹤掃描載波
即可。類似地，衛(wèi)星間的轉(zhuǎn)接亦可很好簡(jiǎn)化，其中一個(gè)重要因素是利用CDMA制式，可使用戶共享
相同頻帶，而且可使多個(gè)衛(wèi)星間實(shí)施衛(wèi)星軟切換，并降低了功能。

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color="#000000" face="宋體">本系統(tǒng)對(duì)解決GEO系統(tǒng)的相互干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題是可行的。這種干
擾僅在WAVES
JOCOS衛(wèi)星處于0°緯度的赤道區(qū)附近±9°范圍內(nèi)有影響�？刂破渑cGEO系統(tǒng)間干擾的一種最簡(jiǎn)
單的辦法是至此位置時(shí)，將本系統(tǒng)臨時(shí)關(guān)機(jī)；另一種更有效的辦法是適當(dāng)增加星座中衛(wèi)星數(shù)，使處
于干擾區(qū)的衛(wèi)星的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移至緯度范圍在±9°以外的非干擾衛(wèi)星上運(yùn)行。

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color="#000000" face="宋體">該系統(tǒng)將Ku頻段分配給用戶移動(dòng)寬帶終端（UPWT）使用，Ka
頻段分配給關(guān)口站（GS）使用。CDMA碼片速率為24.576Mchip／s。由此，對(duì)不同業(yè)務(wù)比特速率為
9.6kbit／s～2Mbit／s，可獲處理增益2560～12倍，整個(gè)系統(tǒng)帶寬取740MHz，可設(shè)置每轉(zhuǎn)發(fā)器30
（740／24.576）個(gè)額定點(diǎn)波束數(shù)，以384kbit／s視頻業(yè)務(wù)為例，整體線路指標(biāo)可達(dá)
E_b／I_o=7.7dB，包括所有干擾及熱噪聲在內(nèi)的總信噪比
E_b／D_o=5.0D_b，處理增益G_p=64，BER可達(dá)
10^-10。

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color="#000000" face="宋體">最后不妨指出，此MEO-WAVES JOCOS系統(tǒng)與一般
LEO／MEO／GEO系統(tǒng)不同，其容量可按組件方式隨業(yè)務(wù)需求增長(zhǎng)而漸進(jìn)擴(kuò)充。例如，假設(shè)衛(wèi)星間隔
4°，考慮全部JOCOS跟蹤旋轉(zhuǎn)角為540°，單一JOCOS跟蹤方式即可有135個(gè)軌道位置。此外，又
可設(shè)置并聯(lián)形式JOCOS跟蹤衛(wèi)星配置，例如取并聯(lián)數(shù)為20個(gè)，假設(shè)按4°間隔垂直跟蹤交截赤道平
面，即可有2700個(gè)有效的軌道位置可予配置不同的衛(wèi)星運(yùn)行系統(tǒng)。假設(shè)1GHz有效帶寬，并且取雙
極化運(yùn)行，每一軌道位置可10倍頻率再利用，則其總帶寬可達(dá)2700×30GHz=54THz，這一巨大數(shù)
值供給下一世紀(jì)全球?qū)拵�衛(wèi)星業(yè)務(wù)。其系統(tǒng)每一電話主線投資成本可與地面線路進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)；時(shí)延約
100ms左右。

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color="#000000" face="宋體">最后不妨指出，寬帶中、低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的努力還在發(fā)展。例
如，除上述Teledesic
LEO系統(tǒng)外，1996年9月4日Motorola公司又宣布其已向FCC申請(qǐng)注冊(cè)了另一個(gè)寬帶LEO系統(tǒng)M-
Star，共有72顆衛(wèi)星，軌道高度約1300km，進(jìn)行寬帶多媒體綜合業(yè)務(wù)運(yùn)作，傳輸速率為
384kbit／s～51.84Mbit／s，總吞吐量約7.5Gbit／s，擬共耗資61億美元。

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窄帶和寬中、低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)在未來(lái)信息高速公路網(wǎng)絡(luò)中的地位與作用

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color="#000000" face="宋體">未來(lái)LEO／MEO窄帶衛(wèi)星系統(tǒng)的有效窄帶信息接入能力衣寬帶
衛(wèi)星系統(tǒng)的傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)等多媒體高質(zhì)量綜合業(yè)務(wù)信息能力，不僅可作為地面網(wǎng)絡(luò)的
有效支持補(bǔ)充，且具有地面有線傳輸媒體、乃至地面無(wú)線傳輸媒體無(wú)法匹敵的三維無(wú)縫隙覆蓋和廣
域連接的獨(dú)特魅力，因此，可以預(yù)計(jì)它必將在未來(lái)信息高速公路中充當(dāng)重要的角色并發(fā)揮卓越的作
用。

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color="#000000" face="宋體">與GEO相比，MEO／LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)的最大特點(diǎn)為高度低、傳
輸時(shí)延小，并可以較合適仰角覆蓋地球包括極區(qū)在內(nèi)的任何角落。此外，它還具有衛(wèi)星通信獨(dú)有的
一些重要優(yōu)點(diǎn)：

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color="#000000" face="宋體">①一般說(shuō)來(lái)，初期投資較省、施工建設(shè)較快奏效、資金回收較
快。

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color="#000000" face="宋體">②可搬移性及可移動(dòng)性。在邊緣、復(fù)雜地形區(qū)域及海上和空中
它是提供可靠移動(dòng)通信的唯一手段。

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color="#000000" face="宋體">③三維無(wú)縫隙覆蓋能力，任何手段無(wú)法與之匹敵。

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color="#000000" face="宋體">④構(gòu)成全球網(wǎng)絡(luò)，實(shí)施普遍、有效服務(wù)的靈活活性與普遍性。

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color="#000000" face="宋體">⑤任意點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)以及多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的廣域復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)錁?gòu)成能
力。

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color="#000000" face="宋體">⑥距離不敏感性。

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color="#000000" face="宋體">⑦安全可靠性�？沙蔀榭拐鹁葹�(zāi)、傳輸媒體應(yīng)急備份與支援補(bǔ)
充的重要手段。

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color="#000000" face="宋體">因此，由于這些特點(diǎn)、再結(jié)合上述窄帶、寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的
結(jié)構(gòu)與運(yùn)作能力和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的基本特征，即可理解MEO／LEO窄帶、寬帶衛(wèi)星通信這一無(wú)線通信重
要手段，必將在未來(lái)信息社會(huì)與“全球村”中發(fā)揮其獨(dú)特而重要的作用。

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結(jié)束語(yǔ)

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color="#000000" face="宋體">MEO／LEO寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以其巧妙構(gòu)思及獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)已開
始嶄露頭角，雖然在實(shí)施上依然有不少技術(shù)難點(diǎn)與風(fēng)險(xiǎn)，但一下世紀(jì)有效地投入運(yùn)作將毋容置疑。
MEO／LEO窄帶、寬帶系統(tǒng)的低時(shí)延。無(wú)疑隙固定／
移動(dòng)業(yè)務(wù)覆蓋能力必將成為未來(lái)信息高速公路建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，特別是可補(bǔ)充、支持光纖
網(wǎng)，使之名副其實(shí)地實(shí)現(xiàn)三維無(wú)縫隙全球個(gè)人通信。