銥系統

銥系統（Iridium）是美國摩托羅拉公司（Motorola）於1987年提出的低軌全球個人衛星移動通信系統，它與現有通信網結合，可實現全球數位化個人通信。該系統原設計為77顆小型衛星，分別圍繞7個極地圓軌道運行，因衛星數與銥原子的電子數相同而得名。後來改為66顆衛星圍繞6個極地圓軌道運行，但仍用原名稱。極地圓軌道高度約780km，每個軌道平面分布11顆在軌運行衛星及1顆備用衛星，每顆衛星約重700kg。

基本介紹

• 中文名：銥系統
• 外文名：Iridium
• 隸屬於：美國摩托羅拉公司
• 提出時間：1987年

系統概述

銥系統的概念是1987年由美國摩托羅拉公司的工程師Bary Bertiger提出的。銥系統是針對傳統地面蜂窩電話網的局限，提出的用77顆低軌道小型衛星組成覆蓋全球的個人數位化衛星移動通信系統，它與現有通信網結合，可實現全球無縫覆蓋，系統總耗資約50億美元。由於該系統原設計採用77顆小型衛星，分別圍繞7個極地圓軌道運行，因衛星數與銥原子的電子數相同，從而得名銥系統。後來由於設計修改，星座結構改為66顆衛星圍繞6個極地圓軌道運行，但系統名稱仍為銥系統。

銥系統採用了星上處理、星上交換和星際鏈路技術，星際鏈路是銥系統有別於其他衛星移動通信系統的一大特點，其作用相當於把蜂窩網放置在空中，因而系統的性能極為先進，但同時也增加了系統的複雜性，提高了系統的投資費用。

銥系統市場主要定位於商務旅行者、海事用戶、航空用戶、緊急援助、邊遠地區。銥系統設計的漫遊方案除了解決衛星網與地面蜂窩網的漫遊外，還解決地面蜂窩網間的跨協定漫遊，這是銥系統有別於其它衛星移動通信系統的又一特點。銥系統除了提供話音業務外，還提供傳真、數據、定位、尋呼等業務。

銥系統設計的漫遊方案除了解決衛星網與地面蜂窩網的漫遊外，還解決地面蜂窩網間的跨協定漫遊，這是銥系統有別於其他衛星移動通信系統的又一特點。銥系統提供4種主要的業務：銥全球衛星服務、銥全球漫遊服務、銥全球尋呼服務和銥全球付費卡服務，另外還包括許多類似於GSM的增值服務。該系統技術上是成功的，但由於經營上的各種問題，目前已停止向社會公眾用戶提供服務。

系統組成

銥系統主要由四部分組成：空間段、系統控制段（SCS）、用戶段、關口站段（GW）。系統結構見圖1。

圖1 Iridium系統結構

空間段

由分布在6個極地圓軌道面的72顆星（6顆備用星）組成。銥系統星座設計能保證全球任何地區在任何時間至少有一顆衛星覆蓋。銥系統星座網提供手機到關口站的接入信令鏈路、關口站到關口站的網路信令鏈路、關口站到系統控制段的管理鏈路。每個衛星天線可提供960 條話音信道，每個衛星最多能有兩個天線指向一個關口站，因此每個衛星最多能提供1920條話音信道。銥系統衛星可向地面投射48個點波束，以形成48個相同小區的網路，每個小區的直徑為 689km，48個點波束組合起來，可以構成直徑為4700km的覆蓋區，銥系統用戶可以看到一顆衛星的時間約為10min。銥系統的衛星採用三軸穩定，壽命約5年，相鄰平面上衛星按相反方向運行。每個衛星有4條星際鏈路，一條為前向，一條為反向，另兩條為交叉連線。星際鏈路速率高達 25Mbps，在L頻段10.5MHz頻帶內按FDMA方式劃分為12個頻帶，在此基礎上再利用TDMA結構，其幀長為90ms，每幀可支持4個50kbps用戶連線。

系統控制段（SCS）

SCS是銥系統的控制中心，它提供衛星星座的運行、支持和控制，把衛星跟蹤數據交付給關口站，利用尋呼終端控制器（MTC）進行終端控制。SCS包括三部分：遙測跟蹤控制（TTAC）、操作支持網（OSN）和控制設備（CF）。SCS有三方面功能：空間操作、網路操作、尋呼終端控制。SCS有兩個外部接口，一個接口到關口站，另一個接口到衛星。

用戶段

該段指的是使用銥系統業務的用戶終端設備，主要包括手持機（ISU）和尋呼機（MTD），將來也可能包括航空終端、太陽能電話單元、邊遠地區電話接入單元等。ISU是銥系統行動電話機，包括兩個主要部件：SIM卡及無線電話機，它可向用戶提供話音、數據（2.4kbps）、傳真（2.4kbps）。MTD類似於市場上的尋呼機，分兩種：數字式和字元式。

關口站段

關口站是提供銥系統業務和支持銥系統網路的地面設施。它提供移動用戶、漫遊用戶的支持和管理，通過 PSIN提供銥系統網路到其它電信網的連線。

一個或多個關口站提供每一個銥系統呼叫的建立、保持和拆除，支持尋呼信息的收集和交付。關口站由以下分系統組成：交換分系統SSS（西門子D900交換機）。地球終端（ET）、地球終端控制器（ETC）、訊息發起控制器（MOC）、關口站管理分系統（GMS）。關口站有4個外部接口：關口站到衛星，關口站到國際交換中心（ISC），關口站到銥系統商務支持系統（IBSS），關口站到系統控制段（SC）。

頻率計畫及多址方式

銥系統於1992年向國際電聯申請了所需使用的頻率，銥系統申請的頻率符合WARC-92有關要求。美國FCC也於1995年向銥系統頒發了頻率使用許可證。

銥系統饋線鏈路使用Ka頻段，關口站到衛星上行鏈路使用29.1～29.3GHz，衛星到關口站下行鏈路使用19.4～19.6GHz。銥系統用戶鏈路使用L頻段，用戶終端到衛星上、下行鏈路使用1 616～1 626.5MHz。

銥系統的最大特點是採用了星際鏈路，星際鏈路採用Ka頻段，頻率為23.18～23.38GHz。每個衛星有4條星際鏈路，可以同時和同軌道內的前後各一顆衛星及左右相鄰軌道中的各一顆衛星交叉相連，星際鏈路速率高達25Mbit/s。

銥系統採用FDMA/TDMA混合多址方式，在L頻段10.5MHz頻帶內按FDMA方式劃分為12個子頻帶，在此基礎上再利用TDMA結構，其幀長約為90ms，每幀可支持4個50kbit/s用戶連線。

最新進展

從1987年摩托羅拉公司提出銥系統概念至1998年11月系統在全球投入運營，歷經12年左右艱辛的奮鬥，終因經營決策失誤，被迫於1999年8月13日向法院申請破產保護，進而經過長達七個多月努力，破產重組失敗，被迫於2000年3月17日宣布倒閉，此時全球銥系統用戶亦僅有6萬左右。在決定要否進一步摧毀這一距地780km的LEO型極地圓軌道上的66顆龐大星座過程中，幾經反覆，終又於2000年底絕處逢生，由美國銥星公司收購此銥公司的提案，經美國紐約市南區破產法院核准同意，銥星公司收購了銥公司的全部資產，包括衛星星座、地面網路及其所有不動產及智慧財產權。同時，美國國防部僅以7 200萬美元的代價換取了銥星公司衛星電話網路的使用權，以向駐紮在全球各地的美國海軍和特種作戰部隊提供保密電話服務。而且銥星公司還與波音公司簽訂了契約，以經營與保持此衛星星座，並與Motorola公司達成商業上可操作的條款，繼續提供相套用戶設備。從而銥系統可依賴其先進的空間段設備與較簡化的地面關口站及控制設施，以較低廉的運營、維護花費，進一步運作，估計約在2004年左右達其峰值用戶數(15萬左右)，爾後逐步衰減，在2010年左右消亡。

互聯互通

互網路結構

銥系統在中國只有一個關口站，設在北京。該關口站與 PSTN的國際局（ISC）相連，通過PSTN與PLMN連線。銥系統關口站採用國際信令網的14位信令點編碼，在信令網中採用GT定址。關口站作為信令點SP與我國的國際局SP/STP相連。銥系統關口站應具有STP功能。

編號與撥號方式

（1）MSISDN號碼

即用戶號碼，是銥用戶作被叫時主叫用戶所需撥的號碼，長度為12位。

號碼結構： CC+GE+SN

銥系統的虛擬國家碼CC：8816及8817

地緣政治碼GE：表示用戶的歸屬國家I1I2I3。中國首先啟用533。

用戶號碼SN：X1X2X3X4X5。其中 X1=1－6為語音、數據、傳真業務，X1=7－9為尋呼

業務， X1=0保留。

（2）撥號方式

銥用戶撥叫固定用戶或TACS用戶：0086XYZPQRABCD

銥用戶撥叫數字移動用戶：008613SO H1H2H3ABCD

PSTN/PLMN用戶撥叫銥用戶：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5

銥用戶撥叫銥用戶：008816（或8817）I1I2I3X1X2X3X4X5

銥用戶撥叫特服業務：0086XYZ1XX

銥用戶撥叫緊急呼叫：待定。

漫遊到銥系統的GSM用戶的撥號方式同銥系統用戶。

漫遊到GSM的銥系統用戶的撥號方式同GSM用戶。

（3）IMSI號碼

號碼結構：MCC+MNC+HLRID+X1X2X3X4X5X6X7

移動國家號碼MCC：衛星移動系統的虛擬國家號碼為901。

移動網號MNC：銥系統為03。

移動用戶識別碼MSIN：包括HLR ID和用戶號碼X1X2X3X4X5X6X7，唯一地識別國內銥系統的用戶。其中 HLR ID與GE號碼一致，X1= 1—4為 8816用戶，X1=5為航空， X1=6-8為8817用戶，X1=9保留。

（4）MSRN號碼

此號碼在銥用戶作被叫時選擇路由用。中國銥用戶的移動用戶漫遊號碼MSRN為GE碼等於668的用戶號碼。即8816（或8817）668X1X2X3X4X5。

（5）接入碼（AC）

每個銥系統用戶有一個接入碼，存於SIM卡中，支持接入過程。銥系統星體（SV）可以根據接入碼確定用戶的歸屬關口站，歸屬關口站根據接入碼將用戶接入到拜訪關口站。

入碼的格式如下：

中國的CI為460。

AI為接人識別碼，兩位數字，確定用戶的接入等級，由銥公司控制。AI= 01為8816用戶；AI= 02為歸屬於 GSM的用戶；AI= 03為歸屬於IS41的用戶；AI=O4 為8817用戶。其它值保留。

說明：如果SIM卡中無AC碼，則視為歸屬於GSM的用戶。

路由選擇原則

國內非銥系統用戶呼叫銥系統用戶時，呼叫通過國際局接入銥系統中國關口站，由關口站在銥系統內通過衛星鍵路進行路由查詢和路由接續。

中國關口站服務區內的銥系統用戶呼叫本服務區內的其它用戶，通過國際局進入其它相應的網路進行接續。

中國關口站服務區內的銥系統用戶呼叫非本服務區國外其它用戶，在銥系統中接續到被叫所在國家服務區的銥關口站。

中國關口站服務區內的銥系統用戶呼叫銥系統用戶，通過銥系統關口站進行路由查詢和接續。

說明：中國關口站服務區包括中國內地、香港、澳門、蒙古。

接續過程示例

銥系統用戶在衛星模式下工作的接續過程

（a）銥系統用戶呼叫國內 PSTN/TACS用戶，撥0086XYZ PQR ABCD銥系統用戶呼叫 PSTN/TACS用戶，關口站分析0086後將呼叫接續到國際局 ISC，國際局再根據長途區號接至當地的長途局TS接續到固定用戶或TACS用戶。

（b）銥系統用戶呼叫國外固定用戶（非中國關口站服務區國家），撥 00CCXYZPQRABCD銥系統用戶呼叫國外固定用戶，通過關口站GW1採用衛星鏈路將呼叫接續到被叫用戶所屬國家的關口站GW2（若所屬國家無關口站，接續到最近的，該國所在服務區的關口站），通過關口站GW2，接續到該國的PSTN國際局。圖中虛線是信令鏈路，實線是話音鏈路。

（C）銥系統用戶呼叫港澳蒙PSTN/PLMN用戶，撥00CCXYZPQRABD 銥系統用戶呼叫港澳蒙 PSTN/PJMN用戶，通過中國關口站GW1將呼叫接續到中國的國際局（ISC），由國際局進行相應的接續。

（d）PSTN/PLMN用戶呼叫銥系統用戶，撥008816533XX2X3X4X5 用戶呼叫銥系統用戶，呼叫通過國際局ISC接續到銥系統中國關口站GW1，由關口站進行路由查詢和接續。如果被叫用戶是在本關口站登記的，由該關口站直接進行尋呼接續。如果被叫用戶漫遊到關口站GW2登記，通過衛星鏈路將呼叫接續到用戶所在的關口站GW2，並尋呼該用戶（圖中用虛線表示）。被叫用戶應答後，通過衛星鏈路與被叫用戶通話（圖中用實線表示）。

（e)銥系統用戶呼叫銥系統用戶，撥008816533X1X2X3X4X5 銥系統中國關口站對被叫用戶進行路由查詢。如果被叫用戶是在本關口站GW1登記的，由關口站GW1直接進行尋呼接續。如果被叫用戶漫遊到關口站GW2，首先GW1通過衛星鏈路將呼叫接續到用戶所在的關口站GW2，由關口站GW2尋呼該用戶（圖中用虛線表示）。被叫用戶應答後，主被叫用戶直接通過衛星鏈路（不通過關口站）進行通話（圖中用實線表示）

（f）銥系統用戶呼叫GSM用戶或CDMA用戶，撥0086135SOH1H2H3ABCD 銥系統用戶通過關口站，將呼叫接續到國際局ISC，國際局將呼叫接續到相應的GSM 或CDMA關口局。

銥系統用戶漫遊到地面GSM系統時的接續過程

銥系統用戶，如果位置更漸到地面GSM系統，接續過程同GSM用戶。只是尋找路由信息時，需到相應的銥系統HLR查詢。這相當於國際漫遊。

銥系統用戶做主叫時的接續過程，同GSM用戶。

銥系統用戶作被叫時的接續過程如下：

PSTN/PLMN用戶呼叫銥系統用戶，撥008816533X1X2X3X4X5，呼叫通過國際局接續到銥系統中國關口站，關口站經過路由查詢，將呼叫接續到用戶所在的GSM/MSC。

GSM用戶漫遊到銥系統時的接續過程

GSM用戶漫遊到銥系統，接續過程同銥系統用戶，只是尋找路由信息時，需到相應的 GSM HLR查詢。這相當於國際漫遊。

衛星發射

銥系統衛星由美國、俄羅斯、中國的火箭發射。自 1997年5月5日美國Delta 2火箭首發成功以來，至1998年5月，已經全部成功發射完畢72顆衛星，其中有5顆星有問題，但在軌運行所需的66顆星已毫無問題。中國長征二號丙進行了三次共6顆星的發射，銥系統計畫用中國長征火箭發射11次共22顆星，因此長征火箭將繼續為銥系統發射後續星（包括備用星和需要更換的星）。圓滿的衛星發射工作為銥系統開通商業運行提供了必要條件。

系統進度

銥系統已於1998年5月18日發射完畢在軌運行所需的全部66顆衛星，1998年5月有6個關口站進行了聯調，星與星、星與地以及星與手機之間的試驗工作已經完畢，1998年5月底，泰國、日本、美國三個地方的手機已經成功地進行了通話。銥系統北京關口站從1998年7月中旬開始安裝，到1998年9月11日在中國打通第一個電話。

銥系統在1998年11月1日宣布在全球投入商業運營。中國銥業務在1999年年中投入商業運行。

基本參數

系統組成

空間段

低軌衛星數：66+6（備用）；

軌道高度：780km；

圓形軌道平面：6；

每軌道平面衛星數：11+1（備用）；

軌道平面傾角：86.4°；

軌道周期：100min；

衛星重量：700kg；

衛星壽命：5年；

衛星供應商：美國Lockheed－Martin公司。

地面段

系統控制中心（SCS）：一主一備；

關口站（Gateway）：全球共有15個，在中國建1個（北京）；

地面段設備供應商：美國Motorola公司。

用戶段

手持：雙模、單模；

用戶終端供應商：美國Motorola公司，日本京瓷公司。

系統特性

技術先進、複雜；

有星上處理器；

有星際鏈路，可獨立成網；

提供衛星網和地面蜂窩網的漫遊及國際漫遊；

提供地面蜂窩網間的跨協定漫遊；

多址方式：TDMA、FDMA；

實現無縫切換；

天線技術：衛星多波束；

通信時延（包括處理時延和傳輸時延）：小於210ms；

全球提供業務時間：1998年11月；

系統總投資：50億美元。

關口站容量

銥系統北京關口站初期：300條空中信道，容納3萬用戶

銥系統關口站最大容量：2000條空中信道，容納20萬用戶

業務種類

話音；

數據（傳輸速率2.4kbps）；

傳真（傳輸速率2.4kpbs）；

簡訊息；

全球尋呼；

定位。

覆蓋範圍

全球覆蓋；

由於星際鏈路的存在，使得每個關口站均可覆蓋全球；

國內全部覆蓋；

用戶同時可見衛星數：1～3。

使用頻率

饋線鏈路：上行Ka頻段29.1～29.3GHz；下行Ka頻段19.4～19.6GHz；

用戶鏈路：上行L頻段1621.35～1626.5MHz；下行L頻段頻1616～1626.5MHz；

銥系統已得到ITU、美國FCC、中國國家無委的頻率許可。

編號計畫

銥系統支持國家編號和GMSS編號。銥系統已向ITU申請GMSS國家碼，ITU讓四個系統（Iridium，Odyssey ICO Globalstar）共享三位國家碼881，其中分配給Iridi-um的虛擬國家碼為8816、 8817。

商業失敗

銥系統是人類通信史上第一次覆蓋全球的技術。被美國科技產業界頗有影響的《大眾科學》雜誌，授予1998年度電子技術大獎。但現在銥星公司的破產案，卻成為哈佛大學MBA的教學案例。 銥系統技術上的先進性，目前的衛星通信系統中無出其右者。相形之下，其把握市場的能力實難恭維。信息產業部電信科學研究院高級工程師楊培芳認為 ，銥系統的失敗，是技術專家無視經濟規律的結果。 曾經營銥系統國內運營的中宇通信業務發展部經理鄒銳、參與撰寫銥星公司中國用戶調查報告的北京郵電大學教授陳振國、

業內人士，深度分析了銥系統失敗的原因:

一、是銥星公司最初對未來市場的分析、預測與實際情況相去甚遠，而又始終未能順應形勢進行變通。二、是技術先進卻不完美，反而加大了風險。銥系統構建了由66顆衛星採用星際鏈路組成的一個完整的獨立網，以致用戶可以不依賴地面網直接通信。頭重腳輕恰恰造成兩個後果：一是成本高；二是無法順應地面市場的變化進行改進。三、是對市場判斷有誤。首先，銥系統構想提出是在20世紀80年代，當時通信業不甚發達，銥星公司認定會有許多公務用戶需要其獨立提供的"隨時隨地"信息服務，沒預見到GSM網會有今天的迅猛發展，用戶可以有更多的選擇。同時，衛星通信只能是地面通信的補充和延伸，而不是替代；其次，銥星手機價格及話費是參照成本制定的，沒有考慮用戶的接受程度；再一個忽視了市場的培育期，對用戶的增長速度過於樂觀。銥星公司先後投入57億美元的巨額資金，按照預算，至少有50萬用戶才能保本。而實際上，截止其倒閉只發展了7萬用戶。 客觀地說，資本運作的失誤是其破產的直接原因。海事衛星電話自1979年開通，發展至今也不過14萬用戶。相比之下，銥星用戶的增長速度是良好的。在中國，1999年7月進入商業運作狀態，半年內用戶數量已經達到912戶。銥星公司如果能再堅持1、2年，也許就是另一番景象。可惜因資本結構欠佳，銥星公司無法按期及時還款付息並實現股東利益，銀行停止貸款、股東撤回投資及股市停盤，都對該公司造成致命打擊。