宽带卫星通信系统的发展和应用趋势

宽带卫星通信系统的发展和应用趋势 宽 带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。转发卫星有效载荷设计将以传统的转 发器为基础，蛤是星上交换和处理有效载佝设计将利用宽带卫星和频率资源。宽带卫星要取得 成功，关键是所提供的业务的价格要有竞争力，而且要能够适应未来十年通信十场的急剧变化。 卫星可以有效弥补地面通信网之不足，但必须是提供通过太空传输所能提供的效果更好的 服务。 有证据表明，只有那些往提供最大限度通信量的问时还能灵活地适应市场对带宽需求的设 计才能算是成功的设计。本文将要说明卫星通信能力的发展是如阿导致了能在星上处理信号从 而文现最大通信量和灵活性的全新一代卫星的出现。适应市场需求的变化 未来卫星系统面临的市场需求将与地面通信面临的一样，即带宽更宽，功能更强，价格更 低。通信容量最大和终端最简便的宽带系统将有市场优势。但是，宽带卫星业务的灵活性已具 有自身的优势。 用户将把始终在线的高速数据连接作为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距 离，无论有线还是无线，一般都小十于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城 市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专 用的地问系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。 卫星一直是真正的提供全球服务的手段，因为来自人空的信号井不区分接受它的是城市天 线还是乡村天线。使下一代宽贷业务不同于过去卫星系统的是其目标价格可以同地面传输相竞 争。这表明卫星提供的宽带传输能够连接难于利达的地区，从而成为一种真正的大规模市场业务。 但是，广大的地理区域意味着每颗地球同步卫星将为多个国家服务，而且面临的带宽和业 务需求上会多种多样。在某一时期，有些国家可能对Internet接人需求较多，向其他国家可能 会产生大量的视频多点传送或企业同数据需求。这些情况不但会随着经济气候的变化而变化， 而且每小时部可能发生变化，因为每个大陆部横跨多个时区，同时特殊事件也会造成需求的突 然转变。因此，只有采用最新的按需分配带宽的技术，卫星设计人员才能保证系统在其整个使 用期中始终具备优良的费效比。 宽带业务的四种类型 用户将在今后几年中看到四种完全不同的宽带卫星业务。第一种是一种混合了类似DTH数据 传输的传送技术，它已经在诸如DirectPC这样的产品中被应用。用户之间共享有限带宽的卫星 下行链路，用户在网上的浏览速度会因此而提高，条件是同时在线的人数不能太多。用户上行 传输使用的仍然是传统的电话调制解调器，从而限制了所支持的业务。 这些第一代卫星宽带系统已经被并不依赖调制解调器连接的双向业务所取代。除简化连接 外，双向业务提供了更专用的卫星带宽，而且可以更快地发发送和接收数据。这种业务实现了 个人网站主机和有限的交互服务。 这两种早期的宽带卫星系统都依赖于已有的Ku波段（11GHz）卫星，这使得它们可以很快地 闻署妥当，但也正因为这样，它们对于长期应用来悦，并不是最具费效比和灵活性的资源。然 而，对于短期应用来悦，它们会因额外的转发器能力而产生收益，而且会赢得地理上孤立的利 早期采用这些技术的这两部分市场份额。 真正的宽带性能是任第三代系统中出现的，而且第三代系统已经进入生产阶段并将在2001 年下半年投放市场。第三代系统并不像第一和第二代系统那样依赖传统的Ku波段转发器，而是 采用Ka波段（18－30GHz）来实现卫星与地面之间的传输。频率更高的Ka波段系统可以轻松地实 现卫星的点波束传送，这种方式在与信道化交换结合时，一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够 达到一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。虽然系统的成本会高一点，但是潜在用户的数量会因此达 到大规模市场应有的比例，而且每条线路的实际成本会大大降低。使用这些系统，Ka波段第一 次让卫星以可与城市地区地面传送大体相当的价格为广大用户提供面向接入的线路。这种技术 在对接入业务的价格极其敏感的广大住宅用户市场有着广阔的发展空间。 点波束的使用是用早期开发投入换来的。为了提供长使用期和广阔的地理范例所需的灵活 性，卫星必须能够任不同的波束之间转换通信能力。这神能力要求星上交换机制，这种机制会 随着波来数量的增加而变得更加复杂。另外，能胜任要求的星上交换机通常还能把卫星的容量 提高一个数量级，以适应许多通信模式的需要，从而使得往开发阶段的早期投入是很情得的。 第四代卫星的出现 前三代宽带卫星一般被看作是接入技术，也就是专门在用户和Internet之间通过传统转发 卫星或弯管式卫星提供宽带连接，与用调制解调器通过地面线路提供连接很相 似。无论那种连 接方式，每条线路每次都是接纳一个用户，而且数据的传送路由选择都是在*设备中进行的。 如果来自许多用户的通信量往一个卫星终端中加以组合问连续地送入数据通道，这种系统可能 是一个效率极高的系统。然而，由于卫星终端变得越来越小、越来越便宜，卫星终端变成了单 个用户的专用设签，线路上就采用辞发通信模式。功率有限的卫星下行链路并不是完全被数据 占满，因此下行链路的通信能力并没有被分分利用。 随着第三代Ka波段转发系统逐渐退出市场，第四代技术正逐步解决这种下行链路效率低问 题。其方法是把通信路由功能从地面*设备转移到空间卫星上，系统设计人员可以将来自许 多猝发用户的通信量在到达卫星下行链路发射机之前进行组合，从而大大提高了效率并围．使 系统每年产生更多的收益。 传输效率的提高可以为更多的用户提供电多可用的按需带宽和服务质量（QoS），因为它可 以动态地、自动地按需分配水使用的通信能力。用户只在他们需要的时候按选择的质量等级为 所使用的业务付费。 星上处理的有效载荷荷设计与转发式设计基本相同。但是，转发式设计中采用的星上电路 交换被星上解调器、交换机和一组下行链路调制器所取代。除高效使用下行链路外，星载解调 器的采用提高了链路的性能，从而缩小用户终端的体积，降低了传送所需的功率，因为信号会 任噪音增大之前经过再生。除隔离上行链路和下行链路干扰外，星载解调器还使接人高度安全， 保证了无关终端抢占下行链路。 星上处理的宽带卫星的核心是一种快速数据分组交换机。不规则输入的数据流经过缓冲后 再分发到各输出信道，保证下行链路在任何通信条件下都保持最大的负荷量。这种“统计复用”， 即几部分所使用的上行信道往下行信道中多路复用（带宽分配），可以将容量完用于传送用户 数据。由于大多数业务是对卫星上行链路以统计方式提供猝发数据业务，所以，统计复用是一 种极为重要的传送能力。 从传统的转发模式问这种处理模人新一代卫星转移时，网络运营商并不清楚哪种结构可以 使吞吐量和收益最大化。有关方面的分析结果，量化了转发器、电路交换和快速数据分组交换 结构的吞吐率，从而确定出在网状网中多媒体通信可以使用的基本通信能力和使用效率（平均 吞吐量）。该项研究使用的通信模型定义厂多种业务，包括广播质量级视频、电视会议、语音 和网上浏览。结果表明，星上处理模式提高了平均杏吐量和用户数据率。由于频率能够往没有 地间设施条件下重复利用，处理模式的基本通信能力和平均吞吐量大大高于转发模式，因为转 发结构要求大量的地面互连才能实现全网连接，即使这样，由于每颗卫星只有一个波束，所以 频率复用是不可能实现的。 电路交换结构通过采用多波束来实现频率更用。波束内的连接只能通过地面的连接关口站 才能实现。电路交换优于转发模式的地方是频率复用。这两种模式最适合传统的广播电视业务， 但并不能满足分布在地理空间上的大量用户之间的多媒体应用的需要。快速数据介组交换模式 就成为满足这一需要的最灵活、效率最高的解决方案，它能让一个波束覆盖的用户直接与网络 中的其他任何终端连接，而无需投资建设大量的地间设施。快速数据分组交换模式还充分利用 了可变速率多媒体的猝发性质，从而高效使用下行链路的基本通信能力。快速数据分组交换模 式有着电路交换和转发模式无法比拟的巨大优势，它可以让网络业务提供商为用户提供数千兆 的通信容量，满足多种通信需求。 此外，星载交换机叶以让交换能力动态地配置卫星连接，为任意数量的特殊使用提供服务。 这就使所提供的多种业务可以根据市场需求的变化调整卫星带宽的分配，快速数据分组交换模 式对以处理某本的ip帧中继、 ATM业务、点对点和多路传送视频、企业网状虚拟专用网（VPN） 和其他许多专用宽带业务。 星上处理与转发有效载荷的主要区别就在于交换机。这种复杂的数据设备的续生成本比简 单的电路交换机略高一点，但与多个转发卫星和地面网络设施的投资相比要少得多。 星上处理宽带卫星系统即将实现 由于具有巨大的需求和市场优势，多项第四代星上处理的设计正处在完善过程中，而且预 计对2003年会推向市场。用户将会从宽带解决方案的更新换代中获得巨大收益，因为在件能提 高的同时价格会大幅度降低。而且，卫星行业为宽带卫星业务的成功实现做好了充分准备。 摘自《卫星通信广播电视》