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空间信息高速公路

2/14/2005来源:卫星通信人气:8932

空间信息高速公路(王明忠) 摘要 随着信息高速公路的提出,卫星通信将进入宽带通信领域,即空间信息高速 公路,这是卫星通信未来发展的热点之一。 关键词 空间信息高速公路 宽带通信 异步转移模式 信息高速公路是基于光线通信成熟发展而提出的。随着多媒体业务的普及,对信息 传输能力、数据存储容量等提出了更高的要求,使用户接入的瓶颈问题更为突出。面对 这种情况,一向看好的光纤通信也难以解决。为此,人们又想到了卫星通信。 卫星通信具有许多独特的性能,近年来,卫星宽带传输取得了可喜的进展,形成了 卫星通信未来发展热点,即空间信息高速公路。 1卫星ATM的进展情况 为了证实卫星通信的宽带传输特性,特别是卫星ATM网络工作的可能性,许多国家先 后进行了卫星ATM网络试验。已开展ATM网络试验的主要有美国、加拿大、日本及西欧的 一些国家,都取得了较好的试验效果,证实了卫星ATM网络是可行的。有些国家将在近1 -2年内正式提供卫星ATM网络的商业服务。 2空间信息高速公路中的主要技术问题 空间信息高速公路与地面信息高速公路一样,肩负宽带信息传输,提供各类宽带商 业服务。具体讲,信息高速公路必须具备以下性能:信息高速传输通道;高速链路网络; 对任何人都可提供多媒体业务;信息速率的超大动态范围。要实现上述性能要求,必然 涉及到许多技术问题。这里仅几个关键问题,予以简要的论述。 2.1频带资源 卫星所能提供的频率资源远小于光纤,如一个C+Ku频段同步卫星的频带容量相当于 6.85条155Mb/s信道,而一对光纤则能提供16条155Mb/s信道。一个C频段卫星的工作频带 一般只有500MHz,即使扩展后也只有800MHz。因此,要适应宽带通信的需求,特别是要 实现空间信息高速公路,就必需开发新的频率资源。 早在70年代末或80年代初,美国、加拿大、日本以及欧洲一些国家,就已开始有关 Ka频段的开发工作,并通过同步卫星作了大量试验,取得了预期的效果。Ka频段上行频 率范围31GHz-37GHz,下行频率范围17.7GHz-21.2GHz。工作带宽3GHz-4GHz,远大于C频 段和Ku频段。但Ka频段的雨衰较大,需采用相应的技术措施予以克服。 Ka频段成功开发后,不少技术先进的国家正在向更高的频段,即Q、V频段进军。如 日本,计划于2000年初发射毫米波的试验卫星ETS。Q、V频段的频率范围是36GHz-51.4G Hz,可用带宽将更宽。 2.2卫星ATM网络 ATM是80年代出现的一项重要的网络传输技术,主要特征是:对于信息的传输、复用 和交换,都以相同的信元为基本单位。这一传输技术既可提供足够的工作带宽,又有提 供高质量的业务,因而发展迅速,被称为信息高速公路的桥梁,是实现信息高速公路的 关键技术。 但在卫星ATM网的具体实施中,应考虑到卫星通信的特点和地面ATM网络的应用现状。 卫星ATM网络除了卫星通信通常所具有的设备外,增加了卫星ATM连接单元。该单元 是卫星ATM网络的关键设备。 2.3卫星ATM网络连接单元 (1)卫星ATM网络连接单元的主要功能:负责系统频带资源的管理控制;系统管理; 实时带宽划分;网络接入控制;系统定时与同步控制;呼监视;差错控制;信息类型控 制。 (2)卫星ATM网络连接单元的组成 卫星ATM网络连接单元的各种传输方式将ATM信息单元送到卫星ATM网络连接单元时, 先经过SDH/PDH接口,然后进行ATM信元的提取。按所提取ATM信元信息等级的不同,划 分为不同的类别。再根据其优先级别的不同,分别送入不同的缓冲器,等待进入卫星信 道。 为了保证ATM网是无缝的,卫星ATM网络接口单元必须支持目前已经应用的各种ATM 传输方法,如异步光纤网络(SONET)、异步数字系列(SDH)、同步数字系列(PDH), 以及物理层转换协议(PLCP)。 卫星信道往往因受干扰而引起误码,在卫星ATM连接单元中,采用了有效的差错纠 正编码,这样才能与用光纤为传输媒体的地面ATM网络的误码性能匹配。 卫星的频率资源非常宝贵,如何合理地分配,需要有一个灵活而又有效的频率管理。 连接管理单元正是完成这一功能的。对工作频带动态且有效的分配,还取决于用户的不 同要求。 按需分配多址接入(DAMA)是卫星通信一项极为重要的技术,DAMA仅在用户需求时, 才实时分配相应的工作带宽,使卫星频率资源得到最合理、最有效的应用。卫星ATM网 络也采用了这一技术,并由网络连接单元负责实施。 3卫星ATM网络必须考虑的其他因素 卫星通信可采用不同轨道的通信卫星,组成各自的宽带传输系统,但必须了解因卫 星轨道不同所造成的不同影响。 由于静止轨道卫星通信系统的轨道高达36000km左右,信号传输时延很大,往返时 延约为500ms。显然,它仅适合用于对时延要求不太严格的情况。 对于近年来发展的中、低轨道卫星通信系统,由于轨道高度较低(中轨道约10000km, 低轨道约1000km),信号传输时延很小,可用于对时延要求严格的各种通信协议和标准, 如TCP/ip。 卫星ATM网络经过几年的研究、开发和试验已日趋完善,并将在空间信息高速公路 的建设中发挥桥梁作用。但我们首先应当考虑的是,如何保证卫星ATM网络能提供高质 量业务。要想让用户自愿采用卫星ATM网络,主要取决于卫星链路能否提供较高的质量 和较低的成本。 预计到2005年,全球宽带通信市场的潜在用户将超过4亿,空间信息高速公路将占 有极大的比例,特别是在移动通信领域。因此,加快发展空间信息高速公路是卫星通信 未来发展的方向。