對(duì)同步衛(wèi)星通信網(wǎng)提出新要求

對(duì)同步衛(wèi)星通信網(wǎng)提出新要求
摘要  闡述對(duì)同步衛(wèi)星通信網(wǎng)發(fā)展方向提出的一些新要求：改進(jìn)衛(wèi)星ATM寬帶網(wǎng)
      結(jié)構(gòu)和星上裝置ATM交換機(jī)，有效承擔(dān)Internet業(yè)務(wù)和采用按需提供帶寬
      方式，提供數(shù)字電視廣播和電視會(huì)議的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞  衛(wèi)星通信  寬帶網(wǎng)  ATM   Internet電視
    同步衛(wèi)星在赤道上空約36000km高度沿地球靜止軌道（GEO）運(yùn)行，多年來為
國際及遠(yuǎn)區(qū)通信與廣播，包括電話和電視，作出了巨大的貢獻(xiàn)。然而，隨著通信
技術(shù)飛躍進(jìn)步，通信業(yè)務(wù)種類加多和業(yè)務(wù)量快速增長，衛(wèi)星通信需要有新的發(fā)展。
除了研制和發(fā)放低軌道（LEO）／中軌道（MEO）衛(wèi)星族，準(zhǔn)備開展全球移動(dòng)通信
新業(yè)務(wù)外，最近也對(duì)潛力很大的同步衛(wèi)星網(wǎng)提出許多新要求，期望該網(wǎng)能配合地
面通信網(wǎng)為NII／GII發(fā)揮新作用。
1衛(wèi)星ATM寬帶網(wǎng)
    如所周知，近年來用戶使用的通信業(yè)務(wù)已不再限于電話，而是傾向于多種業(yè)
務(wù)，包括音頻、視頻和數(shù)據(jù)，都轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，或者經(jīng)過壓縮編碼過程，才進(jìn)
入通信網(wǎng)，其中有些業(yè)務(wù)需要比普通電話通信高的數(shù)字速率。因此，陸地通信網(wǎng)
不可停留于傳統(tǒng)PSTN電話網(wǎng)的狀態(tài)，必須進(jìn)化為具有寬帶容量的通信網(wǎng)。此外，
寬帶網(wǎng)中由電的時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)按信號(hào)數(shù)字速率組成若干等級(jí)，即155Mb／s、
622Mb／s、2.5Gb／s和10Gb／s，稱之為同步數(shù)字系列（SDH）。通信網(wǎng)中線路傳
輸?shù)臄?shù)字速率就以該系列的某一級(jí)為依據(jù)，電的通信線路目前以10Gb／s為最高限
度。同時(shí)，寬帶網(wǎng)又把每種信息業(yè)務(wù)的數(shù)字信號(hào)各自分成53個(gè)字節(jié)的固定長度，
稱為信元（cell）。通信網(wǎng)的數(shù)字交換就按信元進(jìn)行。這種復(fù)接和交換方式稱為異
步轉(zhuǎn)移模式（ATM）。近年來，國際上成立ATM論壇，展開大量活動(dòng)，促進(jìn)許多研究
機(jī)構(gòu)和廠商積極從事ATM制式和設(shè)備的研制與開發(fā)。已建立的ATM通信網(wǎng)確實(shí)有能力
提供用戶需要的業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS），受到通信界的歡迎。因此，除了陸地有線通信
網(wǎng)準(zhǔn)備建設(shè)ATM寬帶網(wǎng)，數(shù)字速率可達(dá)Gb/s級(jí)外，還有大量無線通信網(wǎng)，包括各企
業(yè)單位專用的局域網(wǎng)（LAN）和各城市移動(dòng)通信的數(shù)字式蜂窩網(wǎng)，也都有意向準(zhǔn)備
采用ATM，這些就稱為無線ATM（W－ATM）。在這種形勢(shì)下，新一代同步衛(wèi)星網(wǎng)也準(zhǔn)
備構(gòu)成衛(wèi)星ATM寬帶網(wǎng)（SA－TATM）。
    目前還在高空運(yùn)行的同步衛(wèi)星，其星上轉(zhuǎn)發(fā)器裝置沒有信號(hào)處理和交換的功能，
稱為“透明”的衛(wèi)星。適用這種衛(wèi)星的一種SA－TATM體系結(jié)構(gòu)是：固定用戶終端
（UT）由其拋物面天線接入衛(wèi)星網(wǎng)，固定的專用ATM局域網(wǎng)加裝地面接轉(zhuǎn)站（GES），
經(jīng)該站的拋物面天線接入衛(wèi)星網(wǎng)，而且這些 ATM局域網(wǎng)可通過衛(wèi)星互連。但是，由
于星上沒有信號(hào)處理和交換功能，不能與陸地ATM網(wǎng)連成一體。這種衛(wèi)星網(wǎng)擁有很
多UT和少量GES。UT可經(jīng)過衛(wèi)星與GES連通，傳輸速率從64kb／s至1.5Mb／s，兩個(gè)
GES經(jīng)過衛(wèi)星互相連通，傳輸速率最高可達(dá)1.2Gb／s。
    SATATM網(wǎng)的另一種體系結(jié)構(gòu)則容許移動(dòng)的用戶終端UT接入衛(wèi)星，也容許移動(dòng)
的ATM網(wǎng)經(jīng)過GES接入衛(wèi)星，甚至可使不同的移動(dòng)ATM網(wǎng)經(jīng)過GES和衛(wèi)星互相連接，
也可使移動(dòng)網(wǎng)與陸地固定ATM網(wǎng)互相連接，該移動(dòng)網(wǎng)包括飛機(jī)和船舶用的移動(dòng)網(wǎng)。
當(dāng)然，對(duì)于這種衛(wèi)星網(wǎng)，移動(dòng)的UT和GES可能超過衛(wèi)星某一射束（天線）的覆蓋
范圍而進(jìn)入另一射束的覆蓋范圍，或越過某一衛(wèi)星的覆蓋范圍而進(jìn)入另一衛(wèi)星的
覆蓋范圍，這就需要交接及選路等技術(shù)和設(shè)備。
    在上述固定接入的SATATM，個(gè)人用戶設(shè)備及其固定UT經(jīng)衛(wèi)星與任一專用ATM
網(wǎng)的GES連通，利用標(biāo)準(zhǔn)ATM“用戶網(wǎng)絡(luò)接口”（UN）。兩個(gè)專用ATM網(wǎng)的GES經(jīng)過
星互相連通，則利用標(biāo)準(zhǔn)ATM“網(wǎng)絡(luò)一網(wǎng)絡(luò)接口”（NNI）。一般的GES內(nèi)部沒有
ATM交換機(jī)，故GES經(jīng)衛(wèi)星與陸地公用寬帶通信網(wǎng)連通，也通過UNI。但如GES內(nèi)部
裝設(shè)ATM交換機(jī)，該網(wǎng)連通就用NNI，或用“專用網(wǎng)絡(luò)一結(jié)點(diǎn)接口”（PNN）。
    如果能在同步衛(wèi)星上裝信號(hào)處理設(shè)備，由衛(wèi)星本身執(zhí)行ATM交換功能，衛(wèi)星
ATM網(wǎng)就可由星上ATM交換機(jī)與地面網(wǎng)控中心（NCC）分擔(dān)控制功能。地面終端與
衛(wèi)星ATM接口可以既是UNI，又是NNI。在這種情況下，SATATM也有以下三種不同
的網(wǎng)結(jié)構(gòu)：（1）ATM網(wǎng)絡(luò)接入。遠(yuǎn)地用戶ATM計(jì)算機(jī)可通過衛(wèi)星的低速線路，連
接陸地公用 ATM網(wǎng)，該ATM用戶與星上交換機(jī)間的ATM接口是UNI，而星上交換機(jī)
與陸地ATM網(wǎng)的ATM接口則是NNI。（2）ATM網(wǎng)絡(luò)互連。衛(wèi)星本身是ATM網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)，
由高速衛(wèi)星線路使陸地上各個(gè)不同的ATM網(wǎng)互連，它們的ATM接口都是NNI。（3）
網(wǎng)格形ATM。高空幾個(gè)衛(wèi)星組成網(wǎng)格形ATM網(wǎng)，既可提供陸地ATM網(wǎng)絡(luò)接入，又可
提供陸地幾個(gè)網(wǎng)的互連。這種網(wǎng)格形ATM網(wǎng)的星際ATM接口則是NNI。
    衛(wèi)星網(wǎng)要發(fā)展成為寬帶通信網(wǎng)，傳送數(shù)字速率達(dá)到Gb／s級(jí)，就必須發(fā)掘利
用無線電頻譜的更高瑞。同步衛(wèi)星承擔(dān)國際通信業(yè)務(wù)，長期以來一直利用微波的
C頻段，即4／6GHz�，F(xiàn)在發(fā)展寬帶網(wǎng)則有必要認(rèn)真考慮利用Ka頻段，即20GHz～
30GHz。
2衛(wèi)星網(wǎng)承擔(dān)Internet業(yè)務(wù)
    90年代以來，Internet向全世界計(jì)算機(jī)用戶正式開放，業(yè)務(wù)量猛烈增長，這
是分組交換的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使用互聯(lián)網(wǎng)規(guī)約IP和傳輸控制規(guī)約TCP，通常簡(jiǎn)稱IP業(yè)
務(wù)。傳統(tǒng)的陸地固定公用通信網(wǎng)（PSTN）本來以傳送電路交換的電話業(yè)務(wù)為主，
現(xiàn)在卻受到增長快速的Internet分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的沖擊。對(duì)此，衛(wèi)星寬帶網(wǎng)除了上
述ATM外，應(yīng)能承辦多種業(yè)務(wù)，特別是Internet的IP業(yè)務(wù)，既要滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量
需求，又應(yīng)考慮開通IP電話和IP視頻傳輸，乃至多媒體通信業(yè)務(wù)，而且保證這些
業(yè)務(wù)都能達(dá)到各自應(yīng)有的業(yè)務(wù)質(zhì)量要求。
    為了應(yīng)付多種業(yè)務(wù)的不同頻帶寬度要求，衛(wèi)星網(wǎng)特地設(shè)計(jì)“按需提供帶寬
多址”方式（DAMA）。 Comsat設(shè)計(jì)的Linkway 2000系統(tǒng)具有提高頻帶使用效率
的優(yōu)點(diǎn)，不僅適用于分組交換業(yè)務(wù)，還可用于電路交換業(yè)務(wù)。陸地固定公用通
信網(wǎng)的  ATM、IP、PSTN、ISDN等通信業(yè)務(wù)，都可經(jīng)過地面接轉(zhuǎn)站（gateway）
內(nèi)的這種系統(tǒng)，再由拋物面天線與同步衛(wèi)星連通。地面上各專用網(wǎng)的ATM交換
機(jī)、電話小交換機(jī)（PBX），以及局域網(wǎng)（LAN）連同路由器，都可各自經(jīng)過這
種系統(tǒng)，再由拋物面無線與衛(wèi)星連通。系統(tǒng)包含2Mb／s的調(diào)制解調(diào)器，也可使
每一結(jié)點(diǎn)的容量升級(jí)至32Mb／s。調(diào)制方式采用QPSK和BPSK，信道編碼采用卷積
碼和R－S碼，在信噪比Eb/No＝5.5dB情況下，保證誤碼率不大于10-8 。衛(wèi)星的
空中接口是多頻率時(shí)分多址（TDMA），幀長度可在12～48ms間選用。
    為了使用衛(wèi)星，陸地公用通信網(wǎng)設(shè)置地面接轉(zhuǎn)站，它必然連接一個(gè)集中的網(wǎng)
控中心（NCC）和網(wǎng)管系統(tǒng)（NMS）。NCC集中管理頻帶寬度的使用及網(wǎng)容量的分
配，過去使用固定的帶寬分配，近來則傾向于改用動(dòng)態(tài)的帶寬分配。由于衛(wèi)星寬
帶網(wǎng)用于多種業(yè)務(wù)，對(duì)分組交換業(yè)務(wù)和電路交換業(yè)務(wù)，DAMA應(yīng)采用不同的帶寬分
配方法。例如對(duì)ISDN業(yè)務(wù)，用戶每次叫話，就分配固定的帶寬，而對(duì)可變碼速的
分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則動(dòng)態(tài)分配帶寬，按發(fā)送業(yè)務(wù)、進(jìn)入業(yè)務(wù)和系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)三種不同
情況，分配給每一終端不同的帶寬。
    曾對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)按需分配帶寬和固定分配帶寬分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并將結(jié)果互作比較，
比較結(jié)果得出兩種不同的帶寬利用效率（即總吞吐量（Mb／s）與網(wǎng)絡(luò)帶寬容量
（Mb／s）之比），說明DAMA有利。對(duì)于分組數(shù)據(jù)的文件轉(zhuǎn)移，固然節(jié)約了帶寬
的使用，對(duì)于電路交換的業(yè)務(wù)，DAMA的帶寬效率比固定分配方式的大一倍。
      實(shí)際上，同步衛(wèi)星寬帶網(wǎng)不一定需要全
部使用DAMA方式，適當(dāng)采用一些混合方式，可能更為有利。例如固定帶寬分配
（FBA）與DAMA混合使用，衛(wèi)星傳輸線路先保證一定的固定帶寬，然后視實(shí)際業(yè)
務(wù)的需要，由DAMA提供更多的帶寬。另一例子是隨機(jī)接人（RA）與DAMA混合使用，
這是先由DAMA按需指定通路帶寬，而其余帶寬由RA接入。曾經(jīng)做過模擬試驗(yàn)，表
明FBA／DAMA和RA／DAMA對(duì)有些應(yīng)用有較好的性能，特別是前一種混合方式對(duì)實(shí)
時(shí)視頻信息傳輸可保證必需的最低質(zhì)量。不過，由于同步衛(wèi)星線路的傳輸時(shí)延較
長，任何實(shí)際應(yīng)用的業(yè)務(wù)要從DAMA方式真正得到好處，必須預(yù)先考慮得周密些。
總之，DAMA方式確實(shí)可節(jié)約衛(wèi)星網(wǎng)使用的帶寬容量。然而，在衛(wèi)星網(wǎng)承擔(dān)Inter
net業(yè)務(wù)傳送WWW各種信息的情況下，計(jì)算機(jī)用戶上網(wǎng)時(shí)，上行和下行線路的傳輸
占用帶寬和占用時(shí)間很不對(duì)稱，DAMA的設(shè)計(jì)大有精心考慮的余地。在
陸地現(xiàn)行循Internet通信網(wǎng)，這個(gè)問題一時(shí)尚難解決，不知有無可能從衛(wèi)星網(wǎng)的
DAMA取得突破。
3衛(wèi)星網(wǎng)提供數(shù)字電視廣播等業(yè)務(wù)
    未來的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)有可能發(fā)展前所未有的通信業(yè)務(wù)應(yīng)用。這是因?yàn)樾l(wèi)星網(wǎng)與
陸地網(wǎng)相比，有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。例如衛(wèi)星網(wǎng)的星形結(jié)構(gòu)可傳播至廣大地面的眾多
用戶，甚至有線網(wǎng)難以通達(dá)的邊遠(yuǎn)地區(qū)用戶。但是，同步衛(wèi)星位于36000km高空
軌道，離地面委遠(yuǎn)，信號(hào)傳輸時(shí)延較大，單程約250ms，對(duì)有些通信所需的業(yè)務(wù)
質(zhì)量很不利。盡管如此，同步衛(wèi)星仍可提供不少有益的應(yīng)用。
    單就星形結(jié)構(gòu)而言，衛(wèi)星可提供電視廣播、可視會(huì)議、信息播發(fā)、大量文件
轉(zhuǎn)移等應(yīng)用。電視節(jié)目經(jīng)過數(shù)字壓縮編碼過程 ，數(shù)字速率仍需幾Mb/s-幾十Mb/s,
屬于寬帶，適合在同步衛(wèi)星寬帶網(wǎng)傳輸和廣播。雖然衛(wèi)星的較大時(shí)延并不影響電
視廣播地面用戶的接收質(zhì)量，但若帶寬以內(nèi)有明顯的時(shí)延變化，卻可能引起不良
影響。衛(wèi)星網(wǎng)一般用于覆蓋廣大地區(qū)的數(shù)字電視廣播，能保證達(dá)到規(guī)定的業(yè)務(wù)質(zhì)
量。衛(wèi)星寬帶網(wǎng)用于多點(diǎn)至多點(diǎn)的通信業(yè)務(wù)，如電視會(huì)議。若對(duì)分組數(shù)據(jù)的丟失、
時(shí)延及時(shí)變化等要求不太嚴(yán)格，同步衛(wèi)星寬帶網(wǎng)可象陸地Internet網(wǎng)一樣，提供
電視會(huì)議業(yè)務(wù)。有些與市場(chǎng)、商業(yè)或大眾生活需要有關(guān)的信息數(shù)據(jù)，可由同步衛(wèi)
星的星形結(jié)構(gòu)來承擔(dān)分發(fā)。大量文件數(shù)據(jù)的單向傳送，需要很寬的頻帶，但容許
傳輸時(shí)延，衛(wèi)星寬帶網(wǎng)可以承擔(dān)。在WWW數(shù)據(jù)傳輸、超文體傳送，或雙方計(jì)算機(jī)
交互性應(yīng)用中，同步衛(wèi)星網(wǎng)的傳輸性能沒有象
陸地線路那樣好，有待于設(shè)法改進(jìn)。
    總之，GEO衛(wèi)星有其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可能組成寬帶網(wǎng)，配合陸
地光纖網(wǎng)發(fā)揮更大作用。