文：晟宇（視頻講解）
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前言
上一次的分享裡我們討論了一下衛星自組織的網絡，衛星的自組織網絡有一個最為主要的特點就是具備隨時隨地利用現有條件進行組網。這種網絡的特點是高度靈活動態，當然網絡的質量也是「動態」的。
那麼這一次我們想要聊的LEO星座網絡就非常的不一樣了。這些網絡並不是隨時隨地組建的，而是經過精心策劃，嚴格設計，按照需求開展研製最後還需要持續運行維護的系統。
本次的分享我們就以銥星等LEO星座網絡作為範本來討論一下LEO星座網絡的一些主要特點和重要的技術。
穩定是服務的核心
LEO星座網絡最近炒得火熱，像Starlink和OneWeb等項目都抓足了人們的眼球。但是無論是哪一個系統，無論他們瞄準的是怎樣的市場。他們的需求都有著非常相近的地方那就是：這些LEO星座網絡需要提供的是持續穩定的服務。
我們以銥星為例，無論是銥星所提供的語音或數據服務都提出了持續穩定這樣有質量的要求。
試想作為這樣一個系統的用戶，電話不能想打就打，通話過程中還經常中斷，或者話音質量很差，數據方面一直龜速還斷斷續續。這些情況的發生都會使得用戶不斷的流失。因為服務質量就是這些LEO星座網絡的生命。
事實上以銥星為代表的星座網絡也是這麼做的，銥星的話音和數據服務覆蓋全球，為海上、空中、設備、人員提供了任何時候的穩定連接。美軍的指揮官都表達了對銥星系統的肯定和依賴。而這些業務正常運行的背後是一個穩定系統的有力支撐。
越簡單越可靠
越簡單越可靠可不是說銥星這些系統是簡單的，而是這些系統在明確了目標之後都將所有無關的因素排除，來保證一切設計都圍繞著系統的穩定來開展。
這種設計理念體現在星座設計與衛星設計的緊密結合上。將系統的難度按照技術的約束分攤在兩個不同的設計層面。
首先銥星採用了高度穩定和規律的星座設計結構，在這樣的一個結構中，衛星數量是固定的，在現實中利用備份星隨時等待替換掉失效的節點。
利用每個衛星48個波束進行全球的多重覆蓋和動態情況下的持續覆蓋。高度的周期性使得覆蓋的動態變化是可預期的，星間構成的拓撲關係是穩定的。
由此就可以將每顆衛星抽象到一個區域分管的表格中去，降低了整個星座運行維護的複雜程度。
明確的單星能力
高度的規律性與周期性設計，使得每顆衛星的能力和所需的功能變得非常明確。首先作為用戶接入來說，每顆衛星都設計成為可以儘量多地接入用戶，並儘量充分的使用頻率資源。
我們知道銥星採用的是L波段來提供用戶接入的，每個衛星採用了48個波束從而通過合理的分隔最大限度的提高了對頻率的復用。並採用了時分和頻分的方式來提供多用戶的接入。
簡化了的星間鏈路
銥星作為一個天星天網的LEO星座網絡，高度規律化的星座設計使得衛星的星間鏈路設計也得到了很大程度上的簡化。這個簡化的最大原因就是動態的切換是可預期的。
我們知道銥星的每顆衛星都擁有4條星間鏈路，相同軌道面內的星間鏈路是穩定連接的在地面投射的關係圖上就是南北方向的連結。而不同軌道面間的星間鏈路卻是動態切換的，有的鏈路連接時間只有2，3分鐘，有的10多分鐘，雖然相鄰軌道面的星間鏈路是動態變化的，但是我們可以看出來這些鏈路的切換非常有規律。
作為星間鏈路來說，無論是微波還是雷射在物理層上都是一個捕獲、鎖定、跟蹤的過程。一個可預期的動態變化性就大大簡化了星上不斷重複實現這一過程的難度，降低每次切換的系統開銷，維持系統的穩定。
高度規律化的星座設計降低了路由的難度
高度規律化的設計首先降低的是整個網絡拓撲圖的複雜性，同時提升了周期性的拓撲變化可以讓拓撲的映射關係變得更加簡單。
作為需要提供穩定服務的衛星星座網絡，周期性規律性的星座設計使得路由可以在提供QoS服務上面更易實現。無論時處理路徑的選擇，並發業務的處理，還是解決時延抖動，一個穩定的底層物理結構都會大大降低星上的處理難度。
星上處理能力
像銥星這樣的系統是在星上完成交換和路由的，這樣就降低了對地面站的需求，但是對星上的處理能力提出了很高的要求。
由於要進行星上的路由，所以銥星要對接收到的信息進行完全的處理，要將基帶信號解出再進行路由等操作。這種不斷發展的星上處理能力，也為未來在LEO星座系統中採用網絡編碼等基礎提供了越來越強的能力支撐。
討論過了通信的星座網絡，下一次我們來聊聊一種非常特殊的衛星網絡就是導航衛星，我們先從導航衛星的發展歷史來看看，這項技術是如何完全重塑人類的世界觀和時空概念的。
參考文獻:
Lt. Gen. John Campbell, USAF (Ret.) Iridium Satellite Update USAF CNS/ATM Conference 2009
Paul Anderson Communication Satellite Systems Trends and Network Aspects
STEPHEN R. PRATT, RICHARD A. RAINES, CARL E. FOSSA JR., AND MICHAEL A. TEMPLE .AN OPERATIONAL AND PERFORMANCE OVERVIEW OF THE IRIDIUM Low EARTH ORBIT SATELLITE SYSTEM
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