铱星系统网络结构原理

铱星系统网络结构原理
铱星（Iridium）通信系统是美国摩托罗拉公司提出的依靠卫星提供联络的低轨全球个人移动通信系统，使用手持式终端。

由于原设计是布放77颗卫星，按化学元素“铱”的原子序数排列，故取名为铱星通信系统。

后来对原设计进行调整，布放的工作卫星数目改为66颗（另有6颗备用卫星），但仍保留原名称。

铱星系统能够覆盖到全球各个角落，无论在海上、陆地或空中，人们都可以利用铱星系统与任何地区的任何人通话，从而实现了真正意义上的“全球通”。

如果通话距离较远，单个卫星无法完成传递任务，则信号可先通过各个卫星间传递。

其用户主要来自海事、民航、油气钻探、采矿、建筑、林业等部门以及其他一些组织和个人，目前美国国防部是其最大的用户。

1、铱星系统网络结构
铱星系统总体结构与链路关系如图1所示。

图1.铱星系统总体结构与链路关系示意图
（1）空间段
铱星网络的空间段（即星座）由66颗低轨道卫星组成，轨道高度约为780km，卫星重量约700kg，设计寿命一般为5~7年。

这66颗卫星分布在6个极地轨道面上，每个轨道面上有11颗卫星，另外还有1颗备用卫星，保证每个平面至少有1颗卫星覆盖地球。

卫星以大约27000km/h的速度绕地球旋转，运行周期约100min。

每颗卫星与其他四颗卫星交叉链接，两个在同一个轨道面，两个在邻近的轨道面。

铱星星座和铱星外形如图2所示。

图2.铱星星座和铱星外形
（2）地面段
铱星网络的地面段包括系统控制中心站(SCS)、关口站( Gate-way) 和测控站。

SCS有两个，一主一备，任务是控制66颗铱星在轨道的运行位置和星体状态，使每一颗星都保证以正确的姿态飞行在自己应在的轨道和位置，并将卫星的状态数据提供给关口站，从而保证
星与星、星与地之间的正常通信联络。

关口站共有12个，用于连接地面网络系统与铱星系统，并对铱星系统的业务进行管理，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。

测控站有3个，用于完成遥测、跟踪和控制的任务，它们直接与控制中心连接在一起，以调整卫星发射定位及后续轨道的位置。

（3）用户段
铱星系统的用户终端主要是铱星电话，它可向用户提供话音、数据、传真服务，一般是双模工作方式，既可以工作在普通的地面公众移动通信网中,也可以工作在卫星电话模式中。

目前主要有Iridium Extreme、Ir9555、Ir9505A 等几种型号。

其他的铱星用户终端还包括车载式终端和类似寻呼机的消息接收设备(MTD), 如图3所示。

图3.铱星用户终端
2、铱星系统的工作链路
铱星系统的每颗星把星间交叉链路作为联网手段，包括链接同一轨道面内相邻两颗卫星的前视和后视链路，还有四条轨道平面间的链
路。

星间链路使用Ka频段，频率为23.18~23.38GHz，卫星和地球站之间也使用Ka频段，上行频率为29.1~29.3GHz,下行频率为19.4~19.6GHz, Ka频段关口站可支持每颗卫星与多个关口站同时通信。

卫星与用户终端间的链路采用L频段，频率为1616~1626.5MHz。

铱星系统采用FDMA/TDMA混合多址结构, 将10.5MHz带宽的L频段按FDMA方式分成240个信道，每个信道再利用TDMA方式支持4个用户连接。

每颗铱星利用相控阵天线产生48个波束点，分别覆盖48个蜂窝小区，整个系统利用卫星的多点波束将地球的覆盖区分成若干个蜂窝小区，蜂窝的频率分配采用12小区复用方式，每个小区的可用频率为20个。

在使用铱星系统进行通信时，卫星不必覆盖地面关口站，而是通过星际链路将通话信号传送到关口站，关口站再将通话信号发送到地面电话和数据通信网络中。

如果通话是在铱星系统内两个电话之间进行，则不必通过关口站，而直接在卫星之间传送。

3、铱星系统业务
铱星的主要服务对象是那些没有陆地通信线路或手机信号覆盖的地区、信号太弱或超载的地区，以及因重特大灾害事故使常规通信系统遭到破坏的地区，为身处这些地区的用户提供可靠的通信服务，其商业服务市场包括航海、航空、急救、油气开采、林业、矿业、新闻采访等领域。

铱星电话用户除可以和同网内其他用户通话外，也可以和地面公网的固定电话用户、手机用户通话。