摘要:VLSI的广泛使用使得“铱”卫星系统的体积和价格实用化。专用集成电路(ASIC)新工艺的使用使开发周期缩短一半,同时使每块ASIC的门数增加4倍。
导论
该系统的最初构想是77颗卫星围绕地球,类似于铱原子中77个电子围绕原子核。在随后的几年中,由于考虑体积、重量、性能和商业利益,制定了目前的使用66颗卫星的设计方案。卫星网络是通过交叉骨干线路(cross-ostlink)连接起来,并与系统控制设备,网关和用户相连。系统的名字仍叫“铱”。
星座
用一轨道卫星网络提供全球覆盖,我们把这一网络称为星座”,类似于星空中的星座。能提供全球覆盖所需卫星的晟少数量取决于卫星的高度选择。高度越高,所需卫星数目越少,因为卫星能“看到地球上更大的范围。事实上,如果高度增加到地球静止轨遭卫星的高度(35786km)只需3颗卫星就够了。但是,卫星数目少了,为满足通信容量和线路性能,卫星的复杂度和体积都要增加。
一般来说,高度越低,需要卫星数较多,但卫星比较简单。然而,卫星发射费用和后勤保障费用就高。而且高度越低空气密度就越大,这就降低了轨道卫星的寿命。
在考虑了商业利益并优化后,我们选择了轨道高度为780km,66颗卫星分布在6个地轴平面上,每个平面包含n颗卫星。铱星座示意图(略)。
六个轨道上的卫基在接近地轴舯将汇合,它们的光束”也将重叠。有些光束”将关闭,以减少重叠和节约能量。
这些卫星通过23GHz的交叉线路组成网络,可以进行中继。每颗卫星有4条交叉线路,可以与同一轨道平面内前一颗和后一颗卫星通信,也可以与相临运行轨道上最近的一颗卫星通信。
这些卫星很小,每颗重仅700kg。计触在生产线上装配这些卫星,66颗卫星的网络将于1998年建成并投入使用。
系统控制设备
显然,需要对卫星进行地面控制。这将由系统控制设备(SCF)完成,这些设备跟踪每颗卫星的遥测和高度控制信息,以使卫星保持在轨道的一定范围内,同时监视电器设备/电源和其它辅助系统,以达到管理星座的目的。这些设施也管理通信网络,如果某一节点出了问题,就通知卫星,以便重接这一通话。还设计成在两个不同地方分别建立两套系统控制设备,以确保连续工作。
网关
网关通过其中的交换机和其它接口电路把“铱”网络与全世界的PSTN连接起来。通过这种方式,不仅可在“铱”用户之间通话,还可以使“铱”用户与PSTN用户间通话。
按目前的设计,网关采用至少三个3.3m跟踪抛物面天线,相距30km至少需要抛物面天线,因为当一颗卫星从地面上消失时,另一颗将已经在空中的另一不同位置出现,而从一颗卫星到另一颗卫星处理必须是即时的。许多网关设计成至少3个跟踪天线,以确保维修时通信线路畅通。
天线分开是在恶劣天气下能躲避雷电所在的蜂窝,提供可选择通道。它也可以避免正对太阳,太阳是需考虑的无线噪声。这些方案将降低在潜在不利条件下满足通信必须的战略边界(和发射峰值功率)。
用户设备
用户设备有不同的形状和体积。最初开发的是可移动的用户设备,可安装在车船上,它可以在很远的固定位置之间移动,此外还开发了一系列寻呼产品。如现在手持机的设计思想。
摩托罗拉公司计划生产双模式用户手持机,既可用于地面蜂窝系统,也可用于“铱”系统。当地面蜂窝系统能提供通信时就用地面系统,否则就用“铱”系统,用户此时能听到“铱”的拨号音。
通信网络
“铱“系统占用两段通信频率。卫星和用户间的上/下行线路是1610.0~1626.8MHz范围内的L频段。这一频段已于1992年在西班牙召开的无线电行政大会上确定为利用卫星的个人通信频段。卫星交叉线路以及网关间的上/下行线路采用20~30GHz的K频段。在每个国家运营都需要许可证。
ASIC设计方法
卫星上的电子设备使用较大门数的ASIC电路,以提高装配密度并降低制造成本。整个空间部分都采用表面帖装组件,并在高度自动化的机器组装线上安装。
一种新的综合多种计算机辅助设计(CAD)工具的ASIC设计方法已研制成功,
L频段线路
48束射线提供空分多址(SDMA),它与时分多址(TDMA)和频分多址(FDMA)同时使用,在适应业务需要时可以通过地域位置实现容量较大范围的动态再分配。SDMA、TDMA和FDMA的结含使频率得到有效利用。
K频段线路
星间连接把全部卫星连接起来,话音信息通道有多种选择。在卫星上广泛使用微波单片集成电路(MMIc)和ASIC中的调制解调器,使卫星功率低、体积小。
星上处理器
卫星是一个信息通路中的非常活跃的部分,因为有6台星上计算机和大量使用。这些ASIC电路的使用把处理与高速存储器、调制解调器和星上天线连接起来。