Starlink系统分析

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       知识拓展笔记（5）---《Starlink系统分析》

Starlink系统分析

原文/论文出处：

• 题目：《Starlink系统分析及对我国卫星互联网发展的启示》
• 作者：肖永伟，张伟嘉等
• 时间：2022-07-11
• 来源：太空与网络

 1 Starlink系统特点

        相对GEO卫星通信，低轨卫星通信具有以下特点：

        （1）为提供稳定的通信服务，一般采用星座部署，对于Ku、Ka等高频段系统而言，星座规模更大。

        （2）由于低轨卫星轨道高度低，星地距离变短，链路损耗小、通信时延短，可提升地面终端传输能力，也有利于提升应用服务体验。

        高轨道卫星（GEO）移动通信业务的特征来源于使用位于赤道上方35800km的对地同步卫星开展通信业务的条件。在这个高度上，一颗卫星几乎可以覆盖整个半球，形成一个区域性通信系统，该系统可以为其卫星覆盖范围内的任何地点提供服务。

        例如美国一颗卫星就可以覆盖美国大陆的连续部分，如阿拉斯加、夏威夷、波多黎各几百海里的近海地区。在GEO卫星系统中，只需要一个国内交换机对呼叫进行选路，信令和拨号方式比较简单，任何移动用户都可以被呼叫，无需知道其所在地点。

2 Starlink系统发展

        截止2022年5月底，SpaceX公司对外宣称已在全球36个国家/地区可以实现业务落地，提供互联网接入服务，马斯克声称全球拥有超过40万用户。并计划2023年将服务扩展到亚洲、非洲和中东地区。 

相对GEO卫星通信系统，低轨卫星互联网地面终端的设计与实现需要解决2个难题：

一是针对低轨卫星高动态运动特点，Ku频段地面终端必须具备类似“动中通”的卫星跟踪能力；        

二是为保证低轨卫星运动过程中的连续服务，地面终端必须具备支持跨星切换的波束指向快速调整能力，为实现切换过程中的业务连续性，波束指向调整时间应控制在us量级甚至更低。

3 Starlink系统分析

（1）星座规模巨大，轨道层数多、卫星数量多

        首先星座卫星数量规模巨大是高频段低轨卫星互联网实现全球服务的客观要求。

        其次是系统设计优化对卫星数量提出了要求。

        最后是星座卫星数量规模巨大有利于提高系统弹性抗毁能力。

（2）支持星间组网，具备扁平化互联组网和跨境互联网接入

（3）系统设计具备全球导航定位的潜在能力

        根据卫星导航定位三球交会原理，地面终端同时可见4颗卫星即可实现定位。从理论和试验结果来看，Starlink系统是可以完成导航定位的。

与传统MEO星座的L频段卫星导航相比，基于Starlink实现导航定位具备较强的抗干扰性能。

一是Starlink卫星轨道更低，通信信号落地功率要高出2个数量级；

二是通信信号工作在Ku频段，地面终端工作波束窄，方向性较强。

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