寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展

電子科技大學(xué)　李興 吳持其



一、寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的現(xiàn)狀



　　近年來，第二代移動蜂窩系統(tǒng)的成功和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的急劇增長表明未來用戶的需要是“能在任何地點(diǎn)和任何時間使用交互的非對稱多媒體業(yè)務(wù)”。以多媒體業(yè)務(wù)和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)為主的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)已成為當(dāng)前通信發(fā)展的新熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)的使用價格昂貴，而且不能適應(yīng)目前多媒體業(yè)務(wù)和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，不能開拓大眾消費(fèi)市場。面對各種系統(tǒng)的競爭，如何在技術(shù)上保證提供業(yè)務(wù)的低價優(yōu)質(zhì)，占領(lǐng)市場，是寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)得以生存和發(fā)展的關(guān)鍵。進(jìn)入90年代以來，商業(yè)網(wǎng)絡(luò)逐漸向應(yīng)用TCP/IP因特網(wǎng)協(xié)議的分組交換型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。寬帶IP衛(wèi)星技術(shù)是這種網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的結(jié)果。它是將衛(wèi)星業(yè)務(wù)搭載在IP網(wǎng)絡(luò)層上營運(yùn)的技術(shù)。這種技術(shù)有利于吸收采納目前蓬勃發(fā)展的IP技術(shù)，降低技術(shù)成本。IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性也有助于降低業(yè)務(wù)成本，使衛(wèi)星通信在大眾消費(fèi)市場上可以和地面系統(tǒng)競爭。



　　96年，美國NASA的ACTS衛(wèi)星（Advanced Communications Technology Satellite）進(jìn)行了622Mbits/s的ATM試驗(yàn)，驗(yàn)證了TCP/IP協(xié)議在衛(wèi)星ATM平臺上的可行性。美國馬里蘭大學(xué)采用真實(shí)的多媒體源在這個系統(tǒng)平臺上進(jìn)行了一個仿真分層網(wǎng)的通信實(shí)驗(yàn)。



　　已經(jīng)進(jìn)入商用化的可以提供衛(wèi)星IP傳輸?shù)南到y(tǒng)稱之為衛(wèi)星IP over DVB系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)開展衛(wèi)星因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的初步嘗試由休斯公司的DirecPC Turbo Internet service成功實(shí)現(xiàn)。這些系統(tǒng)都是根據(jù)大多數(shù)多媒體業(yè)務(wù)用戶的業(yè)務(wù)特點(diǎn)（下載大量視頻、音頻和數(shù)據(jù)信息，但上載信息很小）而設(shè)計(jì)的。它們使用非對稱傳輸方式來降低用戶終端費(fèi)用，并在北美獲得較大的市場。歐洲也在積極發(fā)展這樣的非對稱系統(tǒng)。



　　但是這些早期的應(yīng)用離未來對寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)的要求還有一些距離，在市場定位上還處于探索階段。目前美國和歐洲各國在衛(wèi)星IP技術(shù)方面做了一些嘗試。99年5月11日歐洲發(fā)射了ASTRA衛(wèi)星，組成寬帶、面向大眾的“空中因特網(wǎng)”衛(wèi)星系統(tǒng)。



　　二、寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)



　　目前提出的寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)都采用基于ATM的傳輸技術(shù)。一些國家，如美國、歐洲、日本、澳大利亞對衛(wèi)星ATM層和物理層性能測試的結(jié)果表明，ATM的性能可以滿足ITU-T G.826和I.356的目標(biāo)要求。如果系統(tǒng)采用RS塊狀編碼、交織、FEC技術(shù)，衛(wèi)星鏈路可達(dá)到準(zhǔn)光纖鏈路質(zhì)量，ATM可以作為衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。



　　但是衛(wèi)星ATM實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，與現(xiàn)在的衛(wèi)星傳輸技術(shù)有很大不同。在衛(wèi)星ATM的分層實(shí)現(xiàn)上，存在兩種不同的觀點(diǎn)，一種是不改變現(xiàn)有衛(wèi)星的協(xié)議結(jié)構(gòu)，只是將ATM協(xié)議放在非ATM的衛(wèi)星協(xié)議平臺上。另一種觀點(diǎn)是衛(wèi)星網(wǎng)采用完全的ATM結(jié)構(gòu)，其中衛(wèi)星部分的ATM層是S-ATM（以區(qū)別地面固定網(wǎng)中的ATM層），支持傳統(tǒng)ATM業(yè)務(wù)、TCP/IP應(yīng)用和UDP/IP應(yīng)用。前者的優(yōu)點(diǎn)是衛(wèi)星平臺對不同用戶終端的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是透明的；衛(wèi)星訪問協(xié)議止于關(guān)口站，不會為外界網(wǎng)看到；不需要修改現(xiàn)行的衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)。缺點(diǎn)是很難為各種不同的協(xié)議都提供最好的性能。具有這種分層結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星ATM稱之為在非ATM上的ATM封裝。后者的優(yōu)點(diǎn)是適用于一個高度集成的星地ATM環(huán)境。缺點(diǎn)是協(xié)議復(fù)雜，需要修改現(xiàn)有的各種衛(wèi)星協(xié)議和網(wǎng)間接口協(xié)議。



　　在無線ATM移動性目標(biāo)管理方面，目前已解決了ATM終端用戶在大樓或校園內(nèi)的實(shí)時移動管理問題，試驗(yàn)的移動距離從數(shù)米到數(shù)百米，數(shù)據(jù)率為2-24Mb/s，頻段為2.4GHz或5GHz。但是，含有ATM交換機(jī)的子網(wǎng)整體的移動性管理至今未能解決。該領(lǐng)域內(nèi)也鮮有工作。該應(yīng)用的典型例子是在一架大型客機(jī)上有一個ATM網(wǎng)絡(luò)提供機(jī)上數(shù)百名乘客通信和娛樂業(yè)務(wù)。在此環(huán)境下，終端用戶相對服務(wù)平臺不動，但整個ATM網(wǎng)相對地面網(wǎng)是移動的，兩者之間通過衛(wèi)星建立通信鏈路。一個新的移動管理目標(biāo)是在全球衛(wèi)星與飛機(jī)間通信的特定環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)段（即含有一個或一個以上交換機(jī)的ATM子網(wǎng)）的移動管理。這一目標(biāo)可以發(fā)展為未來全球N-GEO寬帶衛(wèi)星ATM系統(tǒng)的移動管理目標(biāo)。以Teledesic系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)的288顆低軌相對靜止衛(wèi)星和地面設(shè)備都是移動的，其網(wǎng)絡(luò)段的移動管理是一個重要的問題，直接影響系統(tǒng)性能。



　　三、寬帶IP衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展趨勢




　　3.1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繼續(xù)沿衛(wèi)星ATM方向發(fā)展




　　（1）實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)的網(wǎng)間交互控制


　　為滿足多媒體業(yè)務(wù)需要，往往有不同的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如ATM、幀中繼、高速以太風(fēng)和不同的交換技術(shù)如ATM分組交換、IP交換和LAN交換，以便在同一個網(wǎng)際環(huán)境中提供所需的骨干數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。要實(shí)現(xiàn)實(shí)時的多媒體傳輸就必須將這些不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和交換技術(shù)協(xié)調(diào)起來。在IP傳輸網(wǎng)方面，目前國外研究的重點(diǎn)是評估在高速IP風(fēng)中能保證QoS的各種路由和資源管理策略，包括RSVP（Resource ReSerVation Protocol）、分組規(guī)劃（packet scheduling如平等排隊(duì)fair-queuing）和其它一些實(shí)時路由控制協(xié)議如RTP（Real-time Control Protocol）、RTCP（Real-Time Control Protocol）、RTSP（Real-Time Streaming Protocol）等。RSVP和分組規(guī)劃是一種資源預(yù)留協(xié)議，位于IP協(xié)議棧的上面，需要下層路由的支持。RTP和RTCP協(xié)議一般運(yùn)行在UDP/TCP的上面，用于解決端到端的實(shí)時業(yè)務(wù)傳輸?shù)亩〞r問題，包括定時對準(zhǔn)（timestamping）、分組編號（sequence numbering）等。RTP和RTCP協(xié)議經(jīng)過修改可以運(yùn)行在CLNP（Connectionless Network Protocol）、IPX（Internetwork Packet Exchange）、AAL5/ATM或其它協(xié)議之上。RSVP根據(jù)實(shí)時視頻數(shù)據(jù)流在業(yè)務(wù)提供者和用戶之間連續(xù)流動的特點(diǎn)，在IP網(wǎng)上提供遠(yuǎn)端流控機(jī)制，使用戶在一邊播放已解碼的實(shí)時數(shù)據(jù)幀，一邊解壓收到的數(shù)據(jù)幀的同時，能接收實(shí)時數(shù)據(jù)流，保證播放的連續(xù)性。在ATM傳輸網(wǎng)方面，一些研究者將一些IP網(wǎng)的路由技術(shù)和ATM相融合以期更好地解決衛(wèi)星多媒體業(yè)務(wù)的QoS問題（如RSVP over ATM）。除此之外，在實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)交換技術(shù)方面出現(xiàn)了一些新技術(shù)，如IP交換、tag交換、結(jié)合I-PNNI的MPOA（Multiprotocol over ATM）技術(shù)等。這些新技術(shù)將IETF（Internet Engineering Task Force）和ATM論壇新近研究的建議適用于衛(wèi)星寬帶網(wǎng)的環(huán)境，希望更好解決網(wǎng)際間實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)幕ゲ僮鲉栴}。


　�。�2）提高ATM衛(wèi)星環(huán)境下端到端的TCP性能


　　未來的寬帶衛(wèi)星網(wǎng)將和地面ATM/BISDN一起構(gòu)成寬帶INTERNET網(wǎng)（由于衛(wèi)星信道的延時較地面長，其擁塞控制與地面網(wǎng)有很大的不同）。為有效傳送Internet業(yè)務(wù)，有必要分析一下端到端的TCP性能。地面終端通過星上交換機(jī)建立虛通道（VCs）來傳輸ATM信元。為實(shí)現(xiàn)有效的擁塞控制，除流控和VC管理外，地面終端還必須提供IP網(wǎng)和ATM網(wǎng)之間擁塞控制的機(jī)制。星上的ATM交換機(jī)必須采用信元和VC級的業(yè)務(wù)量管理機(jī)制。TCP主機(jī)也要利用各種擁塞控制機(jī)制來實(shí)現(xiàn)有效的帶寬利用。但是目前在算法上還存在很多爭議。


　　在實(shí)現(xiàn)與ATM/BISDN的互連方面需要對星地綜合的寬帶ATM網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時多媒體業(yè)務(wù)管理。


　�。�3）移動管理


　　為了解決目前的移動管理協(xié)議效率低的問題，近期提出了若干新的移動管理方案。比如Tsuguo Kato等人提出的一種高效移動管理方案，該方案基于ATM面向連接和非連接方式的混合模型，為要求QoS保證的業(yè)務(wù)提供類似ATM-SVC（switched virtual connection）的路由，并為要求“盡力傳輸”的業(yè)務(wù)提供類似ATM-CL（connectionless）的路由。其路由策略依照邏輯子網(wǎng)原理進(jìn)行優(yōu)化。在支持含有ATM交換機(jī)的子網(wǎng)整體的移動性管理方面，Sankar Ray，Boeing提出了將ATM論壇的專用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（Private Network-Node Interface，PNNI）V.1協(xié)議擴(kuò)展為一個支持網(wǎng)絡(luò)段移動的有關(guān)定位管理和路由的建議。




　　3.2　新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可能后來居上




　　近年來IP和多媒體技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用已成為一個研究熱點(diǎn)。ITU-R第四研究組于1999年4月26日至5月7日在瑞士日內(nèi)瓦舉行了WP4A、WP4B、4SNG、SG4會議。在WP4B會議上，IP和多媒體技術(shù)在衛(wèi)星中的應(yīng)用作為新技術(shù)課題提案獲得了通過，這對寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展具有重要影響。參加這次大會的有關(guān)人士認(rèn)為，IP很有可能成為未來的主要通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大有取代目前占主導(dǎo)的ATM技術(shù)的勢頭。IP數(shù)據(jù)包通過衛(wèi)星傳輸?shù)目捎枚群托阅苣繕?biāo)與ITU-T G.826和ITU-R S.ATM建議要求是不同的，有關(guān)研究將在2001年完成。關(guān)鍵技術(shù)研究包括衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；支持衛(wèi)星IP運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層協(xié)議的性能需求；IP層協(xié)議或能加強(qiáng)衛(wèi)星鏈路性能的更高層協(xié)議，需要作什么樣的潛在改善；IP保密安全協(xié)議及相關(guān)問題對衛(wèi)星鏈路的要求將產(chǎn)生什么影響；ITU-R為提供與ITU-T和其它標(biāo)準(zhǔn)化組織最合適的聯(lián)絡(luò)應(yīng)作出什么樣的安排等方面。這種技術(shù)若能實(shí)現(xiàn)與地面IP網(wǎng)絡(luò)兼容，半直接影響衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的發(fā)展。


　　衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是地面寬帶IP技術(shù)在通信領(lǐng)域內(nèi)的演變和應(yīng)用，是適應(yīng)衛(wèi)星分組業(yè)務(wù)和降低系統(tǒng)復(fù)雜性的一種嘗試，目的在于廉價地提供用戶滿意的大流量分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，而無須ATM的干預(yù)。采用這種非ATM的IP over Satellite的方案與IP over ATM的方案相比有如下好處：


　　·開銷小。Bell實(shí)驗(yàn)室的仿真表明如果采用IP over ATM over SONET的結(jié)構(gòu)，大約有22％-29％的開銷，而在其中SONET的開銷大約是4％。因此，我們考慮將ATM層去掉，實(shí)現(xiàn)IP over SONET或者IP over SO-CDMA/TDMA。


　　·易于實(shí)現(xiàn)千兆分組網(wǎng)絡(luò)。目前，采用ATM技術(shù)的多媒體衛(wèi)星的實(shí)驗(yàn)干線速率已達(dá)622Mbps。但是在提升到吉比特時，ATM的開銷大這一缺點(diǎn)制約了線速的繼續(xù)提高。


　　·降低系統(tǒng)復(fù)雜度。在RS塊狀編碼、交織和FEC等技術(shù)支持下，衛(wèi)星鏈路可達(dá)準(zhǔn)光纖質(zhì)量。因此無需采用ATM復(fù)雜的QoS保證機(jī)制便能抵御無線信道的誤碼。日本KDD在其“KDD太比特（Terabit）高速公路計(jì)劃（KTH21）”中明確提出不需要ATM交換和SDH終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)。


　　具體的一些研究方向包括：


　�。�1）提供基于LAN的IP互連


　　采用在發(fā)展中的Ipv6和RSVP，基于LAN的IP能支持具有不斷變化QoS量級的實(shí)時業(yè)務(wù)，其方法是沿業(yè)務(wù)流的路徑在各個中轉(zhuǎn)路由器中保留資源。因?yàn)镮Pv6能夠提供雙向交互式業(yè)務(wù)如視頻會議、web瀏覽，這些業(yè)務(wù)的傳輸要求和只要求“盡力（best-effort）傳輸”的業(yè)務(wù)（如ftp）不同，所以無線接口的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議必須包括一個能把QoS要求變?yōu)楹线m的衛(wèi)星MAC PDU的功能塊。也就是說星上的動態(tài)容量分配（DCA）必須與IP層的QoS相配合，并控制端到端的無線LAN的QoS。


　�。�2）適應(yīng)衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)的MAC層協(xié)議


　　MAC層協(xié)議保證分處兩地的通信節(jié)點(diǎn)有能力控制它們之間的分組交換，并有效地管理網(wǎng)絡(luò)帶寬，以充分利用資源。近年來，出現(xiàn)了一系列的MAC層協(xié)議，以適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境的要求。但是這些MAC協(xié)議往往在滿足一些應(yīng)用要求的同時，無法滿足另外一些應(yīng)用要求。當(dāng)我們只考慮衛(wèi)星通信的MAC層協(xié)議時，首先，相當(dāng)一些MAC協(xié)議由于衛(wèi)星時延的限制而不在我們的考慮之內(nèi)，如LAN和WAN的MAC層協(xié)議。第二，一些已被地面網(wǎng)絡(luò)實(shí)用的MAC層協(xié)議，因?yàn)樾l(wèi)星和地面鏈路的傳輸時延不同，而應(yīng)在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中重新評估。第三，衛(wèi)星物理設(shè)備的改變是有限的，因此需要一個簡單可行的控制機(jī)制。第四，衛(wèi)星網(wǎng)的MAC協(xié)議應(yīng)具備容錯和生存能力，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化或系統(tǒng)重構(gòu)時，能正常工作。第五，有利于降低功耗和降低緩存容量，提高信道容量。寬帶衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的MAC層協(xié)議的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)高信道流量、低傳輸時延、信道穩(wěn)定性、協(xié)議可實(shí)現(xiàn)性、信道重構(gòu)性和控制算法的低復(fù)雜度。目前，針對多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的MAC層研究基本上都是關(guān)于MAC層和wmATM（wireless mobile ATM）的疊加模型的性能比較。Hassan Penyravi將現(xiàn)有的MAC層協(xié)議分成5類，比較了在NASA Mars地區(qū)網(wǎng)應(yīng)用背景下，它們對多媒體的支持情況。Janez Bosic研究了在TDMA衛(wèi)星網(wǎng)中采用優(yōu)先權(quán)村記的MAC層協(xié)議來保證ATM傳輸?shù)姆桨浮?


　　這些研究表明，目前尚無一個MAC層協(xié)議針對衛(wèi)星多媒體業(yè)務(wù)做了優(yōu)化工作。因此有必要提出一個適合衛(wèi)星大容量IP分組業(yè)務(wù)的MAC層協(xié)議。我們借鑒了BELL實(shí)驗(yàn)室的用于IP over WDM的簡單鏈路協(xié)議（SDL），并作適當(dāng)?shù)男薷暮笥糜谛l(wèi)星環(huán)境。97年ITU-R提出的骨干網(wǎng)的衛(wèi)星SDH協(xié)議棧。其中SDH是衛(wèi)星SDH，和地面的略有不同。


　　需要研究各種MAC協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)，特別是各種MAC層協(xié)議對多媒體業(yè)務(wù)的支持。影響MAC層的重要參數(shù)包括傳輸時延、帶寬、分組大小和消息幀長度分布。在分析和仿真過程中，需要將特定的業(yè)務(wù)模型放入MAC層協(xié)議中，以研究其性能。


　　（3）星上IP交換機(jī)的結(jié)構(gòu)研究


　　第三層交換是IP網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)光傳輸能力和帶寬飛速增長所必須的，也是超大規(guī)模集成電路，分布式處理等技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。星上交換采用第三層交換技術(shù)，使得構(gòu)建新傳輸體制下的寬帶IP網(wǎng)絡(luò)成為可能。


　　要提高IP交換機(jī)的吞吐量和減少分組在交換機(jī)中的排隊(duì)時長，需要研究交換機(jī)的交換結(jié)構(gòu)（Switching Fabrics）。這一問題和以往ATM交換機(jī)問題有相似處。實(shí)際工作時，有可能出現(xiàn)幾個輸入輸出端口中的信元同時到達(dá)同一輸出端口的情況，這種情況稱為端口競爭。有時這種競爭情況還會發(fā)生在交換結(jié)構(gòu)內(nèi)部，稱為內(nèi)部阻塞（Internal Blocking）。對于交換機(jī)的每一個端口，可能有三個數(shù)據(jù)隊(duì)列：輸入隊(duì)列、輸出隊(duì)列及廣播隊(duì)列，端口控制器用管理這三個隊(duì)列。每個端口都有一定大上的緩沖存儲器，用來緩存上述三個數(shù)據(jù)隊(duì)列。需要研究內(nèi)部無阻塞的交換結(jié)構(gòu)。另外，還需研究交換機(jī)的其他功能：優(yōu)先級設(shè)置、廣播和組播功能。



　�。�4）移動組播管理


　　在采用移動IP協(xié)議進(jìn)行移動管理方面，移動IP組播是一個新的研究方向。IP組播業(yè)務(wù)已經(jīng)占有商業(yè)骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)的20％。而且隨著web-caching和“推”業(yè)務(wù)的發(fā)展而日趨重要。當(dāng)某個IP站點(diǎn)向Internet上的多個IP上點(diǎn)發(fā)送同一數(shù)據(jù)時，IP組播可以減少不必要的重疊發(fā)送，有效地利用網(wǎng)絡(luò)的帶寬，而且雖然增加了IP組播相關(guān)協(xié)議的處理，相對于多次相同的點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸來說，仍舊減少了大量組播路由器和主機(jī)對于IP報(bào)的處理時間。衛(wèi)星獨(dú)有的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單和利于廣播的特性決定了移動IP組播技術(shù)將在寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)中的應(yīng)用前景。目前存在的技術(shù)問題是如何將不對稱廣播類型的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)的對稱式和點(diǎn)到點(diǎn)的蜂窩式互聯(lián)結(jié)構(gòu)集成到一起。




　　3.3　自由空間光碼分多址技術(shù)（SO-CDMA）




　　空間光碼分多址技術(shù)是無線傳輸技術(shù)（RTT）中的關(guān)鍵技術(shù)。星際鏈路的多址方式十分重要，直接影響到系統(tǒng)的性能。


　　目前，在星際自由空間光通信中一般采用TDMA方式。但是由于傳輸距離很長，因而時延較大，難以達(dá)到TDMA系統(tǒng)要求的嚴(yán)格時鐘同步。如果采用國際上最近提出的WDM方式，由于連續(xù)可調(diào)光源的生產(chǎn)存在較大的難度，所以難以滿足WDM要求發(fā)射光源的頻率在較大范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)的要求。我們建議，在衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)中采用空間光碼分多址技術(shù)�？臻g光碼分多址技術(shù)用相互獨(dú)立的光脈沖序列作為每個發(fā)射光源的地址碼，地址碼之間相互正交，各信號源用各自的地址碼調(diào)制，在接收端用相應(yīng)的地址碼進(jìn)行解調(diào)�？臻g光碼分多址技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：


　�。�1）碼分多址特有的抗背景噪音的能力對星際通信特別有用。在自由空間通信系統(tǒng)中，接收機(jī)接收到的不僅有信號光，還有其它用戶發(fā)射的光以及背景光，背景光較地面要強(qiáng)得多，因此對系統(tǒng)性能的影響極大。理論上可以采用光學(xué)濾光器濾除背景光噪聲，但要得到帶寬極窄、穩(wěn)定性高的濾光器（比如原子濾光器）很困難。因?yàn)槔�用地址碼的相關(guān)特性進(jìn)行相關(guān)接收，系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抗噪聲能力。


　　（2）碼分多址無需全網(wǎng)同步，就能良好地支持異步通信和突發(fā)業(yè)務(wù)。又由于只采用一個波長的光源，就無需可調(diào)頻率的光源。


　　它唯一的缺點(diǎn)是占用的頻帶寬，但對有很寬帶資源的光通信來說可以忽略。


　　目前，對空間光CDMA技術(shù)的研究主要集中在如下幾個方面：擴(kuò)頻序列的選擇、調(diào)制方式、信號檢測方法（包括多徑接收和多用戶接收）、功率控制以及同步技術(shù)等。空間光CDMA是今后星際鏈路采用的最重要的方式之一。




　　四、構(gòu)建我國的通信衛(wèi)星骨干網(wǎng)的設(shè)想




　　在構(gòu)建我國的通信衛(wèi)星骨干網(wǎng)時，需要考慮目前的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢和中小商業(yè)企業(yè)的需求。這個通信衛(wèi)星網(wǎng)的特點(diǎn)是：


　�。�1）雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)由雙層衛(wèi)星網(wǎng)組成，下層是各種通信低軌衛(wèi)星，上層是作為數(shù)據(jù)中繼和控制的GEO衛(wèi)星，采用星上處理。低軌衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)往GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星將各個衛(wèi)星發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換和路由，再發(fā)向若干地面控制站。地面控制中心把控制信息發(fā)向GEO衛(wèi)星，再由GEO衛(wèi)星把需要的信息發(fā)向各個低軌衛(wèi)星。


　�。�2）低軌衛(wèi)星和GEO衛(wèi)星之間的業(yè)務(wù)流量是非對稱的。這種非對稱的突發(fā)數(shù)據(jù)方式和多媒體業(yè)務(wù)很接近，在前向鏈路上有靜止圖像、動態(tài)影像、突發(fā)數(shù)據(jù)和話音等，在反向鏈路上基本是控制信息。因此完全可以采用目前國際上關(guān)于多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)研究的成果。


　　（3）鑒于我國衛(wèi)星系統(tǒng)投資小、見效快的要求，我們建議衛(wèi)星系統(tǒng)采用IP技術(shù)。


　　（4）在低軌和靜止軌道衛(wèi)星之間建立基于空間光CDMA的星際鏈路�？臻g光CDMA具有抗干擾、保密性好的特點(diǎn)。


　�。�5）和地面通信系統(tǒng)的互連�？梢院偷孛嫱ㄐ啪W(wǎng)組成一個綜合系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)天地一體化。因此，我們可以將我們構(gòu)想的這個通信衛(wèi)星網(wǎng)看作一個寬帶多媒體衛(wèi)星網(wǎng)的核心網(wǎng)。


　　隨著多媒體業(yè)務(wù)和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的迅速增長，人們已開始更多地關(guān)注衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)。3GPP Release99指出第三代移動通信系統(tǒng)將統(tǒng)一在IP核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)上。這也說明了未來通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢。寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)開辟的新的市場也許會帶來衛(wèi)星通信的又一次大發(fā)展。



摘自《中國衛(wèi)通》2003.4