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銥星的星間鏈路

銥星系統(tǒng)

銥星系統(tǒng)空間段：由分布在6個(gè)極地圓軌道面的72顆星（6顆備用星）組成。銥系統(tǒng)星座設(shè)計(jì)能保證全球任何地區(qū)在任何時(shí)間至少有一顆衛(wèi)星覆蓋。每個(gè)衛(wèi)星天線可提供960 條話音信道，每個(gè)衛(wèi)星最多能有兩個(gè)天線指向一個(gè)關(guān)口站，因此每個(gè)衛(wèi)星最多能提供1920條話音信道。銥系統(tǒng)衛(wèi)星可向地面投射48個(gè)點(diǎn)波束，以形成48個(gè)相同小區(qū)的網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)小區(qū)的直徑為 689km，48個(gè)點(diǎn)波束組合起來，可以構(gòu)成直徑為4700km的覆蓋區(qū)，銥系統(tǒng)用戶可以看到一顆衛(wèi)星的時(shí)間約為10min。每個(gè)衛(wèi)星有4條星際鏈路，一條為前向，一條為反向，另兩條為交叉連接。星際鏈路速率高達(dá) 25Mbps，在L頻段10.5MHz頻帶內(nèi)按FDMA方式劃分為12個(gè)頻帶，在此基礎(chǔ)上再利用TDMA結(jié)構(gòu)，其幀長為90ms，每幀可支持4個(gè)50kbps用戶連接。

銥星所采用的MF-TDMA（多頻時(shí)分多址）通信體制的話音質(zhì)量不如CDMA（碼分多址）。另外，銥星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率僅有2.4kbps，因此除通話外，只能傳送簡短的電子郵件或慢速的傳真，無法滿足互聯(lián)網(wǎng)的需求。

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銥星的星座（constellation）設(shè)計(jì)可圈可點(diǎn)。它有6個(gè)圓形軌道，軌道傾角86.4°，這樣的軌道傾角僅差4.6°就繞過地球的南北極，軌道面間隔27°，6個(gè)圓軌道上均勻分布66顆衛(wèi)星，每個(gè)軌道再備份1顆衛(wèi)星，在軌一共72顆衛(wèi)星。其中每顆衛(wèi)星都與相鄰4顆衛(wèi)星之間有星際鏈路，這樣就在地球的近地軌道上，編織起來一張無縫覆蓋整個(gè)地球“基站”網(wǎng)絡(luò)。

星座選擇了很好的軌道高度——距離地面780km。

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銥星L頻段相控陣天線對(duì)地覆蓋（英文用一個(gè)形象的詞匯“footprint”，就是“足跡”）。銥星的足跡由48個(gè)波束（Spot-Beam）構(gòu)成。

每個(gè)波束平均覆蓋600km，每個(gè)波束有80個(gè)信道，48個(gè)波束覆蓋4700km，一共有3840個(gè)信道，可以支持幾萬用戶。

銥星軌道面升交點(diǎn)赤經(jīng)值

升交點(diǎn)赤經(jīng)為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的角距。升所謂升交點(diǎn)為衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，與地球赤道面的交點(diǎn)。反之，軌道面與赤道面的另一個(gè)交點(diǎn)稱為降交點(diǎn)。春分點(diǎn)為黃道面與赤道面在天球上的交點(diǎn)。

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升交點(diǎn)赤經(jīng)和軌道傾角

升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω、衛(wèi)星軌道平面傾角i兩個(gè)參數(shù)唯一地確定了衛(wèi)星軌道平面與地球體之間的相對(duì)定向。Ω它是一個(gè)角度量。軌道平面與地球赤道有兩個(gè)交點(diǎn)，衛(wèi)星從南半球穿過赤道到北半球的運(yùn)行弧段稱為升段，這時(shí)穿過赤道的那一點(diǎn)為升交點(diǎn)。相反，衛(wèi)星從北半球到南半球的運(yùn)行弧段稱為降段，相應(yīng)的赤道上的交點(diǎn)為降交點(diǎn)。

在地球繞太陽的公轉(zhuǎn)中，太陽從南半球到北半球時(shí)穿過赤道的點(diǎn)稱為春分點(diǎn)。春分點(diǎn)和升交點(diǎn)對(duì)地心的張角為升交點(diǎn)赤經(jīng),并規(guī)定從春分點(diǎn)逆時(shí)針量到升交點(diǎn)。軌道傾角和升交點(diǎn)赤經(jīng)共同決定軌道平面在空間的方位。

銥星衛(wèi)星的初始平近點(diǎn)角

是軌道上的物體在輔助圓上相對(duì)于中心點(diǎn)的運(yùn)行角度，在測量上不同于其他的近點(diǎn)角。

平近點(diǎn)角與時(shí)間的關(guān)系是線性的。因?yàn)榕c時(shí)間是線性的關(guān)系，因此要計(jì)算在軌道上兩點(diǎn)之間移動(dòng)所需的時(shí)間是非常容易的。

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銥星信號(hào)體制

銥星參數(shù)

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銥星星間鏈路

Ka波段星際鏈路

由于外界沒有大氣吸收、雨雪等帶來的信號(hào)衰減、只有自由空間損耗、有利于選擇更高的頻率進(jìn)行信號(hào)傳輸。Ka和EHF頻段資源豐富、可用帶寬達(dá)幾個(gè)GHz、是理想的寬帶衛(wèi)星通信波段。同時(shí)采用Ka頻段，可以實(shí)現(xiàn)較窄的波束、從而獲得較高的EIRP值、減小發(fā)射端天線尺寸。應(yīng)用在星際鏈路上優(yōu)勢(shì)更加明顯，空間傳播性好、波束窄、能量集中、從而設(shè)備可以做到小型化、輕量化、同時(shí)保密性和抗干擾能力也很好。

銥系統(tǒng)星際鏈路采用23 GHz 、 MILSTART系統(tǒng)星際鏈路采用60 GHz。大氣對(duì)這兩個(gè)頻段的射頻信號(hào)的吸收最大其中水蒸氣對(duì)23.5GHz左右的信號(hào)產(chǎn)生吸收峰值氧氣對(duì)60GHz左右的信號(hào)產(chǎn)生吸收峰值。由于大氣的吸收作用、衛(wèi)星上行和下行鏈路一般不采用該頻段。而星際鏈路的外界環(huán)境是自由空間，沒有大氣的影響。

衛(wèi)星星際鏈路選擇射頻還是光，在某種程度上取決于系統(tǒng)的容量和功耗。一般情況下低速率選擇射頻鏈路，更高速率業(yè)務(wù)選擇光鏈路。
銥星星間鏈路

銥星星間鏈路有4個(gè)天線。天線口徑大約60厘米。增益為36 dBi且輻射方向圖可變的天線。EIRP為38.4dBW.功放大約2dBW，大約1.6W不到2W.

四個(gè)衛(wèi)星間天線以一定角度面向上和面向下連接銥網(wǎng)絡(luò)而不是沿一個(gè)平面水平。星間鏈路天線也呈一定角度其中兩個(gè)仰望，兩個(gè)朝下。

Ka波段星際鏈路

星間距離的變化，要求鏈路傳輸有相應(yīng)的自動(dòng)增益或功率控制，前者通常設(shè)置在接收端，后者位于發(fā)送端。中軌系統(tǒng)的星間距離幾乎不變，而Iridium系統(tǒng)星間距離在4500km～9200km之間擺動(dòng)。

無線星際鏈路，一般工程上可以做到天線指向誤差可以是波束寬度的l/10，這引起的天線指向誤差損耗在0．5dB量級(jí)。星際鏈路天線的噪聲溫度在不考慮太陽時(shí)是10K左右。在實(shí)際應(yīng)用中，天線尺寸可以在1 m～2m的量級(jí)。若考慮60GHz的傳輸頻率，1dB的接收損耗，則接收品質(zhì)因數(shù)G/J的量級(jí)是25dB/K～29dB/K，發(fā)射EIRP的量級(jí)是72dBw～78dBW。對(duì)于0．20 的天線波束寬度(2m天線60GHz時(shí)的天線波束寬度是0．2度)，在每個(gè)衛(wèi)星的接收天線朝向發(fā)射衛(wèi)星方向的精度是0．1度時(shí)，可以捕獲用于跟蹤的信標(biāo)信號(hào)。靜止衛(wèi)星之間的星際鏈路，對(duì)指向不同衛(wèi)星的波束之間也需要頻率復(fù)用?？紤]到衛(wèi)星之間的角度很小，用窄波束天線并減少旁瓣可以避免系統(tǒng)之間的干擾。還考慮到運(yùn)載火箭和技術(shù)兼容性的限制，應(yīng)用在衛(wèi)星上的天線尺寸受到一定限制，所以星際鏈路采用高的頻率是合適的。

編輯：黃飛

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