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铱系统(Iridium)技术介绍(邹锐)

2/14/2005
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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。