空間信息高速公路

空間信息高速公路（王明忠）
    摘要  隨著信息高速公路的提出，衛(wèi)星通信將進入寬帶通信領(lǐng)域，即空間信息高速
公路，這是衛(wèi)星通信未來發(fā)展的熱點之一。
    關(guān)鍵詞  空間信息高速公路  寬帶通信  異步轉(zhuǎn)移模式  
    信息高速公路是基于光線通信成熟發(fā)展而提出的。隨著多媒體業(yè)務(wù)的普及，對信息
傳輸能力、數(shù)據(jù)存儲容量等提出了更高的要求，使用戶接入的瓶頸問題更為突出。面對
這種情況，一向看好的光纖通信也難以解決。為此，人們又想到了衛(wèi)星通信。
    衛(wèi)星通信具有許多獨特的性能，近年來，衛(wèi)星寬帶傳輸取得了可喜的進展，形成了
衛(wèi)星通信未來發(fā)展熱點，即空間信息高速公路。
    1衛(wèi)星ATM的進展情況
    為了證實衛(wèi)星通信的寬帶傳輸特性，特別是衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)工作的可能性，許多國家先
后進行了衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)試驗。已開展ATM網(wǎng)絡(luò)試驗的主要有美國、加拿大、日本及西歐的
一些國家，都取得了較好的試驗效果，證實了衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)是可行的。有些國家將在近1
-2年內(nèi)正式提供衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)服務(wù)。
    2空間信息高速公路中的主要技術(shù)問題
    空間信息高速公路與地面信息高速公路一樣，肩負(fù)寬帶信息傳輸，提供各類寬帶商
業(yè)服務(wù)。具體講，信息高速公路必須具備以下性能：信息高速傳輸通道；高速鏈路網(wǎng)絡(luò)；
對任何人都可提供多媒體業(yè)務(wù)；信息速率的超大動態(tài)范圍。要實現(xiàn)上述性能要求，必然
涉及到許多技術(shù)問題。這里僅幾個關(guān)鍵問題，予以簡要的論述。
    2.1頻帶資源
    衛(wèi)星所能提供的頻率資源遠小于光纖，如一個C+Ku頻段同步衛(wèi)星的頻帶容量相當(dāng)于
6.85條155Mb/s信道，而一對光纖則能提供16條155Mb/s信道。一個C頻段衛(wèi)星的工作頻帶
一般只有500MHz，即使擴展后也只有800MHz。因此，要適應(yīng)寬帶通信的需求，特別是要
實現(xiàn)空間信息高速公路，就必需開發(fā)新的頻率資源。
    早在70年代末或80年代初，美國、加拿大、日本以及歐洲一些國家，就已開始有關(guān)
Ka頻段的開發(fā)工作，并通過同步衛(wèi)星作了大量試驗，取得了預(yù)期的效果。Ka頻段上行頻
率范圍31GHz-37GHz，下行頻率范圍17.7GHz-21.2GHz。工作帶寬3GHz-4GHz，遠大于C頻
段和Ku頻段。但Ka頻段的雨衰較大，需采用相應(yīng)的技術(shù)措施予以克服。
    Ka頻段成功開發(fā)后，不少技術(shù)先進的國家正在向更高的頻段，即Q、V頻段進軍。如
日本，計劃于2000年初發(fā)射毫米波的試驗衛(wèi)星ETS。Q、V頻段的頻率范圍是36GHz-51.4G
Hz，可用帶寬將更寬。
    2.2衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)
    ATM是80年代出現(xiàn)的一項重要的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，主要特征是：對于信息的傳輸、復(fù)用
和交換，都以相同的信元為基本單位。這一傳輸技術(shù)既可提供足夠的工作帶寬，又有提
供高質(zhì)量的業(yè)務(wù)，因而發(fā)展迅速，被稱為信息高速公路的橋梁，是實現(xiàn)信息高速公路的
關(guān)鍵技術(shù)。
    但在衛(wèi)星ATM網(wǎng)的具體實施中，應(yīng)考慮到衛(wèi)星通信的特點和地面ATM網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀。
    衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)除了衛(wèi)星通信通常所具有的設(shè)備外，增加了衛(wèi)星ATM連接單元。該單元
是衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備。
2.3衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)連接單元
    （1）衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)連接單元的主要功能：負(fù)責(zé)系統(tǒng)頻帶資源的管理控制；系統(tǒng)管理；
實時帶寬劃分；網(wǎng)絡(luò)接入控制；系統(tǒng)定時與同步控制；呼監(jiān)視；差錯控制；信息類型控
制。
    （2）衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)連接單元的組成
    衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)連接單元的各種傳輸方式將ATM信息單元送到衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)連接單元時，
先經(jīng)過SDH／PDH接口，然后進行ATM信元的提取。按所提取ATM信元信息等級的不同，劃
分為不同的類別。再根據(jù)其優(yōu)先級別的不同，分別送入不同的緩沖器，等待進入衛(wèi)星信
道。
    為了保證ATM網(wǎng)是無縫的，衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)接口單元必須支持目前已經(jīng)應(yīng)用的各種ATM
傳輸方法，如異步光纖網(wǎng)絡(luò)（SONET）、異步數(shù)字系列（SDH）、同步數(shù)字系列（PDH），
以及物理層轉(zhuǎn)換協(xié)議（PLCP）。
    衛(wèi)星信道往往因受干擾而引起誤碼，在衛(wèi)星ATM連接單元中，采用了有效的差錯糾
正編碼，這樣才能與用光纖為傳輸媒體的地面ATM網(wǎng)絡(luò)的誤碼性能匹配。
    衛(wèi)星的頻率資源非常寶貴，如何合理地分配，需要有一個靈活而又有效的頻率管理。
連接管理單元正是完成這一功能的。對工作頻帶動態(tài)且有效的分配，還取決于用戶的不
同要求。
    按需分配多址接入（DAMA）是衛(wèi)星通信一項極為重要的技術(shù)，DAMA僅在用戶需求時，
才實時分配相應(yīng)的工作帶寬，使衛(wèi)星頻率資源得到最合理、最有效的應(yīng)用。衛(wèi)星ATM網(wǎng)
絡(luò)也采用了這一技術(shù)，并由網(wǎng)絡(luò)連接單元負(fù)責(zé)實施。
3衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)必須考慮的其他因素
    衛(wèi)星通信可采用不同軌道的通信衛(wèi)星，組成各自的寬帶傳輸系統(tǒng)，但必須了解因衛(wèi)
星軌道不同所造成的不同影響。
    由于靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的軌道高達36000km左右，信號傳輸時延很大，往返時
延約為500ms。顯然，它僅適合用于對時延要求不太嚴(yán)格的情況。
    對于近年來發(fā)展的中、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，由于軌道高度較低（中軌道約10000km，
低軌道約1000km），信號傳輸時延很小，可用于對時延要求嚴(yán)格的各種通信協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，
如TCP／IP。
    衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過幾年的研究、開發(fā)和試驗已日趨完善，并將在空間信息高速公路
的建設(shè)中發(fā)揮橋梁作用。但我們首先應(yīng)當(dāng)考慮的是，如何保證衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)能提供高質(zhì)
量業(yè)務(wù)。要想讓用戶自愿采用衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡(luò)，主要取決于衛(wèi)星鏈路能否提供較高的質(zhì)量
和較低的成本。
    預(yù)計到2005年，全球?qū)拵�通信市場的潛在用戶將超過4億，空間信息高速公路將占
有極大的比例，特別是在移動通信領(lǐng)域。因此，加快發(fā)展空間信息高速公路是衛(wèi)星通信
未來發(fā)展的方向。