中轨道卫星移动通信系统(middle earth orbit satellite mobile communicationsystem )由轨道高度在5 000~15000 km的卫星群(星座)构成的移动通信系统。由于轨道高度的降低,可减弱高轨道卫星通信的缺点,并能够为用户提供体积、重量、功率较小的移动终端设备。用较少数目的中轨道卫星即可构成全球覆盖的移动通信系统。中轨道卫星系统为非同步卫星系统,由于卫星相对地面用户的运动,用户与一颗卫星能够保持通信的时间约为100min。卫星与用户之间的链路多採用L波段或S波段,卫星与关口站之间的链路可採用C波段或Ka 波段。
基本介绍
- 中文名:中轨道卫星移动通信系统
- 外文名:middle earth orbit satellite mobile communicationsystem
- 英文缩写:MEO
系统概述
有代表性的中轨道(MEO)卫星移动系统主要有国际海事卫星组织的ICO(INMARSAT-P)、TRW空间技术集团公司的Odyssey(奥德赛)和欧洲宇航局开发的MAGSS-14等,ICO系统是一个典型的MEO卫星移动通信系统。
ICO系统最初有低、中、静止轨道三种方案供论证,最终选择了MEO方案,即所谓ICO(中圆轨道)方案。该系统的运行目的是利用卫星向全球用户提供手机卫星移动通信,实现与地面公网相连通的数字语音、寻呼、传真、数据、多元化电文信息以及定位等多种业务。
系统组成
ICO系统主要由3部分组成:空间段、地面段、用户终端。ICO系统结构见图1。
图1 ICO系统网路结构图

空间段
空间段由12颗中轨道卫星(包括2颗备用星)、6个跟蹤和测控站(TT&C)、1个卫星操作控制中心(SCC)、1个卫星网路控制站(NCS)等组成。
这些卫星均匀分布在离地球表面10 355km高度的两个正交中圆轨道平面上,每个轨道平面上有5颗卫星和1颗备用星,轨道面倾角为45°。ICO卫星的重量为2 000kg,寿命大约为12年,卫星採用新材料的太阳能阵列电池,能提供6kW以上的功率。每颗卫星有163个点波束,至少能支持4 500个语音信道,分布在大约750个载波上,採用TDMA多址技术。每颗卫星应能保证整个系统每年支持24亿分钟的通话量。
跟蹤和测控站通过跟蹤卫星的运动和调整卫星的轨道,维持星座分布,实现管理ICO卫星系统。该站还通过收集卫星的电源电压、电流、温度、稳定性和其他运行特性的数据,并把这些数据转发到卫星操作控制中心进行处理和作出反应,从而监测卫星的全面状况。而且该站还可在任何一颗卫星出现故障时,操纵卫星,重新调整卫星星座。
卫星网路控制站通过跟蹤和测控站与卫星接续枢纽站的工作,控制卫星上的馈线和业务天线间的转发器连线。这一过程支配着馈线链路波束内的频率的重新配置以及高、低业务量点波束间的最佳信道分配。
地面段
地面段包括关口站和卫星联繫地面网ICONET网。ICONET网具有12个卫星接入节点(SAN,Satellite Access Node),有规则地分布在世界各大洲,通过专用地面链路连线,具有相互备份及覆盖全球的能力。SAN由多天线业务链路地球站、有路由定址功能的交换机、访问位置暂存器(VLR)、移动管理资料库、SAN互联以及与关口站、公众网和地面移动网互联的链路和接口设备等组成。12个SAN共享存储用户注册信息的用户位置归属暂存器(HLR)。SAN通过关口站实现与公用电话网、分组交换数据网和公共陆地移动网的连线。关口站分设于各国或地区。关口站设备包括一系列智慧型交换机、提供增值业务的服务设备以及与ICO系统的接口(用于用户登记、注册、计算、网路维护、信息交流等功能)。
12座SAN站由投资者公开竞标,中国竞标1座。其他SAN站分别位于:澳大利亚、巴西、智利、德国、印度、马来西亚、韩国、墨西哥、南非、阿联和美国。
用户终端段
ICO用户终端包括手机、车载、航空、船舶等终端以及半固定和固定终端。手机为双模手机,可自动选择卫星或地面操作模式,也可由用户根据现有的卫星和地面系统可利用的程度及用户的意愿进行选择,其手机与当前地面蜂窝系统手机在体积、外观和话音质量方面都非常相似。ICO双模手机可提供GSM/ICO、CDMA/ICO、DAMPS/ICO、PDC/ICO业务,除语音外,还提供数据通道、电文、寻呼、传真、定位。
工作频率
ICO系统馈线链路使用C频段,关口站到卫星上行链路使用5GHz,卫星到关口站下行链路的使用7GHz。
ICO系统用户链路使用S频段,用户终端到卫星上行链路使用1 980~2 010MHz,卫星到用户终端下行链路使用2 170~2 200MHz。
最新进展
1997年,TRW公司放弃Odyssey系统的发展,加盟ICO公司。1999年8月,ICO公司几次融资失败,申请破产保护。1999年11月,世界电信界两大富豪—美国Teledesic公司董事长Craig O.McCaw先生和印度Subhash Chandra先生向ICO公司投资12亿美元。ICO公司于2000年5月宣布走出破产保护,更名为新ICO公司(New ICO),与McCaw先生的Teledesic公司合併为ICO-Teledesic控股公司,新ICO公司和Teledesic公司均为其子公司。
新ICO公司基本採用原ICO系统设计思想,系统结构没有重大改变,只是地面段部分由原来12座地面站(SAN站)增加到13座,新增加的一座在俄罗斯。
2001年,ICO-Teledesic公司又与採用中椭圆轨道卫星的Ellipso公司达成合作协定,在卫星传输语音、数据业务领域进行合作,这项合作协定将使两家公司结成战略联盟并有可能最终进行全面合併。
典型举例
典型的中轨道卫星移动通信系统有:Inmarsat-P,Odyssey,MAGSS-14等。其中,国际海事卫星组织的Inmarsat-P,採用4颗同步轨道卫星和12颗高度为10 000 km中轨道卫星相结合的方案。TRW空间技术集团公司的 Odyssey系统是由分布在高度为10 000 km的3个倾角为55°轨道上的12颗卫星组成。欧洲宇航局的MAGSS-14系统是由分布在高度为10 354 krn的7个倾角为56°轨道上的14颗卫星组成。
奥德赛系统
Odyssey(奥德赛)系统由TRW空间技术集团公司推出。它由12颗高度约为10000KM的卫星分布在倾角55°的3个轨道平面上构成的,使用L/S/Ka频段,每颗卫星具有19个波束,总容量为2800个话路,系统可以为100个用户提供一条电路,12颗卫星可在全球範围内为280万用户提供服务。系统建设费用约为27亿美元,卫星设计寿命为12~15年,当时预计1997年投入使用。Inmarsat-P系统(第三代国际海事卫星)是国际海事卫星组织制定的称为“Project_21”计画,当时準备九十年代后期耗资10亿美元建造一个全新结构的21世纪全球个人卫星移动通信系统。第一、第二代海事卫星只使用静止轨道卫星,只能覆盖地球纬度70°以上的区域。第三代海事卫星採用同步和中轨道卫星结合的方案,它採用的4颗同步卫星,有超过10米的大天线,并有星上处理功能,可以实现手持机之间的通信。中轨道部分由12颗高度约为10000KM的卫星构成,也有星上处理功能。系统服务目标是在服务区的各种环境条件下,90%的情况下能看到卫星,此时利用0.25~0.4W发射功率的手持机,通信可靠度为95%,手持机尺寸为 ,重约为300克,零售价约为1500美元,系统总投资约为25亿。Inmarsat-P的合作伙伴有Comsat、Hughes、Matra、Marcom、Nokia、Ericssion、NEC等等,当时预计1998~2000年收入使用,寿命为11年,电话费每分钟为2美元,
MAGSS-14系统
MAGSS-14系统是欧洲宇航局开发的中轨道全球卫星移动通信系统。它由14颗卫星组成,卫星高度为10354公里,分布在7个轨道平面上,轨道倾角为28.5°。在这个高度上,卫星沿轨道旋转一周的时间为四分之一个恆星日(23小时56分)。这个谐率使得卫星的地面轨道每天重複,为动态星座(DSC)提供了一些有用的网路覆盖特性。当用户仰角为28.5°的时候,最大倾斜路径为12500KM,由此可以推算出来的卫星覆盖区半径为4650KM。卫星运动使得一个地球站与一颗星的平均可见时间长达100min。每颗星有37个波束,可以覆盖全球。下面,我们将向您介绍几种典型的中轨道卫星系统,鑒于Inmarsat-P系统在前面已经有介绍,所以在这里我们重点介绍Odyssey(奥德赛)系统。