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全球星系统技术介绍(Globalsar)

2/14/2005
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全球星系统技术介绍(Globalsar) [摘要]简要介绍了全球星系统的技术特点、系统组成、频率计划、太地面公网技术体制、 卫星发射状况及业务开通计划。 关键词:全球星频率计划技术体制 1系统概述 全球星系统是由美国劳拉公司(Loral Cor-poration)和高通公司(Qualcomm)倡 导发起的卫星移动通信系统,全球星有限合伙公司除发起的两家公司外还有: Airtouch、 Alcatel、Alenia、China Telecom、Dacom、Daimler-Benz Aerospac-e、France Telec om。Hyundai、Vodafone、Elascom。 全球星系统用48颗绕地球运行的低轨道卫星在全球范围(不包括南北极)向用户提供 无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务,业务包括话音、传真、数据、短信息、定位等 。用户可使用双模式手持机,双模式手持机既可工作在地面蜂窝通信模式(即目前手持机 的工作模式),也可工作在卫星通信模式(在地面蜂窝网覆盖不到的地方)。这样,用户 一机在手,可实现全球范围内任何地点、任何个人在任何时间与任何人以任何方式通信, 即所谓的全球个人通信。 全球星系统采用低轨卫星通信技术和CD-MA技术,能确保良好的话音质量,增加通话 的保密性和安全性,且用户感觉不到时延。连贯的多重覆盖和路径分集接收使全球星系统 在有可能产生信号遮挡的地区提供不间断服务。 全球星系统是一种非迂回网络,它对当前现存系统的本地、长途、公用和专用电信网 络是一种延伸、补充和加强,而不是与它们竞争。 全球星系统没有星际链路,无需星上处理,从而大大降低了系统投资费用,而且避免 了许多技术风险。当然,星体设计的简单使得系统必须建很多关口站,在全球需建1O0至 150座。2系统组成 全球星系统组成如图1所示,主要由三部分组成:空间段、地面段、用户段。 2.1空间段 由 48颗卫星加8颗备份星组成。这些卫星分布在8个倾角为52度的圆形轨道平面上,每 个轨道平面6颗卫星,另有1 颗备用星。轨道高度约为1414km,传输时延和处理时延小于 300ms,因此,用户感觉不到时延。整个系统的覆盖区为南北纬70度以内的地区。各个服务 区总是被2~4颗卫星覆盖,用户可随时接入该系统。每颗卫星能够与用户保持17min的连通, 然后通过软切换转到另一颗卫星,用户感觉不到切换。卫星采用三轴稳定,轨道周期为114 min,寿命为7.5年,星体重量约450kg。每颗卫星输出功率约为1000W,有16个点波束,2800 个双工话音信道或数据信道,总共有268800信道。话音传输速率有2.4/4.8/9.6kbps三种, 数据传输速率为7.2kbps(持续流量)。卫星采用码分多址方式(CDMA),码元带宽为1.23 MHZ。卫星定位精度最高可达300m。卫星制造商为美国劳拉公司。 2.2地面段 该段包括全球星控制中心(NCC)和关口站(GW)。全球星系统的一主一备NCC自责管 理全球星系统的地面接续,即管理关口站、数据网,并监视48颗卫星的运行情况。NCC包括 地面操作控制中心(GOCC)、卫星操作控制中心(SOCC)和发射控制设施(TCF)。 GOCC是管理全球星系统的地面单元,执行网络计划,分配信道使用资源,管理用户计 费帐单。SOCC管理和控制卫星发射的工作以及通过无线电通信了解卫星在轨道上的工作情 况,控制卫星的轨道操作。 关口站(GW)是指设置在全球各地的地面站,每一个关口站可与3颗卫星通信,它承担 转接全球星系统和地面公网(PSTN/PLMN)的任务。它把来自不同卫星或同一卫星的不同 数据流信号组合在一起,以提供无缝隙的覆盖。它把卫星网和地面公网连接起来,每一个 用户终端可通过一颗或几颗卫星(利用CDMA的分集接收技术)和一个关口站实现与全球任 何地区的通信。关口站包括射频分系统、CDMA分系统、管理分系统、交换分系统(包括GSM MSC和IS41 MSC)、遥测控制单元(TCU,只有承担卫星测控功能的4个预生产关口站才有此 单元人全球星数据网(GDN)把GW、GOCC。SOCC连接起来。 全球星关口站的起始跟踪仰角为10度,其最大覆盖半径为2000km,在中国建三个关口 站即可覆盖全国。三个关口站的最佳建站地址为北京、广州、兰州。关口站的空中信道最 少为80条,最大为1000条;用户容量最小为1万,最大为10万,三个关口站最终可容纳30万 用户。全球星关口站的系统集成商为高通公司。 2.3用户段 该段指的是使用全球星系统业务的用户终端设备,包括手持式、车载式和固定式。手 持式终端有三种模式:全球星单模,全球星/GSM双模、全球星/CDMA/AMPS三模。手持机 包括两个主要部件:SIM卡/SM卡及无线电话机;车载终端包括一个手持机和一个卡式适配 器;固定终端包括射频单元(RFU)、连接设备和电话机,它有住宅电话、付费电话和模拟 中继三种。用户终端可提供话音、数据(7.2kbps)、三类传真、定位、短信息等业务。 用户终端生产商包括美国的高通、瑞典的爱立信(Ericsson)、意大利的Telital。前 者生产基于CDMA的产品,后两者生产基于GSM的产品。手机尺寸略大于现有地面蜂窝手机, 通话时间和待机时间与现有地面蜂窝手机相当。 3 频率计划 3.1 频率计划及卫星波束配置 全球星系统馈线链路使用C频段,关口站到卫星上行链路使用5091~5250MHz,卫星到 关口站下行链路使用6875~7055MHz。 全球星系统用户链路使用L、S频段,用户终端到卫星上行链路使用1610~1626.5MHZ, 卫星到用户终端下行链路使用2483.5~25OOMHz。 卫星L频段和S频段天线均由16个波束组成,其波束配置如图3所示。 L频段和S频段的频道间隔为1.23MHZ,具体划分如图4所示。 3.2 频率许可 全球星系统于1991年向国际电联申请了所需使用的频率。在1992年世界无线电行政大 会(WARC92)上将原分配给卫星无线电测定业务(RDSS)主用的频率重新分配给卫星移动 业务(MSS)主用,RDSS退为次用。国际电联(ITU)分别在1994年11月8日和1997年6月10 日的频率周报上公布了全球星系统申请的业务链路频率和馈线链路频率。 由于有3~4个以美国为首的MSS系统均使用1610~1626.45MHz,美国FCC对这16.5MHz 的频率作了如下划分:采用CDMA体制的系统共享1610~1621.35MHZ,采用TDMA体制的系统 (即铱系统)使用1621.35~1626.5MHz。 中国国家无委在1998年9月给在中国运营全球星系统的运营商发了全球星系统试验许 可证。 4入地面会同技术体制 4.1网络结构 4.1.1全球星网与 PSTN/PLMN的连接 为了覆盖全国,全球星网在北京、广州、兰州分别设置三个关口站。每个关口站应包 括GSM MSC、IS41 MSC,并具有支持 GSM/MAP的HLR和支持IS41的HLR。 全球星关口站通过PSTN的关口局与PSTN相连,通过PLMN的关口局与PLMN(包括GSM和 CDMA)相连。 4.1.2信令网结构 全球星关口站的GSM/MSC/VLR、IS41/MSC/VLR、 GSM/HLR、 IS41/HLR等均为信 令点(SP)。每个SP点分别连接到PLMN的两个HSTP或LSTP。关口站应具有信令转接(STP) 功能。 对于MSc/VLR,HLR在信令网中采用GT寻址。SPC采用24bits编码,遵循我国七号信令网 的信令点统一编码。 4.2编号、拨号 4.2.IMSISDN号码 此号码就是常说的“用户号码”,即全球星用户作被叫时,主叫用户所需拨的号码。 其号码结构为: CC:国家码,我国为86。 NDC+ SN为国内有效移动用户号码,是11位数字的等长号码(我国从1999年7月22日 统一将数字移动用户号码升为11位): N1N2N3N4H1H2H3ABCD 其中网络号码 NDC(N1 N2 N3 N4)采用1349; HLR识别号H1H2H3,H1H2分配如下表所示,H3由关口站运营者自行分配。 4.2.2拨号 全球星用户拨固定用户或TACS用户:OXYZPQRABCD 全球星用户拨GSM用户或CDMA用户:13SOH1H2H3ABCD,S=0-3,5-9 固定用户或TACS用户拨全球星用户:01349H1H2H3ABCD GSM用户或CDMA用户拨全球星用户:1349 H1H2H3ABCD 全球星用户拨待服业务:OXYZ1XX 4.2.3国际移动用户识别码(IMSI) 为了在无线路径和整个GSM移动通信网上正确地识别某个移动用户,就必须给移动用 户分配一个特定的识别码。这个识别码称为国际移动用户识别码(IMSI),用于GSM移动 通信网所有信令中,存储在客户识别模块(SIM)。HLR、VLR中。 IMSI号码结构为: MCC一移动国际号码,由3位数字组成,唯一地识别移动用户所属的国家。我国为460。 MNC= 移动网号,由2位数字组成,用于识别移动用户所属的移动网。信息产业部给 全球星分配的是04。 MSIN= 移动用户识别码,由等长的10位数字组成。全球星为49 H1H2H3ABCDE。 4.2.4移动用户漫游号码(MSRN) 当移动用户作被叫时,为了进行路由选择,MSC/VLR临时给移动用户分配一个号码, 即移动用户漫游号码MSRN它是NDC后第一位为0的用户号码,即13490M1M2M3ABC。M1M2M3 为MSC号码,M1M2 的分配同H1H2。的分配。 4.3路由计划 4.3.1优先权 单模用户仅可接入全球星网。多模用户既可接入全球星网又可接入地面移动通信网。 采用多模移动终端时,用户可以选择自动接入方式或手动接入方式。在自动接入方式 下,可优先接入地面网,当用户所处地没有地面网或地面网无信道可用时,可自动接入卫 星网。在手动接入方式下,移动用户可以自选优先接入地面网或全球星网。 4.3.2路由选择原则 固定用户或PLMN用户呼叫全球星用户,接续到就近的全球星关口站查询路由进行接续 。全球星用户呼叫固定用户,就近进入固定网,由固定网进行接续。全球星用户呼叫PLMN 用户,就近进入PLMN网,由PLMN网进行接续。 4.4接续过程 全球星单模用户的接续过程与全球星多模用户没有漫游出全球星网的接续过程相同。 全球星用户漫游到PLMN网中,作主叫的接续过程同PLMN用户作主叫的接续过程。 以下是接续过程举例: A、全球星用户呼叫固定用户或TACS用户,拨OXYZPQRABCD:如果全球星用户位置更新在 全球星网中,全球星关口站GS/ GW将呼叫接续到 PSTN关口局,由 PSTN关口局分析XYZ在 PSTN网中接续。 B、固定用户或TACS用户呼叫全球星用户,拨o1349H1H2H3ABCD:Ls将呼叫通过PsTN关口局 接续到就近的全球星关口站GS/GW1,关口站分析H1H2H3。号码,到相应的HLR查询移动用 户的路由清思,根据用户的不问位置进行接续。 (1)如果被叫用户位置更新在GS/GW1,直接寻呼该用户完全相应的接续。 (2)如果被叫用户位置更新在GS/GW2,通过专用直达线路将呼叫接续到服务GS/GW2。 (3)如果被叫用户漫游到PLMN网中,则将呼叫接续到PLMN关口局。 C、全球星用户呼叫全球星用户,拨 1349H1H2H3ABCD:始发 GS/GW1在全球星网中查询用户的路由信息。根据用户的不同位置 进行接续。 (1)主被叫用户在同一关口站,接续在该关口站完成。 (2)主被叫用户不在同一关口站,在全球星网中查询路由,通过直达线路将呼叫接续 到服务 GS/GW2。 (3)若被叫用户漫游到PLMN网中,将呼叫接续到就近的PLMN关口局,在PLMN网中接续。 D、全球星用户呼叫 PLMN用户,拨13SOH1H2H3ABCD:全球星关口站GS/GW将呼叫接续到就 近的PLMN关口局,PLMN关口局在移动网中查询被叫用户的路由信息,在PLMN网中选择路由, 将呼叫接续到服务MSC。 E、PLMN用户呼叫全球星用户,拨1349H1H2H3ABCD: PLMN/MSC将呼叫接续到就近的全球星 关口站GS/GW1,关口站分析H1H2H3号码,到相应的HLR查询移动用户的路由信息,根据用 户的不同位置进行接续。 (1)如果被叫用户位置更新在GS/GWI,直接寻呼该用户完成相应的接续。 (2)如果被叫用户位置更新在GS/GW2,通过直达线路将呼叫接续到GS/GW2。 (3)如果被叫用户漫游到PLMN网2中,将呼叫接续到就近的PLMN2的关口局。 5进展及计划 全球星系统进展基本顺利,一主一备的GOCC和5OCC运转正常,全球关口站建设也比较 顺利,手机生产也按照商业计划进行,虽然卫星发射受到一定影响,但今年多次成功发射 已为今年三季度末开通初始业务提供了保障。 5.1卫星发射 全球星系统计划由美国、乌克兰、俄罗斯的火箭发射卫星。全球星在1998年2月和4月 利用美国Delta 2火箭成功地进行了两次发射,但在1998年9月用乌克兰Zenit火箭发射12 颗星失败,全球星对发射计划作了全面调整。调整后计划在1999年进行11次发射,发射44 颗星,2000年~季度再发射4颗星。今年已成功地进行了三次发射,现有20颗星在轨作测试 运行。全球星计划在1999年第三季度末业务开通时将有至少32颗卫星在轨。 5.2关口站建设 全球星系统首批4个带遥测控制单元(TCU)的预生产关口站已全部安装调测完毕,与 卫星进行的各种测试都合格。全球星公司已向Qualcomm公司订购了38个关口站,其中北京 关口站是第一个正式生产的关口站。 全球星公司计划在1999年第三季度未完成包括中国在内的9个国家关口站的验收并提供 初始业务,到1999年底有16个国家的关口站运行,向世界 45%的人口提供业务。 计划在中国建造的3个关口站,北京关口站建设进展顺利,今年6月进行全网调测。广 州关口站、兰州关口站正加紧建设,预计分别在今年3季度和2000年初具备装机条件。 5.3业务开通 1989年9月,全球星在巴黎利用在轨的8颗卫星打通了全球星系统的第一个电话,话音 质量优于现有地面蜂窝网。到目前为止,全球星已与125个国家签署了服务供应商协议,已 在32个国家取得全球星卫星业务许可。因此,全球星雄心勃勃地计划在今年三季度末提供 初始业务,今年底全面提供业务。我国用户在半年之内将能享受到价廉质优的全球星服务。