淺談寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

將衛(wèi)星通信與因特網(wǎng)相結(jié)合正在成為通信業(yè)界的一個(gè)熱點(diǎn)。自1994年以來(lái)，陸續(xù)出現(xiàn)了許多雄心勃勃的空中因特網(wǎng)方案，其中有些采用的技術(shù)及業(yè)務(wù)在地理上和種類上的覆蓋都有著重大突破，對(duì)通信業(yè)界乃至整個(gè)社會(huì)生活都將產(chǎn)生影響。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前世界各國(guó)提出的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案多達(dá)85個(gè)，其中一些將可能發(fā)展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫個(gè)人通信、因特網(wǎng)空中高速通道必不可少的手段。

　　我們正在進(jìn)入“Internet時(shí)代”，全球商務(wù)活動(dòng)的需要和人們對(duì)信息無(wú)止境的追求，刺激了企業(yè)網(wǎng)和因特網(wǎng)的爆炸性增長(zhǎng)，用戶一直在努力尋求可給他們帶來(lái)更多數(shù)據(jù)的解決方案，結(jié)果導(dǎo)致對(duì)帶寬需求的猛長(zhǎng)。近些年來(lái)，缺乏帶寬的用戶以驚人的速度嘗試了Tl線，xDSL，Cable Modem，ATM和各種無(wú)線技術(shù)。最近，對(duì)更高帶寬的追求導(dǎo)致了一個(gè)新市場(chǎng)的開(kāi)拓：一種付得起費(fèi)的、可靠的、安全的、可無(wú)縫地嵌入陸地網(wǎng)的寬帶衛(wèi)星通信方案。

　　寬帶衛(wèi)星通信也稱多媒體衛(wèi)星通信，指的是通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像和視像的處理和傳送。因?yàn)樾l(wèi)星通信系統(tǒng)的帶寬遠(yuǎn)小于光纖線路，所以幾十兆比特每秒就稱為寬帶通信了。提供更大帶寬僅是衛(wèi)星通信方案的一部分，基于衛(wèi)星的通信也為許多新應(yīng)用和新業(yè)務(wù)提供了機(jī)會(huì)。

　　1994年休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司在世界上首先開(kāi)發(fā)出能與個(gè)人計(jì)算機(jī)互聯(lián)的DirecPC接收系統(tǒng)，使PC機(jī)用戶可利用電視直播衛(wèi)星的小口徑接收天線高速下載因特網(wǎng)上的大容量信息，在擁擠不堪的地面因特網(wǎng)線路之外另辟了一條高速的空中下載通道。緊隨其后，許多大的衛(wèi)星公司紛紛推出了用于因特網(wǎng)和增值業(yè)務(wù)的VSAT系統(tǒng)，它們已經(jīng)成為世界性因特網(wǎng)高速發(fā)展的一個(gè)組成部分。更引人注目的是基于非靜止軌道衛(wèi)星群星座的全球?qū)拵�衛(wèi)星通信系統(tǒng)的宏大計(jì)劃的提出和實(shí)施，展示了衛(wèi)星在未來(lái)的寬帶、高速和多媒體通信應(yīng)用中的美好前景。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，各國(guó)提出的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案多達(dá)85個(gè)，這些系統(tǒng)主要用于多信道廣播、Internet和Intranet的遠(yuǎn)程傳送和作為地面多媒體通信系統(tǒng)的接入手段。其中，一些寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)可能發(fā)展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實(shí)現(xiàn)全球無(wú)縫個(gè)人通信、因特網(wǎng)空中高速通道必不可少的手段；當(dāng)然大部分最終可能成為紙上系統(tǒng)。

　　一、寬帶衛(wèi)星通信市場(chǎng)前景光明

　　據(jù)權(quán)威咨詢公司預(yù)測(cè)，到2005年，衛(wèi)星通信分享全世界傳輸業(yè)務(wù)的寬帶市場(chǎng)的市場(chǎng)份額將達(dá)到160億美元，另?yè)?jù)美國(guó)摩托羅拉公司在1997年的預(yù)測(cè)：15年后寬帶通信市場(chǎng)可達(dá)每年6500億美元，其中衛(wèi)星通信可占20％～30％的份額，也就是說(shuō)，寬帶衛(wèi)星通信市場(chǎng)每年可達(dá)1300～1 950億美元。
盡管大力敷設(shè)光纖仍是整個(gè)世界的發(fā)展趨勢(shì)，但即使按最樂(lè)觀的成本和時(shí)間表，把世界用光纖連接起來(lái)仍需要10萬(wàn)億美元投資和20～25年時(shí)間。建立衛(wèi)星通信網(wǎng)則相對(duì)迅速、安全，而且在全球性擴(kuò)展因特網(wǎng)接入范圍之時(shí)，衛(wèi)星通信顯示出許多較其他傳輸媒體優(yōu)越的特性：終端架設(shè)方便快捷；覆蓋面十分廣闊（跨國(guó)、跨洲或全球）；鏈路的通信成本與傳輸距離無(wú)關(guān)；通信可以克服海洋、沙漠、高山等自然地理障礙；終端可以在邊遠(yuǎn)地區(qū)或農(nóng)村環(huán)境下完全獨(dú)立地運(yùn)行；技術(shù)是成熟的和即時(shí)可用的。
此外，同步軌道衛(wèi)星（GEO）的多點(diǎn)廣播特性和低軌道衛(wèi)星（LEO）的實(shí)時(shí)性和靈活性結(jié)合起來(lái)，可以很好地滿足高速交互式業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)的需求。

　　二、利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)寬帶通信已有一 定的技術(shù)基礎(chǔ)

　　衛(wèi)星通信的可用頻譜資源很有限，建設(shè)寬帶網(wǎng)必然要采用更高頻率。目前的寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)基本是使用Ku頻段，但Ku頻段的應(yīng)用已經(jīng)非常擁擠，故計(jì)劃中的寬帶衛(wèi)星通信網(wǎng)基本是采用Ka頻段，通過(guò)同步軌道衛(wèi)星、非靜止軌道衛(wèi)星或兩者的混合衛(wèi)星群系統(tǒng)提供多媒體交互式業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)。采用這樣的方案已有一定的技術(shù)基礎(chǔ)。

　　1、Ka頻段衛(wèi)星通信技術(shù)己有基礎(chǔ)

　　衛(wèi)星通信要利用Ka頻段必須解決下列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：

　　* 克服信號(hào)雨衰；
　　* 研制復(fù)雜的Ka頻段星上處理器；
　　* 保證高速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒(méi)有明顯的時(shí)延；
　　* 保持星座中有關(guān)衛(wèi)星之間的有效通信；
　　* 通過(guò)星上交換進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由選擇。

　　國(guó)際上特別是歐洲、美國(guó)，有關(guān)Ka頻段衛(wèi)星通信概念和關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)工作已做了不少，可以說(shuō)，現(xiàn)代衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展已為解決后四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)打下了基礎(chǔ)，而降雨對(duì)信號(hào)的衰減是波長(zhǎng)在1～1.5cm之間的Ka頻段的特殊問(wèn)題。由于使用的波長(zhǎng)和雨滴的大小相仿，雨滴將使信號(hào)發(fā)生畸變。目前正在設(shè)計(jì)的Ka頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，因降雨衰減而引起的通信中斷平均每月要超過(guò)3小時(shí)。這就難于滿足一般電信用戶通信可利用率達(dá)到99.9％的要求。目前，為了克服雨衰問(wèn)題已提出幾個(gè)解決方法：

　　(1)加大天線尺寸和信號(hào)功率，但這會(huì)增加衛(wèi)星的成本。

　　(2)設(shè)立更多的地面終端站，從而使信號(hào)能沿多條路徑傳送，但這會(huì)增加地面 系統(tǒng)的成本。

　　(3)通過(guò)控制功率分配，增大對(duì)降雨地區(qū)的傳輸功率。采用這個(gè)措施會(huì)增加衛(wèi)星的復(fù)雜性，特別是提高了對(duì)控制軟件的要求。

　　(4)發(fā)展對(duì)信號(hào)畸變的校正技術(shù)。

　　Ka頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)雨衰問(wèn)題的解決，在一定程度上是服務(wù)質(zhì)量和費(fèi)用的折衷。若要保證Ka頻段衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的高可靠性和高利用率，就必須在鏈路設(shè)計(jì)中留有一定余量來(lái)避免因暴雨造成通信中斷。但這種余量在正常的天氣情況下卻是一種浪費(fèi)，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的成本增加和終端的價(jià)格上升。

　　2.低軌道衛(wèi)星星座組網(wǎng)技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)

　　以銥星、全球星和ICO為代表的非靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)取得了很大進(jìn)展，銥星系統(tǒng)已投入了運(yùn)行。這些系統(tǒng)的建造促進(jìn)了星座組網(wǎng)、星上處理和星間通信等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的衛(wèi)星設(shè)計(jì)能力、衛(wèi)星制造技術(shù)、大衛(wèi)星系統(tǒng)集成和超大系統(tǒng)管理經(jīng)驗(yàn)都將直接應(yīng)用到全球?qū)拵Ф嗝襟w通信系統(tǒng)。可以說(shuō)，全球個(gè)人移動(dòng)電話系統(tǒng)奠定了發(fā)展全球?qū)拵Ф嗝襟w通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

　　三、多媒體VSAT系統(tǒng)——當(dāng)前 寬帶衛(wèi)星通信的重要角色

　　由于因特網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)，衛(wèi)星通信也轉(zhuǎn)向滿足數(shù)據(jù)通信的全面需求。傳統(tǒng)的同步通信衛(wèi)星已發(fā)展成為非常強(qiáng)大的多種用途系統(tǒng)；VSAT正演變成為真正的多媒體終端，可提供基本話音、數(shù)據(jù)和圖像傳輸。這些終端提供有價(jià)值而又有特色的服務(wù)，使用戶不論其所在地的通信基礎(chǔ)設(shè)施先進(jìn)程度如何都能夠從中受益，如在發(fā)達(dá)國(guó)家VSAT終端正在提供直接到家的因特網(wǎng)接入和其他多媒體服務(wù)，在發(fā)展中國(guó)家VSAT終端為ISP提供基本的遠(yuǎn)程因特網(wǎng)接入服務(wù)，在發(fā)展中國(guó)家或不發(fā)達(dá)地區(qū)VSAT終端提供多種通信業(yè)務(wù)（如電話、因特網(wǎng)接入以及圖像傳輸）。

　　一些在VSAT市場(chǎng)角逐的大公司，正在投入大量的資金和人力進(jìn)行一場(chǎng)提高網(wǎng)絡(luò)速率的競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)閂SAT網(wǎng)的速率越高，銷售和購(gòu)買它的公司就越有競(jìng)爭(zhēng)力。當(dāng)今的VSAT網(wǎng)能提供高達(dá)8Mb/s的出站鏈路速率，許多VSAT公司計(jì)劃使網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到20 Mb/s或更高。