浅谈宽带卫星通信系统

韩国舞族

   

　　将卫星通信与因特网相结合正在成为通信业界的一个热点。

　　自1994年以来，陆续出现了许多雄心勃勃的空中因特网方案，其中有些采用的技术及业务在地理上和种类上的覆盖都有着重大突破，对通信业界乃至整个社会生活都将产生影响。据不完全统计，目前世界各国提出的宽带卫星通信系统方案多达85个，其中一些将可能发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为实现全球无缝个人通信、因特网空中高速通道必不可少的手段。

　　我们正在进入“Internet时代”，全球商务活动的需要和人们对信息无止境的追求，刺激了企业网和因特网的爆炸性增长，用户一直在努力寻求可给他们带来更多数据的解决方案，结果导致对带宽需求的猛长。近些年来，缺乏带宽的用户以惊人的速度尝试了Tl线，xDSL，Cable Modem，ATM和各种无线技术。最近，对更高带宽的追求导致了一个新市场的开拓：一种付得起费的、可靠的、安全的、可无缝地嵌入陆地网的宽带卫星通信方案。

　　宽带卫星通信也称多媒体卫星通信，指的是通过卫星进行语音、数据、图像和视像的处理和传送。因为卫星通信系统的带宽远小于光纤线路，所以几十兆比特每秒就称为宽带通信了。提供更大带宽仅是卫星通信方案的一部分，基于卫星的通信也为许多新应用和新业务提供了机会。

　　1994年休斯网络系统公司在世界上首先开发出能与个人计算机互联的DirecPC接收系统，使PC机用户可利用电视直播卫星的小口径接收天线高速下载因特网上的大容量信息，在拥挤不堪的地面因特网线路之外另辟了一条高速的空中下载通道。紧随其后，许多大的卫星公司纷纷推出了用于因特网和增值业务的VSAT系统，它们已经成为世界性因特网高速发展的一个组成部分。更引人注目的是基于非静止轨道卫星群星座的全球宽带卫星通信系统的宏大计划的提出和实施，展示了卫星在未来的宽带、高速和多媒体通信应用中的美好前景。据不完全统计，各国提出的宽带卫星通信系统方案多达85个，这些系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送和作为地面多媒体通信系统的接入手段。其中，一些宽带卫星通信系统可能发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为实现全球无缝个人通信、因特网空中高速通道必不可少的手段；当然大部分最终可能成为纸上系统。

一、宽带卫星通信市场前景光明

　　据权威咨询公司预测，到2005年，卫星通信分享全世界传输业务的宽带市场的市场份额将达到160亿美元，另据美国摩托罗拉公司在1997年的预测：15年后宽带通信市场可达每年6500亿美元，其中卫星通信可占20％～30％的份额，也就是说，宽带卫星通信市场每年可达1300～1 950亿美元。

尽管大力敷设光纤仍是整个世界的发展趋势，但即使按最乐观的成本和时间表，把世界用光纤连接起来仍需要10万亿美元投资和20～25年时间。建立卫星通信网则相对迅速、安全，而且在全球性扩展因特网接入范围之时，卫星通信显示出许多较其他传输媒体优越的特性：终端架设方便快捷；覆盖面十分广阔（跨国、跨洲或全球）；链路的通信成本与传输距离无关；通信可以克服海洋、沙漠、高山等自然地理障碍；终端可以在边远地区或农村环境下完全独立地运行；技术是成熟的和即时可用的。

　　此外，同步轨道卫星（GEO）的多点广播特性和低轨道卫星（LEO）的实时性和灵活性结合起来，可以很好地满足高速交互式业务和广播业务的需求。

二、利用卫星实现宽带通信已有一定的技术基础

　　卫星通信的可用频谱资源很有限，建设宽带网必然要采用更高频率。目前的宽带卫星业务基本是使用Ku频段，但Ku频段的应用已经非常拥挤，故计划中的宽带卫星通信网基本是采用Ka频段，通过同步轨道卫星、非静止轨道卫星或两者的混合卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。采用这样的方案已有一定的技术基础。

　　1、Ka频段卫星通信技术己有基础

　　卫星通信要利用Ka频段必须解决下列关键技术问题：

　　* 克服信号雨衰；

　　* 研制复杂的Ka频段星上处理器；

　　* 保证高速传输的数据没有明显的时延；

　　* 保持星座中有关卫星之间的有效通信；

　　* 通过星上交换进行数据包的路由选择。

　　国际上特别是欧洲、美国，有关Ka频段卫星通信概念和关键技术的试验工作已做了不少，可以说，现代卫星通信技术的发展已为解决后四项关键技术打下了基础，而降雨对信号的衰减是波长在1～1.5cm之间的Ka频段的特殊问题。由于使用的波长和雨滴的大小相仿，雨滴将使信号发生畸变。目前正在设计的Ka频段的卫星通信系统，因降雨衰减而引起的通信中断平均每月要超过3小时。这就难于满足一般电信用户通信可利用率达到99.9％的要求。目前，为了克服雨衰问题已提出几个解决方法：

　　(1)加大天线尺寸和信号功率，但这会增加卫星的成本。

　　(2)设立更多的地面终端站，从而使信号能沿多条路径传送，但这会增加地面 系统的成本。

　　(3)通过控制功率分配，增大对降雨地区的传输功率。采用这个措施会增加卫星的复杂性，特别是提高了对控制软件的要求。

　　(4)发展对信号畸变的校正技术。

　　Ka频段的卫星通信系统雨衰问题的解决，在一定程度上是服务质量和费用的折衷。若要保证Ka频段卫星通信业务的高可靠性和高利用率，就必须在链路设计中留有一定余量来避免因暴雨造成通信中断。但这种余量在正常的天气情况下却是一种浪费，会导致整个系统的成本增加和终端的价格上升。

　　2.低轨道卫星星座组网技术积累了经验

　　以铱星、全球星和ICO为代表的非静止轨道卫星通信系统取得了很大进展，铱星系统已投入了运行。这些系统的建造促进了星座组网、星上处理和星间通信等技术的发展，开发过程中积累的卫星设计能力、卫星制造技术、大卫星系统集成和超大系统管理经验都将直接应用到全球宽带多媒体通信系统。可以说，全球个人移动电话系统奠定了发展全球宽带多媒体通信系统的基础。

三、多媒体VSAT系统——当前 宽带卫星通信的重要角色

　　由于因特网的驱动，卫星通信也转向满足数据通信的全面需求。传统的同步通信卫星已发展成为非常强大的多种用途系统；VSAT正演变成为真正的多媒体终端，可提供基本话音、数据和图像传输。这些终端提供有价值而又有特色的服务，使用户不论其所在地的通信基础设施先进程度如何都能够从中受益，如在发达国家VSAT终端正在提供直接到家的因特网接入和其他多媒体服务，在发展中国家VSAT终端为ISP提供基本的远程因特网接入服务，在发展中国家或不发达地区VSAT终端提供多种通信业务（如电话、因特网接入以及图像传输）。

　　一些在VSAT市场角逐的大公司，正在投入大量的资金和人力进行一场提高网络速率的竞争。因为VSAT网的速率越高，销售和购买它的公司就越有竞争力。当今的VSAT网能提供高达8Mb/s的出站链路速率，许多VSAT公司计划使网络速率达到20 Mb/s或更高。