➢ 适用范围
➢ 中、低轨道卫星移动通信系统的总体规划
一、星座设计及星际链路（续）
卫星星座选择标准
➢ 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
路干扰必须限制在不影响接收的范围内 ➢ 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
一、星座设计及星际链路（续）
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) ➢ 混合轨道星座
星际链路
面内星际链路 面间星际链路 层间星际链路
1
1
极轨道星座 续3
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
极轨道星座续4
波束数/卫星 系统总波束数 波束直径（km） 卫星覆盖区直径（km） 卫星可视时间（min） 多址方式
66+6 780 26864 23937
48+8 1410 25754 21092
48 3168 600 4700 11.1 TDMA/FDMA/TDD
16 768 2254 5850 16.4 CDMA/FDMA/FDD
RAAN
N
N
Walker Delta Constellation
Ballard Rosette Constellation
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座
相邻轨道面邻卫星的相位差概念
Satellite flying direction
Equator
Orbit 1
Orbit 2
ωf
h (km), El=10º 20958.6 10127.1 7562.4 3888.5 3135.5 2738.6 1917.2 1694.4 1550.6 1214.6 1115.3 1044.3 868.0
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
切换技术（续）
基本切换策略
最长覆盖时间切换策略 最短星地距离切换策略
切换策略一般与信道分配策略相结合
四、路由和交换技术
对于采用GSO卫星的系统，路由和交换技术 与地面系统差别不大
对于采用MEO和LEO卫星的系统，分为两种 情况：
无星际链路下的路由和交换：与地面系统类似 ，信关站起到交换中心的作用；
Ellipso系统
✓ BOREALISTM 子系统包含 10颗卫星，分布在2个 倾角为116.6º 的椭圆轨 道上，远地点和近地点 高度分别为7605 km和 633 km
✓ CONCORDIATM 子系统是 一个包含7颗卫星的赤 道轨道平面，轨道高度 为8050 km
星际链路
面内星际链路
➢ 通常，一颗卫星和同一轨道面内位于其前后的各 一颗卫星建立面内星际链路
极轨道星座 续2
➢ 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’
➢ 由于存在逆向飞行现象， 1 星座第一个和最后一个
轨道面间的间隔小于其
1
它相邻轨道面间的间隔， 2
并且该两个面间的卫星
不能建立星际链路
1
1
co-rotating
1
orbits
1
counter rotating
2 Orbits (seam)
ILS NGEO
NGEO
ILISL NGEO
ISL
GEO ILISL
NGEO
NGEO
（c）
（d）
三、切换技术
适用范围：
对于采用GSO卫星的卫星移动通信系统，波束 对地是静止的，切换主要由用户移动引起。由 于卫星波束范围很大，通常认为只有移动速度 很大的终端，如飞机上的机载终端，才存在切 换问题
混合轨道星座
➢ Orbcomm系统 ➢ 3个倾角45º的轨道平面，每轨
道面8颗卫星，轨道高度均为 825 km ➢ 倾角70º和108º的轨道平面各1 个，每轨道面2颗卫星，轨道 高度均为780 km ，轨道面升 交点经度差180º ➢ 1个赤道轨道面，8颗卫星，轨 道高度780 km
混合轨道星座续1
0 120 240 40 160 280 80 200 320
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续3
最优Delta星座
T
P
F
i (º)
5
5
1
43.7
6
6
4
53.1
7
7
5
55.7
8
8
6
61.9
9
9
7
70.2
10
5
2
57.1
11 11
4
53.8
12
3
1
50.7
13 13
5
58.4
14
7
➢ 因为同一轨道面内卫星间的相对运动几乎为零， 因此星际链路天线的指向角是固定的，也无需跟 踪功能
面间星际链路
➢ 由于卫星间存在相对运动，因此星际链路天线的 方位角、仰角以及链路长度都是时变的，因此需 要采用跟踪天线
星际链路（ 续）
层间星际链路
➢ 不同高度轨道平面内的卫星间存在相对运动，使 得层间星际链路会发生重建
Satellite flying direction
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续2
星座标识法 ✓ Delta星座可以用一个3元参数组完整描述
T/P/F
✓ T：星座卫星总数 ✓ P：轨道平面数量 ✓ F：相位因子，取值0到P-1 ✓ 相位因子确定相邻轨道面相邻卫星间的相位差
f
单重全球覆盖星座参数
表 6－4
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 98.4 95.5 66.1 64.3 63.2 48.3 47.6 47.0 38.0 37.7 37.4 31.4
S501 S411
S511
S410 S510
S601 S106 S611 S610
-9-0180S109-150
-120
S309
-90
-60
S509
S209
-30
0
30
S409
60
90
S609
120
150
180
星际链路（续3）
NGEO NGEO
NGEO
GEO
NGEO
NGEO
PSTN
（a）
（b）
NGEO ILSs
➢ 需要采用跟踪天线 ➢ 接入卫星选择策略对层间星际链路的稳定性有很
大的影响
星际链路 续2
90
S603
S304
Intra-orbit ISLs
S504
Inter-orbit ISLs
S203
S403 S104
60
S204
S404
S604
S103
S303
S503
S305
S505
S202
S402
S602
有星际链路的路由和交换：必须具有星上处理 能力，路由算法应适应动态拓扑变化
路由和交换技术（续）
采用星际链路系统中的路由和交换技术
由于是动态拓扑，要求系统采用分组交换技术 需建立卫星和覆盖区域的对应关系
路由和交换技术（续）
一种典型的星际链路动态路由思想：
虚拓扑 拓扑快照 周期循环
Seam
S105
30
0
S107
-30
S108
-60
S205 S306
S206 S307
S207 S308
S208
S405
S605 S102
S506
S406
S606 S101
S507
S407 S508 S607 S111
S408
S608 S110
S302 S201
S301 S211
S311 S210
S310
S502 S401
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
➢ 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
极轨道星座 续1
➢ 卫星覆盖带(Street of Coverage)
素，以适用于近极轨道
倾斜圆轨道星座
倾斜圆轨道星座特征：由高度和倾角相同的圆轨道 组成，轨道面升交点在参考平面内均匀分布，卫星 在每个轨道平面内均匀分布
两类经典设计方法
✓ Walker的Delta星座 ✓ Ballard的玫瑰(Rosette)星座 ✓ 两种方法是等效的
倾斜圆轨道星座续1
倾斜圆轨道星座的命名
4
54.0
15
3
1
53.5
αmin (º) 69.2 66.4 60.3 56.5 54.8 52.2 47.6 47.9 43.8 42.0 42.1