3
6.1 引言 续2
▪ 地面和卫星移动通信系统的比较
地面移动通信系统
覆盖范围随地面基础设施的建设 而持续增长 多标准，难以全球通用
卫星移动通信系统
易于快速实现大范围的完全 覆盖 全球通用
蜂窝小区小，频率利用率高
频率利用率低
提供足够的链路余量以补偿信号 衰落
适合于人口密度高，业务量密集 的城市环境
14
6.2 卫星星座设计 续9
▪ 极轨道星座
➢ 球冠覆盖条件
(P1)(P1)ccos
φ
(P1)(P1)arccoscocso (s/S)cos
Equator
-φ
15
6.2 卫星星座设计 续10
▪ 极轨道星座
➢ 30º以上单重球冠覆盖星座参数
PS
α(º)
∆1(º)
h (km), El=10º
23
➢ 轨道倾角为固定的90º，因此所有轨道平面在南北 极形成两个交叉点
➢ 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 ➢ 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同
9
6.2 卫星星座设计 续4
▪ 极轨道星座
➢ 卫星覆盖带(Street of Coverage) ➢ 半覆盖宽度
sub-satellite point
47.8
1318.2
5 9 22.6
38.8
1077.8
16
6.2 卫星星座设计 续11
▪ 近极轨道星座
➢ 倾角接近但不等于90º，即80 -100º ➢ 覆盖带设计方法仍然适用 ➢ 极轨道星座的设计方程需要进行扩展，加入倾角因
素，以适用于近极轨道
17
6.2 卫星星座设计 续12
▪ 近极轨道星座
1964 SYNCOM III：第一颗GEO卫星
1965 INTELSAT I：第一颗商用GEO卫星 (Early Bird I)
第一代：模拟技术
1976
第一代移动通信卫星： MARISAT的3颗GEO卫星提供海事通信 服务，舰载站的发射功率为40W，天线为1.2米
1982 Inmarsat-A：第一个海事移动卫星电话系统
▪ 卫星星座类型
➢ 极/近极轨道星座 ➢ 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和
Ballard的Rosette星座) ➢ 共地面轨迹星座 ➢ 赤道轨道星座 ➢ 混合轨道星座
8
6.2 卫星星座设计 续3
▪ 极轨道星座
➢ 在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同 数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度
➢ 仰角要尽可能高 ➢ 传输延时尽可能小 ➢ 星上设备的电能消耗尽可能少 ➢ 如果系统采用星际链路，则面内和面间的星际链路
干扰必须限制在可以接收的范围内 ➢ 对不同国家、不同类型的服务，轨位的分配需要遵
循相应的规章制度 ➢ 多重覆盖问题以支持特定业务(GPS定位)或提供有
QoS保证的业务
7
6.2 卫星星座设计 续2
▪ 极轨道星座
➢ 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’
➢ π星座
➢ 由于存在逆向飞行现象， 1
1
co-rotating orbits
星座第一个和最后一个
1
轨道面间的间隔小于其
它相邻轨道面间的间隔 2
1
counter rotating
2 Orbits (seam)
1
1
1
1
11
6.2 卫星星座设计 续6
c arccos[ cos ] cos( / S)
Satellite flying direction
arccos
h
Re Re
cos
Elmin
/s
c
coverage edge oห้องสมุดไป่ตู้ satellite
式中S是每轨道面的卫星数量
Street of coverage
10
6.2 卫星星座设计 续5
遮蔽效应使得通信链路恶化
适合于低人口密度、业务量 有限的农村环境
5
6.2 卫星星座设计
▪ 卫星星座的定义
➢ 具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的 或互补的轨道上，在共享控制下协同完成一定的任 务
▪ 设计基本出发点
➢ 以最少数量的卫星实现对指定区域的覆盖
6
6.2 卫星星座设计 续1
▪ 卫星星座选择
➢ 近极轨道星座中，顺行和逆行轨道面间的升交点经 度差 1 和 2 分别为
1 arcsin(sin1 /sini)
2
arccos(cos2 cos2 sin2 i
▪ 极轨道星座
➢ 相邻轨道面的几何覆盖关系
顺行轨道面间的升交点经度差
1 c
逆行轨道面间的升交点经度差
2 2c
相邻轨道面相邻卫星间相位差
c
/ S
c 1
Co-rotating orbits
2 / s
cc
2c 2
Counter-rotating orbits
12
6.2 卫星星座设计 续7
64.1
111.8
16549.5
2 4 53.4
103.1
7650.0
2 5 48.1
98.7
5508.3
3 5 39.9
68.4
3373.5
3 6 35.8
66.0
2631.5
3 7 33.3
64.5
2252.6
4 7 28.9
49.6
1692.9
4 8 26.8
48.5
1466.2
4 9 26.3
▪ 极轨道星座
➢ 全球覆盖条件
1 c 2 2c
(P1)1 2 (P1)(P1)c
(P1)(P1)arccoscocso(s/S)
c arccos[ cos ]
cos( / S)
13
6.2 卫星星座设计 续8
▪ 极轨道星座
➢ 单重全球覆盖星座参数
P S α(º) 2 3 66.7 2 4 57.6 2 5 53.2 3 5 42.3 3 6 38.7 3 7 36.5 4 7 30.8 4 8 28.9 4 9 27.6 5 9 24.2 5 10 23.0 5 11 22.2 6 11 19.9
∆1(º) 104.5
h (km), El=10º 20958.6
98.4
10127.1
96.5
7562.4
66.1
3888.5
64.3
3136.5
63.2
2738.6
48.3
1917.2
47.6
1694.4
47.0
1550.6
38.0
1214.6
37.7
1116.3
37.4
1044.3
31.4
868.0
移动卫星通信系统上卫星星座设计
概要
▪ 6.1 引言 ▪ 6.2 卫星星座设计 ▪ 6.3 星际链路 ▪ 6.4 系统体系结构
2
6.1 引言
▪ 卫星移动/宽带通信的发展
起源
1945 Arthur C. Clarke的科学幻想论文：地球外的中继
1957 Sputnik：第一颗人造卫星，前苏联
1960 Echo: 第一颗反射式卫星