淺談寬帶衛星通信系統

將衛星通信與因特網相結合正在成為通信業界的一個熱點。自1994年以來，陸續出現了許多雄心勃勃的空中因特網方案，其中有些采用的技術及業務在地理上和種類上的覆蓋都有著重大突破，對通信業界乃至整個社會生活都將產生影響。據不完全統計，目前世界各國提出的寬帶衛星通信系統方案多達85個，其中一些將可能發展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實現全球無縫個人通信、因特網空中高速通道必不可少的手段。

　　我們正在進入“Internet時代”，全球商務活動的需要和人們對信息無止境的追求，刺激了企業網和因特網的爆炸性增長，用戶一直在努力尋求可給他們帶來更多數據的解決方案，結果導致對帶寬需求的猛長。近些年來，缺乏帶寬的用戶以驚人的速度嘗試了Tl線，xDSL，Cable Modem，ATM和各種無線技術。最近，對更高帶寬的追求導致了一個新市場的開拓：一種付得起費的、可靠的、安全的、可無縫地嵌入陸地網的寬帶衛星通信方案。

　　寬帶衛星通信也稱多媒體衛星通信，指的是通過衛星進行語音、數據、圖像和視像的處理和傳送。因為衛星通信系統的帶寬遠小于光纖線路，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星通信方案的一部分，基于衛星的通信也為許多新應用和新業務提供了機會。

　　1994年休斯網絡系統公司在世界上首先開發出能與個人計算機互聯的DirecPC接收系統，使PC機用戶可利用電視直播衛星的小口徑接收天線高速下載因特網上的大容量信息，在擁擠不堪的地面因特網線路之外另辟了一條高速的空中下載通道。緊隨其后，許多大的衛星公司紛紛推出了用于因特網和增值業務的VSAT系統，它們已經成為世界性因特網高速發展的一個組成部分。更引人注目的是基于非靜止軌道衛星群星座的全球寬帶衛星通信系統的宏大計劃的提出和實施，展示了衛星在未來的寬帶、高速和多媒體通信應用中的美好前景。據不完全統計，各國提出的寬帶衛星通信系統方案多達85個，這些系統主要用于多信道廣播、Internet和Intranet的遠程傳送和作為地面多媒體通信系統的接入手段。其中，一些寬帶衛星通信系統可能發展成為全球信息高速公路的重要組成部分，成為實現全球無縫個人通信、因特網空中高速通道必不可少的手段；當然大部分最終可能成為紙上系統。

　　一、寬帶衛星通信市場前景光明

　　據權威咨詢公司預測，到2005年，衛星通信分享全世界傳輸業務的寬帶市場的市場份額將達到160億美元，另據美國摩托羅拉公司在1997年的預測：15年后寬帶通信市場可達每年6500億美元，其中衛星通信可占20％～30％的份額，也就是說，寬帶衛星通信市場每年可達1300～1 950億美元。
盡管大力敷設光纖仍是整個世界的發展趨勢，但即使按最樂觀的成本和時間表，把世界用光纖連接起來仍需要10萬億美元投資和20～25年時間。建立衛星通信網則相對迅速、安全，而且在全球性擴展因特網接入范圍之時，衛星通信顯示出許多較其他傳輸媒體優越的特性：終端架設方便快捷；覆蓋面十分廣闊（跨國、跨洲或全球）；鏈路的通信成本與傳輸距離無關；通信可以克服海洋、沙漠、高山等自然地理障礙；終端可以在邊遠地區或農村環境下完全獨立地運行；技術是成熟的和即時可用的。
此外，同步軌道衛星（GEO）的多點廣播特性和低軌道衛星（LEO）的實時性和靈活性結合起來，可以很好地滿足高速交互式業務和廣播業務的需求。

　　二、利用衛星實現寬帶通信已有一 定的技術基礎

　　衛星通信的可用頻譜資源很有限，建設寬帶網必然要采用更高頻率。目前的寬帶衛星業務基本是使用Ku頻段，但Ku頻段的應用已經非常擁擠，故計劃中的寬帶衛星通信網基本是采用Ka頻段，通過同步軌道衛星、非靜止軌道衛星或兩者的混合衛星群系統提供多媒體交互式業務和廣播業務。采用這樣的方案已有一定的技術基礎。

　　1、Ka頻段衛星通信技術己有基礎

　　衛星通信要利用Ka頻段必須解決下列關鍵技術問題：

　　* 克服信號雨衰；
　　* 研制復雜的Ka頻段星上處理器；
　　* 保證高速傳輸的數據沒有明顯的時延；
　　* 保持星座中有關衛星之間的有效通信；
　　* 通過星上交換進行數據包的路由選擇。

　　國際上特別是歐洲、美國，有關Ka頻段衛星通信概念和關鍵技術的試驗工作已做了不少，可以說，現代衛星通信技術的發展已為解決后四項關鍵技術打下了基礎，而降雨對信號的衰減是波長在1～1.5cm之間的Ka頻段的特殊問題。由于使用的波長和雨滴的大小相仿，雨滴將使信號發生畸變。目前正在設計的Ka頻段的衛星通信系統，因降雨衰減而引起的通信中斷平均每月要超過3小時。這就難于滿足一般電信用戶通信可利用率達到99.9％的要求。目前，為了克服雨衰問題已提出幾個解決方法：

　　(1)加大天線尺寸和信號功率，但這會增加衛星的成本。

　　(2)設立更多的地面終端站，從而使信號能沿多條路徑傳送，但這會增加地面 系統的成本。

　　(3)通過控制功率分配，增大對降雨地區的傳輸功率。采用這個措施會增加衛星的復雜性，特別是提高了對控制軟件的要求。

　　(4)發展對信號畸變的校正技術。

　　Ka頻段的衛星通信系統雨衰問題的解決，在一定程度上是服務質量和費用的折衷。若要保證Ka頻段衛星通信業務的高可靠性和高利用率，就必須在鏈路設計中留有一定余量來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，會導致整個系統的成本增加和終端的價格上升。

　　2.低軌道衛星星座組網技術積累了經驗

　　以銥星、全球星和ICO為代表的非靜止軌道衛星通信系統取得了很大進展，銥星系統已投入了運行。這些系統的建造促進了星座組網、星上處理和星間通信等技術的發展，開發過程中積累的衛星設計能力、衛星制造技術、大衛星系統集成和超大系統管理經驗都將直接應用到全球寬帶多媒體通信系統。可以說，全球個人移動電話系統奠定了發展全球寬帶多媒體通信系統的基礎。

　　三、多媒體VSAT系統——當前 寬帶衛星通信的重要角色

　　由于因特網的驅動，衛星通信也轉向滿足數據通信的全面需求。傳統的同步通信衛星已發展成為非常強大的多種用途系統；VSAT正演變成為真正的多媒體終端，可提供基本話音、數據和圖像傳輸。這些終端提供有價值而又有特色的服務，使用戶不論其所在地的通信基礎設施先進程度如何都能夠從中受益，如在發達國家VSAT終端正在提供直接到家的因特網接入和其他多媒體服務，在發展中國家VSAT終端為ISP提供基本的遠程因特網接入服務，在發展中國家或不發達地區VSAT終端提供多種通信業務（如電話、因特網接入以及圖像傳輸）。

　　一些在VSAT市場角逐的大公司，正在投入大量的資金和人力進行一場提高網絡速率的競爭。因為VSAT網的速率越高，銷售和購買它的公司就越有競爭力。當今的VSAT網能提供高達8Mb/s的出站鏈路速率，許多VSAT公司計劃使網絡速率達到20 Mb/s或更高。