发信人: arclight (还是得干活), 信区: CRC
标  题: 卫星通信系统星间链路
发信站: 紫 丁 香 (Mon Jun 28 15:22:47 1999), 转信



星间链路一般被认为是多波束卫星的一种特殊的波束，该波束
并不指向地球而是指向其他的卫星。对于卫星之间的双向通信，
一般需要两个天线波束，一个用于发送信息，另一个用于接收。
卫星网络互联本身就含有卫星之间的互联和卫星与地面站之间
的互联。卫星之间的星间链路可以分为以下三种情况：

地球静止卫星之间的星间链路（GEO-GEO）；
低轨道卫星之间的星间链路（LEO-LEO）；
地球静止卫星同低轨道卫星之间的星间链路（GEO-
LEO），又可以称为轨道间链路（IOL）。
二、不同形式的星间链路的简要分析
1、(GEO-GEO)星间链路
 
(a)  单颗卫星通信网络
 
(b)  双颗卫星通信网络，地面站必须拥有两个天线系统
 
(c)  有星间链路的双颗卫星通信网络，仅一个主站有两个天线
 
(d)  交互式的双颗卫星通信网络
图1  GEO卫星星间链路的必要性
    首先，GEO-GEO星间链路可以提高卫星通信系统的通信容量。考
虑一个如图1所示的多波束卫星网络，其中的卫星使用了三个波束进
行通信。假设业务上的需求增加了，并超过了卫星的通信容量，解
决这个问题的办法有两个：一个是发射一个容量更大的卫星，独立
工作并接替现存卫星的全部的工作；另一个方法是发射一个容量较
小的卫星，它同现存的卫星一起完成系统的全部通信任务。图中，
(a)表示只有一颗卫星的情形；(b)是拥有两颗卫星的情形，由于不存
在星间链路，因此每个地球站都需要有两个天线系统，同时每个地
球站都必须具备信息交换的能力；(c)卫星通信系统具有两颗卫星，
由于具有星间链路，所以只需要一个地面站装备两个天线，其余的
地面站只需要一个天线即可；(d)是具有星间链路的两颗卫星的通信
系统，同时每个地面站只需要拥有两个天线由于通信，信号由卫星
进行处理和交换发往目的地址，因此地面站的设备得以简化而且两
颗卫星的通信容量均得到充分的利用。
    通过以上系统结构的比较，显然(a)意味着较大的风险，诸如通信
系统研制费用的昂贵和需要使用有效载荷很大的运载工具，因此并
不是改善卫星通信系统容量的首选方案。(b)则需要地球站配备复杂
的设备进行信号的交换，系统的投资费用随着地球站的不断增多而
迅速增大。(c)实际上并没有充分利用第二颗卫星的容量，而且对第
一颗卫星的要求很高，所以并没有起到增容的效果。(d)在很大程度
上降低了工程实施的难度和费用，但是需要在发射卫星的时候有长
远的规划，同时为了避免通信过程中的信号干扰，两颗通信卫星的
轨道位置之间必须保证足够大的空间距离。
    当GEO卫星之间存在星间链路时，在相同的覆盖情况下，可以极
大的提高系统的通信容量；在覆盖不同的区域时，可以大大地增加
通信覆盖的面积；同时可以提高地面站的最小仰角，提高通信的质
量；还可以减少对卫星轨道位置的限制和建立全球的卫星通信网
络。
2、(GEO-LEO)星间链路
    由于各种经济和政治原因，不可能为每一个卫星通信系统建立一
个地面站网络使得每一颗迅速通过的LEO卫星都能够同一个地面站
相通信。因此一颗或多颗GEO卫星用于联系地面站和LEO卫星，起
到中继的作用，成为LEO卫星和地面站之间通信的桥梁。
    同时，利用GEO-LEO星间链路还可以构成航天器的跟踪与通信支
持网络，具备同时为多个航天器提供服务的能力；可以能为航天器
提供全天候，全轨道的连续跟踪，测轨和测姿。以往的航天器跟踪
与通信系统多是以陆基为基础的，以美国为代表，其科研人员花了
20多年的时间建立了以陆地为基础的各种跟踪与通信系统，虽然起
到了一定的作用，但实践证明，陆基支持系统的覆盖率最大只能获
得15%，而且需要复杂的地面通信网的支持以满足航天技术的飞速
发展。而在建立了星间链路的情况下，GEO卫星相当于把地面测控
站搬移到空间地球静止轨道上，居高临下，一颗卫星就可观察到大
部分近地空域飞行的航天器，两颗卫星适当配置组网，可基本覆盖
整个中，低轨道的空域。
 
图2  GEO-LEO星间链路示意图
3、(LEO-LEO)星间链路
    LEO卫星的优点和地球静止轨道的拥挤使得LEO卫星通信系统成
为未来卫星通信的一个重要的趋势。但是LEO有两个相互联系的缺
点：一个是单颗卫星的覆盖范围很小：另一个是单颗卫星的通信时
间很短。利用LEO卫星之间的星间链路可以弥补这两个缺点，例
如：Motorola公司的铱卫星移动通信系统。
三、星间链路的频率选择
    卫星通信系统星间链路的频带主要分为两个大的组成部分，一部
分是处于无线电的频带之内；另一部分处于光学部分。表1给出了世
界无线电大会分配给星间链路的主要频带范围，这些频段一般属于
那些受大气吸收衰减严重的部分并与陆地通信的频段不同以避免不
同通信系统之间的同频干扰。
           表1 星间链路的频带
 22.55-23.55GHz
无线电频率 32-33GHz
( Radio 54.25-58.2GHz
Communications 59-64GHz
Regulations, 116-134GHz
1986 ) 170-182GHz
 185-190GHz
 0.8-0.9 micron (ALGaAs laser diode)
光   学 1.06 micron (Nd: YAG laser diode)
频   段 0.532 micron (Nd: YAG laser diode)
 10.6 micron (CO2 laser)
     表2  目前研制的激光通信设备的激光波长
 LEO-GEO LEO-LEO LEO-Ground
美  国 850 nm 850 nm 534 nm
 日  本  800 nm 808 nm (探测信标) 825 nm (上行链路) 853 nm (下行链路)  514 nm
 欧  洲  800 nm 801 nm (探测信标) 819 nm (上行链路) 847 nm (下行链路)  534 nm
    由于卫星通信系统正朝着小卫星通信系统的方向发展，卫星的星
间链路通信装置不能重量很大，因此目前星间链路的主要趋势是使
用各种激光作为通信的媒质。表1同时还给出了星间链路使用的激光
通信一般应用的波长范围，一般随产生激光的光学器件的不同而不
同。表2是目前研制的激光通信设备的激光波长，从表2中可以看
出，各国对于星间链路的波长选择均在800 nm左右。在光学频段
中，前三种光波均是由半导体构成的激光器发出的，后者是由CO2
激光器产生的。由于CO2激光器的体积和重量均较大，所以在星间
链路的实验与设计中并不采用。欧空局利用固体激光器件研制的光
学用户终端的质量仅为25kg，耗电不超过40W；目前正在研制中的
甚小型光学用户终端质量只有10kg，耗电量仅为20W左右。


--
※ 来源:．紫 丁 香 bbs.hit.edu.cn．[FROM: sys03.hit.edu.cn]