寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用趨勢

寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用趨勢
    寬 帶衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)將在未來幾年中得到快速發(fā)展。轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星有效載荷設(shè)計將以傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)
發(fā)器為基礎(chǔ)，蛤是星上交換和處理有效載佝設(shè)計將利用寬帶衛(wèi)星和頻率資源。寬帶衛(wèi)星要取得
成功，關(guān)鍵是所提供的業(yè)務(wù)的價格要有競爭力，而且要能夠適應(yīng)未來十年通信十場的急劇變化。
    衛(wèi)星可以有效彌補地面通信網(wǎng)之不足，但必須是提供通過太空傳輸所能提供的效果更好的
服務(wù)。
    有證據(jù)表明，只有那些往提供最大限度通信量的問時還能靈活地適應(yīng)市場對帶寬需求的設(shè)
計才能算是成功的設(shè)計。本文將要說明衛(wèi)星通信能力的發(fā)展是如阿導(dǎo)致了能在星上處理信號從
而文現(xiàn)最大通信量和靈活性的全新一代衛(wèi)星的出現(xiàn)。適應(yīng)市場需求的變化
    未來衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的市場需求將與地面通信面臨的一樣，即帶寬更寬，功能更強，價格更
低。通信容量最大和終端最簡便的寬帶系統(tǒng)將有市場優(yōu)勢。但是，寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)的靈活性已具
有自身的優(yōu)勢。
    用戶將把始終在線的高速數(shù)據(jù)連接作為日常生活的一部分。但是，地面寬帶鏈路的有效距
離，無論有線還是無線，一般都小十于它們將要替代的話音系統(tǒng)的有效距離。這就有可能在城
市中產(chǎn)生許多寬帶“孤島”，在人煙稀少的地區(qū)情況會更加嚴(yán)重，而且沉重的系統(tǒng)費用會使專
用的地問系統(tǒng)非常不經(jīng)濟。在這些地區(qū)，衛(wèi)星自然成為應(yīng)該選擇的寬帶通信手段。
    衛(wèi)星一直是真正的提供全球服務(wù)的手段，因為來自人空的信號井不區(qū)分接受它的是城市天
線還是鄉(xiāng)村天線。使下一代寬貸業(yè)務(wù)不同于過去衛(wèi)星系統(tǒng)的是其目標(biāo)價格可以同地面?zhèn)鬏斚喔?br />爭。這表明衛(wèi)星提供的寬帶傳輸能夠連接難于利達的地區(qū)，從而成為一種真正的大規(guī)模市場業(yè)務(wù)。
    但是，廣大的地理區(qū)域意味著每顆地球同步衛(wèi)星將為多個國家服務(wù)，而且面臨的帶寬和業(yè)
務(wù)需求上會多種多樣。在某一時期，有些國家可能對Internet接人需求較多，向其他國家可能
會產(chǎn)生大量的視頻多點傳送或企業(yè)同數(shù)據(jù)需求。這些情況不但會隨著經(jīng)濟氣候的變化而變化，
而且每小時部可能發(fā)生變化，因為每個大陸部橫跨多個時區(qū)，同時特殊事件也會造成需求的突
然轉(zhuǎn)變。因此，只有采用最新的按需分配帶寬的技術(shù)，衛(wèi)星設(shè)計人員才能保證系統(tǒng)在其整個使
用期中始終具備優(yōu)良的費效比。
寬帶業(yè)務(wù)的四種類型
    用戶將在今后幾年中看到四種完全不同的寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)。第一種是一種混合了類似DTH數(shù)據(jù)
傳輸?shù)膫魉图夹g(shù)，它已經(jīng)在諸如DirectPC這樣的產(chǎn)品中被應(yīng)用。用戶之間共享有限帶寬的衛(wèi)星
下行鏈路，用戶在網(wǎng)上的瀏覽速度會因此而提高，條件是同時在線的人數(shù)不能太多。用戶上行
傳輸使用的仍然是傳統(tǒng)的電話調(diào)制解調(diào)器，從而限制了所支持的業(yè)務(wù)。
    這些第一代衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)已經(jīng)被并不依賴調(diào)制解調(diào)器連接的雙向業(yè)務(wù)所取代。除簡化連接
外，雙向業(yè)務(wù)提供了更專用的衛(wèi)星帶寬，而且可以更快地發(fā)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種業(yè)務(wù)實現(xiàn)了
個人網(wǎng)站主機和有限的交互服務(wù)。
    這兩種早期的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)都依賴于已有的Ku波段（11GHz）衛(wèi)星，這使得它們可以很快地
聞署妥當(dāng)，但也正因為這樣，它們對于長期應(yīng)用來悅，并不是最具費效比和靈活性的資源。然
而，對于短期應(yīng)用來悅，它們會因額外的轉(zhuǎn)發(fā)器能力而產(chǎn)生收益，而且會贏得地理上孤立的利
早期采用這些技術(shù)的這兩部分市場份額。
    真正的寬帶性能是任第三代系統(tǒng)中出現(xiàn)的，而且第三代系統(tǒng)已經(jīng)進入生產(chǎn)階段并將在2001
年下半年投放市場。第三代系統(tǒng)并不像第一和第二代系統(tǒng)那樣依賴傳統(tǒng)的Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，而是
采用Ka波段（18－30GHz）來實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間的傳輸。頻率更高的Ka波段系統(tǒng)可以輕松地實
現(xiàn)衛(wèi)星的點波束傳送，這種方式在與信道化交換結(jié)合時，一顆Ka波段衛(wèi)星提供的通信能力能夠
達到一顆Ku衛(wèi)星通信能力的4倍以上。雖然系統(tǒng)的成本會高一點，但是潛在用戶的數(shù)量會因此達
到大規(guī)模市場應(yīng)有的比例，而且每條線路的實際成本會大大降低。使用這些系統(tǒng)，Ka波段第一
次讓衛(wèi)星以可與城市地區(qū)地面?zhèn)魉痛篌w相當(dāng)?shù)膬r格為廣大用戶提供面向接入的線路。這種技術(shù)
在對接入業(yè)務(wù)的價格極其敏感的廣大住宅用戶市場有著廣闊的發(fā)展空間。
    點波束的使用是用早期開發(fā)投入換來的。為了提供長使用期和廣闊的地理范例所需的靈活
性，衛(wèi)星必須能夠任不同的波束之間轉(zhuǎn)換通信能力。這神能力要求星上交換機制，這種機制會
隨著波來數(shù)量的增加而變得更加復(fù)雜。另外，能勝任要求的星上交換機通常還能把衛(wèi)星的容量
提高一個數(shù)量級，以適應(yīng)許多通信模式的需要，從而使得往開發(fā)階段的早期投入是很情得的。
    第四代衛(wèi)星的出現(xiàn)
    前三代寬帶衛(wèi)星一般被看作是接入技術(shù)，也就是專門在用戶和Internet之間通過傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)
衛(wèi)星或彎管式衛(wèi)星提供寬帶連接，與用調(diào)制解調(diào)器通過地面線路提供連接很相 似。無論那種連
接方式，每條線路每次都是接納一個用戶，而且數(shù)據(jù)的傳送路由選擇都是在中央設(shè)備中進行的。
如果來自許多用戶的通信量往一個衛(wèi)星終端中加以組合問連續(xù)地送入數(shù)據(jù)通道，這種系統(tǒng)可能
是一個效率極高的系統(tǒng)。然而，由于衛(wèi)星終端變得越來越小、越來越便宜，衛(wèi)星終端變成了單
個用戶的專用設(shè)簽，線路上就采用辭發(fā)通信模式。功率有限的衛(wèi)星下行鏈路并不是完全被數(shù)據(jù)
占滿，因此下行鏈路的通信能力并沒有被分分利用。
    隨著第三代Ka波段轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)逐漸退出市場，第四代技術(shù)正逐步解決這種下行鏈路效率低問
題。其方法是把通信路由功能從地面中央設(shè)備轉(zhuǎn)移到空間衛(wèi)星上，系統(tǒng)設(shè)計人員可以將來自許
多猝發(fā)用戶的通信量在到達衛(wèi)星下行鏈路發(fā)射機之前進行組合，從而大大提高了效率并圍．使
系統(tǒng)每年產(chǎn)生更多的收益。
    傳輸效率的提高可以為更多的用戶提供電多可用的按需帶寬和服務(wù)質(zhì)量（QoS），因為它可
以動態(tài)地、自動地按需分配水使用的通信能力。用戶只在他們需要的時候按選擇的質(zhì)量等級為
所使用的業(yè)務(wù)付費。
    星上處理的有效載荷荷設(shè)計與轉(zhuǎn)發(fā)式設(shè)計基本相同。但是，轉(zhuǎn)發(fā)式設(shè)計中采用的星上電路
交換被星上解調(diào)器、交換機和一組下行鏈路調(diào)制器所取代。除高效使用下行鏈路外，星載解調(diào)
器的采用提高了鏈路的性能，從而縮小用戶終端的體積，降低了傳送所需的功率，因為信號會
任噪音增大之前經(jīng)過再生。除隔離上行鏈路和下行鏈路干擾外，星載解調(diào)器還使接人高度安全，
保證了無關(guān)終端搶占下行鏈路。
    星上處理的寬帶衛(wèi)星的核心是一種快速數(shù)據(jù)分組交換機。不規(guī)則輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過緩沖后
再分發(fā)到各輸出信道，保證下行鏈路在任何通信條件下都保持最大的負(fù)荷量。這種“統(tǒng)計復(fù)用”，
即幾部分所使用的上行信道往下行信道中多路復(fù)用（帶寬分配），可以將容量完用于傳送用戶
數(shù)據(jù)。由于大多數(shù)業(yè)務(wù)是對衛(wèi)星上行鏈路以統(tǒng)計方式提供猝發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，所以，統(tǒng)計復(fù)用是一
種極為重要的傳送能力。
    從傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)模式問這種處理模人新一代衛(wèi)星轉(zhuǎn)移時，網(wǎng)絡(luò)運營商并不清楚哪種結(jié)構(gòu)可以
使吞吐量和收益最大化。有關(guān)方面的分析結(jié)果，量化了轉(zhuǎn)發(fā)器、電路交換和快速數(shù)據(jù)分組交換
結(jié)構(gòu)的吞吐率，從而確定出在網(wǎng)狀網(wǎng)中多媒體通信可以使用的基本通信能力和使用效率（平均
吞吐量）。該項研究使用的通信模型定義廠多種業(yè)務(wù)，包括廣播質(zhì)量級視頻、電視會議、語音
和網(wǎng)上瀏覽。結(jié)果表明，星上處理模式提高了平均杏吐量和用戶數(shù)據(jù)率。由于頻率能夠往沒有
地間設(shè)施條件下重復(fù)利用，處理模式的基本通信能力和平均吞吐量大大高于轉(zhuǎn)發(fā)模式，因為轉(zhuǎn)
發(fā)結(jié)構(gòu)要求大量的地面互連才能實現(xiàn)全網(wǎng)連接，即使這樣，由于每顆衛(wèi)星只有一個波束，所以
頻率復(fù)用是不可能實現(xiàn)的。
    電路交換結(jié)構(gòu)通過采用多波束來實現(xiàn)頻率更用。波束內(nèi)的連接只能通過地面的連接關(guān)口站
才能實現(xiàn)。電路交換優(yōu)于轉(zhuǎn)發(fā)模式的地方是頻率復(fù)用。這兩種模式最適合傳統(tǒng)的廣播電視業(yè)務(wù)，
但并不能滿足分布在地理空間上的大量用戶之間的多媒體應(yīng)用的需要。快速數(shù)據(jù)介組交換模式
就成為滿足這一需要的最靈活、效率最高的解決方案，它能讓一個波束覆蓋的用戶直接與網(wǎng)絡(luò)
中的其他任何終端連接，而無需投資建設(shè)大量的地間設(shè)施�？焖贁�(shù)據(jù)分組交換模式還充分利用
了可變速率多媒體的猝發(fā)性質(zhì)，從而高效使用下行鏈路的基本通信能力。快速數(shù)據(jù)分組交換模
式有著電路交換和轉(zhuǎn)發(fā)模式無法比擬的巨大優(yōu)勢，它可以讓網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供商為用戶提供數(shù)千兆
的通信容量，滿足多種通信需求。
    此外，星載交換機葉以讓交換能力動態(tài)地配置衛(wèi)星連接，為任意數(shù)量的特殊使用提供服務(wù)。
這就使所提供的多種業(yè)務(wù)可以根據(jù)市場需求的變化調(diào)整衛(wèi)星帶寬的分配，快速數(shù)據(jù)分組交換模
式對以處理某本的IP幀中繼、 ATM業(yè)務(wù)、點對點和多路傳送視頻、企業(yè)網(wǎng)狀虛擬專用網(wǎng)（VPN）
和其他許多專用寬帶業(yè)務(wù)。
    星上處理與轉(zhuǎn)發(fā)有效載荷的主要區(qū)別就在于交換機。這種復(fù)雜的數(shù)據(jù)設(shè)備的續(xù)生成本比簡
單的電路交換機略高一點，但與多個轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星和地面網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的投資相比要少得多。
星上處理寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)即將實現(xiàn)
    由于具有巨大的需求和市場優(yōu)勢，多項第四代星上處理的設(shè)計正處在完善過程中，而且預(yù)
計對2003年會推向市場。用戶將會從寬帶解決方案的更新?lián)Q代中獲得巨大收益，因為在件能提
高的同時價格會大幅度降低。而且，衛(wèi)星行業(yè)為寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)的成功實現(xiàn)做好了充分準(zhǔn)備。
摘自《衛(wèi)星通信廣播電視》