低轨道卫星通信的发展.doc

00583 低轨道卫星通信的发展 王端骧① 【摘要】低轨道卫星通信是近年来发展起来的一项通信系统。 是使用多 颗在低轨道上运行的卫星的通信系统。本文介绍了其特点, 并对几种目前正 在建设中的卫星通信系统进行了介绍。 关键词: 同步卫星 低轨道卫星通信 35850 公里, 电磁波传播的时间要 0. 12 秒。 一、前 言 这样从通信的一端发出一个提问, 最快 0. 48 秒才能得到回音。这使人在通话时很不习惯。 在十几年前, 在通信界提出了“个人通 信”的概念, 要求任何人在地球上任何一点, 可以与任何另一点间通过使用特制的手机进 行通信。通话距离长短不限, 也不依赖于地面 上其他的通信设备。 通信者只要有他专用的 号码, 对方便可以和他通信。低轨道卫星通信 系统是能够实现以上要求的一种最恰当的通 信方法。 使用 1000 公里高的低轨卫星通话, 往返时间 将缩短到 27 亳秒, 这样就不会使通话者感到 滞后的影响。 其次是长距离电波传输使信号衰减的问 题。 信号的衰减是与传输距离的平方成比例 的。同步卫星传输的距离约是低轨卫星的 36 倍, 在 1000 公里高度它对于电磁波由于传输 距离的衰减是低轨卫星的 1296 倍。 与同步卫星通信系统相比, 低轨道卫星 通信系统还有一个特点, 就是它在地球上的 通信点不受地球高纬度的限制。 因为低轨道 通信系统可以将卫星均匀地排布在整个地球 的周围, 即使是在地球的南北极, 也能使用低 轨道卫星通信。 二、低轨道卫星通信 低轨道卫星通信的提出是相对于地球同 步卫星通信而言, 它距地面 500 至 1500 公 里。如果低于 500 公里, 地球受到大气及电离 层的影响, 就会降低卫星的使用寿命。目前一 般同步卫星的使用寿命是 12 至 15 年, 而低 轨道卫星的寿命约在 5 至 8 年。 2. 低轨道卫星通信系统 首先低轨道卫星通信系统要求多个卫星 同时使用。因为卫星轨道低, 只有用多个卫星 组织起来才能覆盖整个地球表面。 卫星轨道 愈低, 要求的卫星数目愈多。它们可在地球之 外, 以地心为中心的一个球面上均匀分布。也 可以分开成两个或三个同心的球形层面上运 行。 这种卫星群与地球的组成型式很像在一 1. 与同步卫星通信的比较 前面所提对于个人通信的要求, 使用同 步通信卫星便有以下困难。 首先是通电话时 的时间延迟问题。 电磁波传播的速度是每秒 300000 公里。地面与同步卫星间的距离约是 个原子中的原子核和围绕着它的许多电子的 干扰, 时常是使用地区分集接收的方式, 就是 运行状态, 所以有一个低轨卫星系统便使用 铱( lr id ium ) 来命名。 在地球的一点上发出电磁波信号, 距其 最近的低轨卫星可以接到这个信号。 如果指 定的接收点不是很远, 便由这颗卫星将信号 转发到地面的接收点。 如果需要较远距离的 传输, 最近的卫星可以将收到的信号转到邻 近的其他卫星再转到地面的接收点。 如果是个人通信, 卫星地面站所使用的 通信频段上行是 1. 610～ 1. 625GH z, 下行是 2. 4853～ 2. 500GH z, 铱系统中星与星之间的 传统通信是使用 23. 18～ 23. 386GH z 频带。 由于低轨道卫星通信系统包括的卫星数 量多, 使用的轨道低, 卫星本身的寿命较短, 所以在实际运用中要有几个备份卫星放在空 中, 以保证整个系统的正常运行。 对于一个低轨卫星通信系统还需一项不 可缺少的设备, 就是在地面上对卫星的测量 及控制系统。 人造卫星在天上的运行虽是依 靠天体力学规律来进行, 但是在运行中难免 会受到意外的力使其略脱离正常轨道或改变 其姿态 (本身的角度)。 有时还需要将损坏的 星由备份的星来代替, 这就需要在地面设置 测控设备。 因低轨道卫星通信系统有多个卫 星同时运转, 地面测控系统尤为重要。 将两套或三套同样的接收设备分别安装在不 同的地点, 取其中受干扰最小的信号使用。 第二个通信设备是为和地面上通信网通 信所使用的设备, 可以是有线通信也可以是 无线通信, 这要看地面通信网的要求。 除了以上两项通信设备之外在网关中还 需要一个信号处理设备。 通过这个处理设备 才可以将卫星传来的信号重新编码安排使其 适用于地面网的需要, 对于自地面网发去卫 星的信号也需要反方向的转换处理。 三、目前进行的 低轨道卫星通信系统 现介绍两个低轨道卫星通信系统, 即铱 系统及 G lo b a lsta r 系统。 1. 铱系统 铱系统是提出最早的低轨道卫星通信系 统。 也将是最早实现使用 ( 计划在 1998 年 9 月) 的系统, 建设这个系统估计总费用为四十 四亿美元。 在铱系统中所使用的卫星是由一个方柱 形的主体, 两片方形太阳能