铱系统（Iridium）技术介绍（邹锐）

发布: 2010-10-20 00:53 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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铱系统（Iridium）技术介绍（邹锐）
    [摘要]  简要介绍了铱系统的技术特点、系统组成、频率许可、互联互通技术要求、
            卫星发射状况及系统基本情况概览。
    关键词：铱系统频率许可技术要求
1 系统概述
    铱系统（Iridium）是美国摩托罗拉公司（Motorola）于1987年提出的低轨全球个人
卫星移动通信系统，它与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。该系统原设计为
77颗小型卫星，分别围绕7个极地圆轨道运行，因卫星数与铱原子的电子数相同而得名。
后来改为66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行，但仍用原名称。极地圆轨道高度约780km，每
个轨道平面分布11颗在轨运行卫星及1颗备用卫星，每颗卫星约重700kg。
    铱系统卫星有星上处理器和星上交换，并且采用星际链路（星际键路是铱系统有别于
其它卫星移动通信系统的一大特点），因而系统的性能极为先进，但同时也增加了系统的
复杂性，提高了系统的投资费用。
    铱系统市场主要定位于商务旅行者、海事用户、航空用户、紧急援助、边远地区。铱
系统设计的漫游方案除了解决卫星网与地面蜂窝网的漫游外，还解决地面蜂窝网间的跨协
议漫游，这是铱系统有别于其它卫星移动通信系统的又一特点。铱系统除了提供话音业务
外，还提供传真、数据、定位、寻呼等业务。
2 系统组成
    铱系统主要由4部分组成：空间段、系统控制段（SCS）、用户段、关口站段（GW）。
空间段：由分布在6个极地圆轨道面的72颗星（6颗备用星）组成。铱系统星座设计能保证
全球任何地区在任何时间至少有一颗卫星覆盖。铱系统星座网提供手机到关口站的接入信
令链路、关口站到关口站的网路信令链路、关口站到系统控制段的管理链路。每个卫星天
线可提供960条话音信道，每个卫星最多能有两个天线指向一个关口站，因此每个卫星最
多能提供1920条话音信道。铱系统卫星可向地面投射48个点波束，以形成48个相同小区的
网络，每个小区的直径为689km，48个点波束组合起来，可以构成直径为4700km的覆盖区，
铱系统用户可以看到一颗卫星的时间约为10min。铱系统的卫星采用三轴稳定，寿命约5年，
相邻平面上卫星按相反方向运行。每个卫星有4条星际链路，一条为前向，一条为反向，
另两条为交叉连接。星际链路速率高达25Mbps，在L频段10.5MHz频带内按FDMA方式划分为
12个频带，在此基础上再利用TDMA结构，其帧长为90ms，每帧可支持4个50kbps用户连接。
系统控制段（SCS）:SCS是铱系统的控制中心，它提供卫星星座的运行、支持和控制，把卫
星跟踪数据交付给关口站，利用寻呼终端控制器（MTC）进行终端控制。SCS包括三部分：
遥测跟踪控制（TTAC）、操作支持网（OSN）和控制设备（CF）。SCS有三方面功能：空间
操作、网络操作、寻呼终端控制。SCS有两个外部接口，一个接口到关口站，另一个接口
到卫星。用户段：该段指的是使用铱系统业务的用户终端设备，主要包括手持机（ISU）
和寻呼机（MTD），将来也可能包括航空终端、太阳能电话单元、边远地区电话接入单元
等。ISU是铱系统移动电话机，包括两个主要部件：SIM卡及无线电话机，它可向用户提供
话音、数据（2.4kbps）、传真（2.4kbps）。MTD类似于目前市场上的寻呼机，分两种：
数字式和字符式。关口站段：关口站是提供铱系统业务和支持铱系统网络的地面设施。它
提供移动用户、漫游用户的支持和管理，通过PSIN提供铱系统网络到其它电信网的连接。
一个或多个关口站提供每一个铱系统呼叫的建立、保持和拆除，支持寻呼信息的收集和交
付。关口站由以下分系统组成：交换分系统SSS（西门子D900交换机）。地球终端（ET）、
地球终端控制器（ETC）、消息发起控制器（MOC）、关口站管理分系统（GMS）。关口站
有4个外部接口：关口站到卫星，关口站到国际交换中心（ISC），关口站到铱系统商务支
持系统（IBSS），关口站到系统控制段（SC）。
3 频率许可
    铱系统馈线链路使用Ka频段，关口站到卫星上行链路使用29.1～29.3GHz，卫星到关
口站下行链路使用19.4～19.6GHz。铱系统星际链路使用23.18～23.38GHz。铱系统用户链
路使用L频段，用户终端到卫星上行链路使用1621.35～1626.5MHz，卫星到用户终端下行
链路使用1616～1626.5MHz。
    铱系统于1991年向国际电联申请了所需使用的频率，铱系统申请的频率符合WARC-92
会议精神。美国FCC也于1995年向铱系统颁发了频率使用许可证。中国国家无委已于1998
年9月向铱系统颁发了试验许可证。
4 互联互通技术要求
4.1 互网络结构
    铱系统在中国只有一个关口站，设在北京。该关口站与 PSTN的国际局（ISC）相连，
通过PSTN与PLMN连接。
    铱系统关口站采用国际信令网的14位信令点编码，在信令网中采用GT寻址。关口站作
为信令点SP与我国的国际局SP／STP相连。铱系统关口站应具有STP功能。
4.2 编号与拨号方式
   （1）MSISDN号码
    即用户号码，是铱用户作被叫时主叫用户所需拨的号码，长度为12位。
    号码结构： CC＋GE＋SN
    铱系统的虚拟国家码CC：8816及8817
    地缘政治码GE：表示用户的归属国家I1I2I3。中国首先启用533。
    用户号码SN：X1X2X3X4X5。其中 X1=1－6为语音、数据、传真业务，X1=7－9为寻呼
业务， X1＝0保留。
   （2）拨号方式
    铱用户拨叫固定用户或TACS用户：0086XYZPQRABCD
    铱用户拨叫数字移动用户：008613SO H1H2H3ABCD
    PSTN／PLMN用户拨叫铱用户：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5
    铱用户拨叫铱用户：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5
    铱用户拨叫特服业务：0086XYZ1XX
    铱用户拨叫紧急呼叫：待定。
    漫游到铱系统的GSM用户的拨号方式同铱系统用户。
    漫游到GSM的铱系统用户的拨号方式同GSM用户。
   （3）IMSI号码
    号码结构：MCC＋MNC＋HLRID＋X1X2X3X4X5X6X7
    移动国家号码MCC：卫星移动系统的虚拟国家号码为901。
    移动网号MNC：铱系统为03。
    移动用户识别码MSIN：包括HLR ID和用户号码X1X2X3X4X5X6X7，唯一地识别国内铱系
统的用户。其中HLR ID与GE号码一致，X1= 1—4为 8816用户，X1=5为航空， X1=6-8为88
17用户，X1＝9保留。
   （4）MSRN号码
    此号码在铱用户作被叫时选择路由用。中国铱用户的移动用户漫游号码MSRN为GE码等
于668的用户号码。即8816（或8817）668X1X2X3X4X5。
   （5）接入码（AC）
    每个铱系统用户有一个接入码，存于SIM卡中，支持接入过程。铱系统星体（SV）可
以根据接入码确定用户的归属关口站，归属关口站根据接入码将用户接入到拜访关口站。
入码的格式如下：
    中国的CI为460。
    AI为接人识别码，两位数字，确定用户的接入等级，由铱公司控制。AI= 01为8816用
户；AI＝ 02为归属于 GSM的用户；AI＝ 03为归属于IS41的用户；AI＝O4为8817用户。其
它值保留。
    说明：如果SIM卡中无AC码，则视为归属于GSM的用户。
4.3 路由选择原则
    国内非铱系统用户呼叫铱系统用户时，呼叫通过国际局接入铱系统中国关口站，由关
口站在铱系统内通过卫星键路进行路由查询和路由接续。
    中国关口站服务区内的铱系统用户呼叫本服务区内的其它用户，通过国际局进入其它
相应的网络进行接续。
    中国关口站服务区内的铱系统用户呼叫非本服务区国外其它用户，在铱系统中接续到
被叫所在国家服务区的铱关口站。
    中国关口站服务区内的铱系统用户呼叫铱系统用户，通过铱系统关口站进行路由查询
和接续。
    说明：中国关口站服务区包括中国内地、香港、澳门、蒙古。
4.4 接续过程示例
   （1）铱系统用户在卫星模式下工作的接续过程
   （a）铱系统用户呼叫国内 PSTN／TACS用户，拨0086XYZ PQR ABCD
    铱系统用户呼叫PSTN／TACS用户，关口站分析0086后将呼叫接续到国际局 ISC，国际
局再根据长途区号接至当地的长途局TS接续到固定用户或TACS用户。
   （b）铱系统用户呼叫国外固定用户（非中国关口站服务区国家），拨00CCXYZPQRABCD
铱系统用户呼叫国外固定用户，通过关口站GW1采用卫星链路将呼叫接续到被叫用户所属
国家的关口站GW2（若所属国家无关口站，接续到最近的，该国所在服务区的关口站），
通过关口站GW2，接续到该国的PSTN国际局。图中虚线是信令链路，实线是话音链路。
   （C）铱系统用户呼叫港澳蒙PSTN／PLMN用户，拨00CCXYZPQRABD
    铱系统用户呼叫港澳蒙 PSTN／PJMN用户，通过中国关口站GW1将呼叫接续到中国的国
际局（ISC），由国际局进行相应的接续。
   （d）PSTN／PLMN用户呼叫铱系统用户，拨008816533XX2X3X4X5
    用户呼叫铱系统用户，呼叫通过国际局ISC接续到铱系统中国关口站GW1，由关口站进
行路由查询和接续。如果被叫用户是在本关口站登记的，由该关口站直接进行寻呼接续。
如果被叫用户漫游到关口站GW2登记，通过卫星链路将呼叫接续到用户所在的关口站GW2，
并寻呼该用户（图中用虚线表示）。被叫用户应答后，通过卫星链路与被叫用户通话（图
中用实线表示）。
   （e)铱系统用户呼叫铱系统用户，拨008816533X1X2X3X4X5
    铱系统中国关口站对被叫用户进行路由查询。如果被叫用户是在本关口站GW1登记的，
由关口站GW1直接进行寻呼接续。如果被叫用户漫游到关口站GW2，首先GW1通过卫星链路
将呼叫接续到用户所在的关口站GW2，由关口站GW2寻呼该用户（图中用虚线表示）。被叫
用户应答后，主被叫用户直接通过卫星链路（不通过关口站）进行通话（图中用实线表示）
   （f）铱系统用户呼叫GSM用户或CDMA用户，拨0086135SOH1H2H3ABCD
    铱系统用户通过关口站，将呼叫接续到国际局ISC，国际局将呼叫接续到相应的GSM或
CDMA关口局。
   （2）铱系统用户漫游到地面GSM系统时的接续过程
    铱系统用户，如果位置更渐到地面GSM系统，接续过程同GSM用户。只是寻找路由信息
时，需到相应的铱系统HLR查询。这相当于国际漫游。
    铱系统用户做主叫时的接续过程，同GSM用户。
    铱系统用户作被叫时的接续过程如下：
    PSTN／PLMN用户呼叫铱系统用户，拨008816533X1X2X3X4X5，呼叫通过国际局接续到
铱系统中国关口站，关口站经过路由查询，将呼叫接续到用户所在的GSM／MSC。
   （3）GSM用户漫游到铱系统时的接续过程
    GSM用户漫游到铱系统，接续过程同铱系统用户，只是寻找路由信息时，需到相应的
GSM HLR查询。这相当于国际漫游。
5 卫星发射
    铱系统卫星由美国、俄罗斯、中国的火箭发射。自 1997年5月5日美国Delta 2火箭首
发成功以来，至1998年5月，已经全部成功发射完毕72颗卫星，其中有5颗星有问题，但在
轨运行所需的66颗星已毫无问题。中国长征二号丙进行了三次共6颗星的发射，铱系统计
划用中国长征火箭发射11次共22颗星，因此长征火箭将继续为铱系统发射后续星（包括备
用星和需要更换的星）。圆满的卫星发射工作为铱系统开通商业运行提供了必要条件。
6 进度
    铱系统已于1998年5月18日发射完毕在轨运行所需的全部66颗卫星，1998年5月有6个
关口站进行了联调，星与星、星与地以及星与手机之间的试验工作已经完毕，1998年5月
底，泰国、日本、美国三个地方的手机已经成功地进行了通话。铱系统北京关口站从1998
年7月中旬开始安装，到1998年9月11日在中国打通第一个电话。
    铱系统在1998年11月1日宣布在全球投入商业运营。中国铱业务在1999年年中投入商
业运行。
7 系统基本情况概览
7.1 系统组成
    空间段：
    一低轨卫星数：66＋6（备用）
    一轨道高度：780km
    一圆形轨道平面：6
    一每轨道平面卫星数：11＋1（备用）
    一轨道平面倾角：86.4°
    一轨道周期：100min
    一卫星重量：700kg
    一卫星寿命：5年
    一卫星供应商：美国Lockheed－Martin公司地面段：
    一系统控制中心（SCS）：一主一备
    一关口站（Gateway）：全球共有15个，在中国建1个（北京）
    一地面段设备供应商：美国Motorola公司用户段：
    一手持：双模、单模
    一用户终端供应商：美国Motorola公司，日本京瓷公司
7.2 系统特性
    一技术先进、复杂
    一有星上处理器
    一有星际链路，可独立成网
    一提供卫星网和地面蜂窝网的漫游及国际漫游
    一提供地面蜂窝网间的跨协议漫游
    一多址方式：TDMA、FDMA
    一实现无缝切换
    一天线技术：卫星多波束
    一通信时延（包括处理时延和传输时延）：小于210ms
    一全球提供业务时间：1998年11月
    一系统总投资：50亿美元
7.3 关口站容量
    一铱系统北京关口站初期：300条空中信道，容纳3万用户
    一铱系统关口站最大容量：2000条空中信道，容纳20万用户
7.4 业务种类
    一话音
    一数据（传输速率2.4kbps）
    一传真（传输速率2.4kpbs）
    一短信息
    一全球寻呼
    一定位
7.5 覆盖范围
    一全球覆盖
    一由于星际链路的存在，使得每个关口站均可覆盖全球
    一国内全部覆盖
    一用户同时可见卫星数：1～3颗
7.6 使用频率
    一馈线链路：上行Ka频段29.1～29.3GHz；下行Ka频段19.4～19.6GHz
    一用户链路：上行L频段1621.35～1626.5MHz；下行L频段频1616～1626.5MHz
    一铱系统已得到ITU、美国FCC、中国国家无委的频率许可
7.7 编号计划
    一铱系统支持国家编号和GMSS编号。铱系统已向ITU申请GMSS国家码，ITU让四个
系统（Iridium，Odyssey ICO Globalstar）共享三位国家码881，其中分配给Iridi-
um的虚拟国家码为8816、8817。