宽带中、低轨道卫星通信系统<2>

发布: 2010-10-20 00:51 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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宽带中、低轨道卫星通信系统<2>

信息产业部无线电管理局陈如明

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MEO-WAVES JOCOS系统

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color="#000000" face="宋体">这是充分利用MEO的轨道优点由意大利的Ramano、Pennoni及
Muratose等人提出的新一代中轨全球VSAT系统，称为WAVES
JOCOS（Wideband Advanced VSAT Enhanced System with Juggler Orbit
ConStellation），拟运行于Ku／ka频段，传输速率可高达2Mbit／s，遍及语音、数据视像等综
合业务，以少量的卫星烽（低达7颗）频率扫描天线技术和DS-CDMA技术提供最小仰角约为20°的
准全球覆盖，实施与Teledesic类似的借助固定或可搬移的手提式终端的新一代VSAT型全球连接宽
带通信。该系统还可以低功率运行以及尽量消除越区转接需求，同时可控制对GEO系统的干扰最小
化，实施与GEO系统同频段友好共存运行。

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color="#000000" face="宋体">WAVES JOCOS系统的巧妙之处在于有机组合了三种重要技术，
即JOCOS轨道、频率扫描天线及DS-CDMA技术。

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color="#000000" face="宋体">众所周知，GEO圆倾斜道卫星轨迹呈8字型周期重复，相对应
的地面跟踪的覆盖轨迹亦同样周期性重复鉴于一颗卫星在圆倾斜轨道上运行可有8恒星小时节点周
期重复特征，从而对地球旋转取用三重同步方式将可使地面跟踪系统每24小时重复同样的跟踪，这
种概念最早由Mass于1994年提出。按此原理即可构成对MEO高度为13900km时的JOCOS地面跟踪系
统。

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color="#000000" face="宋体">适当选择轨道参数，即可按最小卫星数实现准全球覆盖，实际
用6颗卫星即可覆盖南、北纬主要地区，但由于其对地面观察者的蛇形轨迹首尾相接不够完美，用7
颗卫星即可实现较满意的覆盖。

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color="#000000" face="宋体">频率扫描或频率寻址天线的概念最初由Rosemberg等人于1992
年提出，将其与JOCOS星相组合可提供对地球表面有效的覆盖，并可简单地实施系统操作运行。随
着卫星天线的宽频带频率扫描，兼之卫星在移动，地面终端即对此宽频带信号在最小至最大频率扫
描区内进行接收，如果寻址于专门用户的某一信道，其载频调制控制扫描同步于此卫星的地面跟踪
速度，则此卫星终端将可保持蜞
最大的“虚拟”波束天线方向图，构成有效的虚拟点波束，实施收发信机能扫描／跟踪此数据载
频而建立有效的通信链路。而且，由于采用DS-CDMA还可提高容量，因为全部频带均可为所有物理
点波束运用，而此时可将卫星覆盖域再细分为多个物理总波束（例如每覆盖域同志分为4个等
级）。DS-CDMA很容易实施虚拟点波束概念，因为不同用户可共享同样的无线电频谱资源，只要用
户终端跟踪频率扫描天线主瓣，其信号可部分甚至全部重叠，正交扩频序列则可用于降低CDMA系
统的自身干扰。而且此WAVES
JOCOS MEO系统与一般LEO／MEO系统不同，后者以每小时5000km～25000km的速度在地面以窄
点波束移动，使呼叫期间对点波束间的切换相对GEO系统变得复杂得多；但本系统由于由关口站实
施频率控制扫描，使用户终端总是处在同样的虚拟点波束位置，正确的数据接收只需跟踪扫描载波
即可。类似地，卫星间的转接亦可很好简化，其中一个重要因素是利用CDMA制式，可使用户共享
相同频带，而且可使多个卫星间实施卫星软切换，并降低了功能。

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color="#000000" face="宋体">本系统对解决GEO系统的相互干扰协调问题是可行的。这种干
扰仅在WAVES
JOCOS卫星处于0°纬度的赤道区附近±9°范围内有影响。控制其与GEO系统间干扰的一种最简
单的办法是至此位置时，将本系统临时关机；另一种更有效的办法是适当增加星座中卫星数，使处
于干扰区的卫星的业务转移至纬度范围在±9°以外的非干扰卫星上运行。

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color="#000000" face="宋体">该系统将Ku频段分配给用户移动宽带终端（UPWT）使用，Ka
频段分配给关口站（GS）使用。CDMA码片速率为24.576Mchip／s。由此，对不同业务比特速率为
9.6kbit／s～2Mbit／s，可获处理增益2560～12倍，整个系统带宽取740MHz，可设置每转发器30
（740／24.576）个额定点波束数，以384kbit／s视频业务为例，整体线路指标可达
E_b／I_o=7.7dB，包括所有干扰及热噪声在内的总信噪比
E_b／D_o=5.0D_b，处理增益G_p=64，BER可达
10^-10。

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color="#000000" face="宋体">最后不妨指出，此MEO-WAVES JOCOS系统与一般
LEO／MEO／GEO系统不同，其容量可按组件方式随业务需求增长而渐进扩充。例如，假设卫星间隔
4°，考虑全部JOCOS跟踪旋转角为540°，单一JOCOS跟踪方式即可有135个轨道位置。此外，又
可设置并联形式JOCOS跟踪卫星配置，例如取并联数为20个，假设按4°间隔垂直跟踪交截赤道平
面，即可有2700个有效的轨道位置可予配置不同的卫星运行系统。假设1GHz有效带宽，并且取双
极化运行，每一轨道位置可10倍频率再利用，则其总带宽可达2700×30GHz=54THz，这一巨大数
值供给下一世纪全球宽带卫星业务。其系统每一电话主线投资成本可与地面线路进行竞争；时延约
100ms左右。

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color="#000000" face="宋体">最后不妨指出，宽带中、低轨道卫星系统的努力还在发展。例
如，除上述Teledesic
LEO系统外，1996年9月4日Motorola公司又宣布其已向FCC申请注册了另一个宽带LEO系统M-
Star，共有72颗卫星，轨道高度约1300km，进行宽带多媒体综合业务运作，传输速率为
384kbit／s～51.84Mbit／s，总吞吐量约7.5Gbit／s，拟共耗资61亿美元。

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窄带和宽中、低轨道卫星系统在未来信息高速公路网络中的地位与作用

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color="#000000" face="宋体">未来LEO／MEO窄带卫星系统的有效窄带信息接入能力衣宽带
卫星系统的传输语音、数据、视频业务等多媒体高质量综合业务信息能力，不仅可作为地面网络的
有效支持补充，且具有地面有线传输媒体、乃至地面无线传输媒体无法匹敌的三维无缝隙覆盖和广
域连接的独特魅力，因此，可以预计它必将在未来信息高速公路中充当重要的角色并发挥卓越的作
用。

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color="#000000" face="宋体">与GEO相比，MEO／LEO卫星通信系统的最大特点为高度低、传
输时延小，并可以较合适仰角覆盖地球包括极区在内的任何角落。此外，它还具有卫星通信独有的
一些重要优点：

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color="#000000" face="宋体">①一般说来，初期投资较省、施工建设较快奏效、资金回收较
快。

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color="#000000" face="宋体">②可搬移性及可移动性。在边缘、复杂地形区域及海上和空中
它是提供可靠移动通信的唯一手段。

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color="#000000" face="宋体">③三维无缝隙覆盖能力，任何手段无法与之匹敌。

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color="#000000" face="宋体">④构成全球网络，实施普遍、有效服务的灵活活性与普遍性。

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color="#000000" face="宋体">⑤任意点对多点以及多点对多点的广域复杂网络的拓扑构成能
力。

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color="#000000" face="宋体">⑥距离不敏感性。

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color="#000000" face="宋体">⑦安全可靠性。可成为抗震救灾、传输媒体应急备份与支援补
充的重要手段。

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color="#000000" face="宋体">因此，由于这些特点、再结合上述窄带、宽带卫星通信系统的
结构与运作能力和未来网络的基本特征，即可理解MEO／LEO窄带、宽带卫星通信这一无线通信重
要手段，必将在未来信息社会与“全球村”中发挥其独特而重要的作用。

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结束语

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color="#000000" face="宋体">MEO／LEO宽带卫星通信系统，以其巧妙构思及独特优点已开
始崭露头角，虽然在实施上依然有不少技术难点与风险，但一下世纪有效地投入运作将毋容置疑。
MEO／LEO窄带、宽带系统的低时延。无疑隙固定／
移动业务覆盖能力必将成为未来信息高速公路建设的重要环节，特别是可补充、支持光纤
网，使之名副其实地实现三维无缝隙全球个人通信。