星間鏈路

星間鏈路是指用於衛星之間通信的鏈路。也稱為星際鏈路或交叉鏈路（Crosslink）。

通過星間鏈路可以實現衛星之間的信息傳輸和交換。

通過星間鏈路將多顆衛星互聯在一起，形成一個以衛星作為交換節點的空間通信網路。

基本介紹

• 中文名：星間鏈路

背景

衛星通信系統中，衛星有兩種通信鏈路。一種是空間-地球鏈路，另一種是空間-空間鏈路。在空間-空間鏈路上，通過光通信可實現大容量數據傳輸。但對於空間-地球鏈路來說，由於無線電波要穿過大氣層，加之雨衰因素，大容量通信不易實現。通過採用比Ka更高的波段可實現通過無線電波的大容量通信。

星間鏈路的引入，使得低軌衛星移動通信系統能夠更少地依賴於地面網路，從而使低軌衛星移動通信系統能夠更為靈活方便地進行路由選擇和網路管理；同時也減少了地面信關的數目，從而可大大降低地面段的複雜度和投資。為滿足衛星移動通信系統大業務量，星際鏈路勢必採用較高的工作頻段或採用雷射星際鏈路。

在文獻中，綜述如下。

建立星間鏈路的意義

在衛星通信系統中，通過建立星間鏈路，使得整個衛星通信系統有如下意義：

1.擴大了系統的覆蓋範圍；

2.減少傳輸時延，滿足多媒體實時業務的QoS要求；

3.可以獨立組網，衛星網不依賴於地面網提供通信業務，作為地面網的備份；

4.可以在一定程度上解決地面蜂窩網的漫遊問題。

星間鏈路的組成

星間鏈路包括四個子系統：接收機、發射機、捕獲跟蹤子系統以及天線子系統。

1.接收機：完成對接收信號的放大、變頻、檢測、解調和解碼等，提供星間鏈路與衛星下行鏈路之間的接口。

2.發射機：負責從衛星的上行鏈路中選擇需要在星間鏈路上傳輸的信號，完成編碼、調製、變頻和放大。

3.捕獲跟蹤子系統：負責使星間鏈路兩端的天線互相對準（捕獲），並使指向誤差控制在一定的誤差範圍以內（跟蹤）

4.天線子系統：負責在星間鏈路收發電磁波信號。

星間鏈路的種類

1.同種軌道類型的星間鏈路

GEO/GEO，LEO/LEO，MEO/MEO，HEO/HEO之間鏈路；

2.不同軌道類型的星間鏈路

GEO/LEO，MEO/LEO，GEO/MEO，GEO/HEO之間鏈路

3.同軌道面星間和異軌道面星間鏈路

星間鏈路的傳輸介質

微波、毫米波和雷射。

星間鏈路使用的頻段如圖1所示。

圖1 星間鏈路使用的頻段

星間鏈路的幾何特性

如圖2所示，描述星間鏈路幾何特性的方位角和仰角是相對於衛星本體星間鏈路指向的變化情況。預先估計鄰近衛星星間鏈路指向的變化情況，就可以設計最最佳化的搜尋方案，減少星間鏈路建立的時間。

星間鏈路建立以後的星間距離大小與變化範圍。星間距離的變化情況不但對星間通信的功率大小提出了基本要求，而且也對功率變化動態範圍提出了技術指標。

圖2 星間鏈路的幾何特性

在LEO或MEO衛星星座通信系統中，具有星間鏈路的兩顆衛星之間，方位角、仰角和星間距離一般隨時間而變化，方位角和仰角的變化要求星載天線具有自動跟蹤能力，鏈路距離的變化要求天線的發射功率具有自動功率控制。

不同星座星間鏈路建立的難易程度與方位角、仰角和星間距離的動態變化範圍、變化速率有關。

1.相同軌道高度衛星之間的星間鏈路

圖3 相同軌道高度衛星之間的星間鏈路

如圖3所示，EA和EB分別為衛星A和B的仰角，是星間鏈路與衛星所在點的天線切面之間的夾角。

兩顆衛星建立星間鏈路，其位置必須滿足如下條件：

（Re+h）cos(alpha/2)>=Re+Hp (1)

其中h為衛星高度，Hp為余隙（星間鏈路與地球表面的距離），Re為地球半徑。

2.不同軌道高度衛星之間的星間鏈路

圖4 不同軌道高度衛星之間的星間鏈路

如圖4所示，hA是衛星A的軌道高度，hB是衛星B的軌道高度，且假定hA<hB；alpha是兩衛星所夾地心角；EA和EB分別為衛星A和B的仰角。衛星的仰角滿足關係式：

EA=-EB-alpha （2）

最小余隙對應著最大星間地心角alpha（max）。當alpha<alpha(max)時，兩衛星之間能夠建立星間鏈路，反之則不能建立鏈路。

星間鏈路需要解決的問題

星間鏈路的指向變化：

指向變化可能導致背景噪聲溫度的動態變化，且變化幅度可能較大，需要研究星間鏈路天線指向控制技術

天線指向捕獲困難，指向誤差會降低天線增益。

星間鏈路子網路信息交換的路由選擇。

星間雷射鏈路的PAT。