当前位置 > 首页 > 网站建设学院 > > 卫星通信

对同步卫星通信网提出新要求

2/14/2005来源:卫星通信人气:12054

对同步卫星通信网提出新要求 摘要 阐述对同步卫星通信网发展方向提出的一些新要求:改进卫星ATM宽带网 结构和星上装置ATM交换机,有效承担Internet业务和采用按需提供带宽 方式,提供数字电视广播和电视会议的应用。 关键词 卫星通信 宽带网 ATM Internet电视 同步卫星在赤道上空约36000km高度沿地球静止轨道(GEO)运行,多年来为 国际及远区通信与广播,包括电话和电视,作出了巨大的贡献。然而,随着通信 技术飞跃进步,通信业务种类加多和业务量快速增长,卫星通信需要有新的发展。 除了研制和发放低轨道(LEO)/中轨道(MEO)卫星族,准备开展全球移动通信 新业务外,最近也对潜力很大的同步卫星网提出许多新要求,期望该网能配合地 面通信网为NII/GII发挥新作用。 1卫星ATM宽带网 如所周知,近年来用户使用的通信业务已不再限于电话,而是倾向于多种业 务,包括音频、视频和数据,都转换为数字信号,或者经过压缩编码过程,才进 入通信网,其中有些业务需要比普通电话通信高的数字速率。因此,陆地通信网 不可停留于传统PSTN电话网的状态,必须进化为具有宽带容量的通信网。此外, 宽带网中由电的时分复用(TDM)技术按信号数字速率组成若干等级,即155Mb/s、 622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s,称之为同步数字系列(SDH)。通信网中线路传 输的数字速率就以该系列的某一级为依据,电的通信线路目前以10Gb/s为最高限 度。同时,宽带网又把每种信息业务的数字信号各自分成53个字节的固定长度, 称为信元(cell)。通信网的数字交换就按信元进行。这种复接和交换方式称为异 步转移模式(ATM)。近年来,国际上成立ATM论坛,展开大量活动,促进许多研究 机构和厂商积极从事ATM制式和设备的研制与开发。已建立的ATM通信网确实有能力 提供用户需要的业务质量(QoS),受到通信界的欢迎。因此,除了陆地有线通信 网准备建设ATM宽带网,数字速率可达Gb/s级外,还有大量无线通信网,包括各企 业单位专用的局域网(LAN)和各城市移动通信的数字式蜂窝网,也都有意向准备 采用ATM,这些就称为无线ATM(W-ATM)。在这种形势下,新一代同步卫星网也准 备构成卫星ATM宽带网(SA-TATM)。 目前还在高空运行的同步卫星,其星上转发器装置没有信号处理和交换的功能, 称为“透明”的卫星。适用这种卫星的一种SA-TATM体系结构是:固定用户终端 (UT)由其抛物面天线接入卫星网,固定的专用ATM局域网加装地面接转站(GES), 经该站的抛物面天线接入卫星网,而且这些 ATM局域网可通过卫星互连。但是,由 于星上没有信号处理和交换功能,不能与陆地ATM网连成一体。这种卫星网拥有很 多UT和少量GES。UT可经过卫星与GES连通,传输速率从64kb/s至1.5Mb/s,两个 GES经过卫星互相连通,传输速率最高可达1.2Gb/s。 SATATM网的另一种体系结构则容许移动的用户终端UT接入卫星,也容许移动 的ATM网经过GES接入卫星,甚至可使不同的移动ATM网经过GES和卫星互相连接, 也可使移动网与陆地固定ATM网互相连接,该移动网包括飞机和船舶用的移动网。 当然,对于这种卫星网,移动的UT和GES可能超过卫星某一射束(天线)的覆盖 范围而进入另一射束的覆盖范围,或越过某一卫星的覆盖范围而进入另一卫星的 覆盖范围,这就需要交接及选路等技术和设备。 在上述固定接入的SATATM,个人用户设备及其固定UT经卫星与任一专用ATM 网的GES连通,利用标准ATM“用户网络接口”(UN)。两个专用ATM网的GES经过 星互相连通,则利用标准ATM“网络一网络接口”(NNI)。一般的GES内部没有 ATM交换机,故GES经卫星与陆地公用宽带通信网连通,也通过UNI。但如GES内部 装设ATM交换机,该网连通就用NNI,或用“专用网络一结点接口”(PNN)。 如果能在同步卫星上装信号处理设备,由卫星本身执行ATM交换功能,卫星 ATM网就可由星上ATM交换机与地面网控中心(NCC)分担控制功能。地面终端与 卫星ATM接口可以既是UNI,又是NNI。在这种情况下,SATATM也有以下三种不同 的网结构:(1)ATM网络接入。远地用户ATM计算机可通过卫星的低速线路,连 接陆地公用 ATM网,该ATM用户与星上交换机间的ATM接口是UNI,而星上交换机 与陆地ATM网的ATM接口则是NNI。(2)ATM网络互连。卫星本身是ATM网的结点, 由高速卫星线路使陆地上各个不同的ATM网互连,它们的ATM接口都是NNI。(3) 网格形ATM。高空几个卫星组成网格形ATM网,既可提供陆地ATM网络接入,又可 提供陆地几个网的互连。这种网格形ATM网的星际ATM接口则是NNI。 卫星网要发展成为宽带通信网,传送数字速率达到Gb/s级,就必须发掘利 用无线电频谱的更高瑞。同步卫星承担国际通信业务,长期以来一直利用微波的 C频段,即4/6GHz。现在发展宽带网则有必要认真考虑利用Ka频段,即20GHz~ 30GHz。 2卫星网承担Internet业务 90年代以来,Internet向全世界计算机用户正式开放,业务量猛烈增长,这 是分组交换的数据业务,使用互联网规约ip和传输控制规约TCP,通常简称IP业 务。传统的陆地固定公用通信网(PSTN)本来以传送电路交换的电话业务为主, 现在却受到增长快速的Internet分组数据业务的冲击。对此,卫星宽带网除了上 述ATM外,应能承办多种业务,特别是Internet的IP业务,既要满足数据业务量 需求,又应考虑开通IP电话和IP视频传输,乃至多媒体通信业务,而且保证这些 业务都能达到各自应有的业务质量要求。 为了应付多种业务的不同频带宽度要求,卫星网特地设计“按需提供带宽 多址”方式(DAMA)。 Comsat设计的Linkway 2000系统具有提高频带使用效率 的优点,不仅适用于分组交换业务,还可用于电路交换业务。陆地固定公用通 信网的 ATM、IP、PSTN、ISDN等通信业务,都可经过地面接转站(gateway) 内的这种系统,再由抛物面天线与同步卫星连通。地面上各专用网的ATM交换 机、电话小交换机(PBX),以及局域网(LAN)连同路由器,都可各自经过这 种系统,再由抛物面无线与卫星连通。系统包含2Mb/s的调制解调器,也可使 每一结点的容量升级至32Mb/s。调制方式采用QPSK和BPSK,信道编码采用卷积 码和R-S码,在信噪比Eb/No=5.5dB情况下,保证误码率不大于10-8 。卫星的 空中接口是多频率时分多址(TDMA),帧长度可在12~48ms间选用。 为了使用卫星,陆地公用通信网设置地面接转站,它必然连接一个集中的网 控中心(NCC)和网管系统(NMS)。NCC集中管理频带宽度的使用及网容量的分 配,过去使用固定的带宽分配,近来则倾向于改用动态的带宽分配。由于卫星宽 带网用于多种业务,对分组交换业务和电路交换业务,DAMA应采用不同的带宽分 配方法。例如对ISDN业务,用户每次叫话,就分配固定的带宽,而对可变码速的 分组数据业务,则动态分配带宽,按发送业务、进入业务和系统内业务三种不同 情况,分配给每一终端不同的带宽。 曾对卫星网按需分配带宽和固定分配带宽分别进行实验,并将结果互作比较, 比较结果得出两种不同的带宽利用效率(即总吞吐量(Mb/s)与网络带宽容量 (Mb/s)之比),说明DAMA有利。对于分组数据的文件转移,固然节约了带宽 的使用,对于电路交换的业务,DAMA的带宽效率比固定分配方式的大一倍。 实际上,同步卫星宽带网不一定需要全 部使用DAMA方式,适当采用一些混合方式,可能更为有利。例如固定带宽分配 (FBA)与DAMA混合使用,卫星传输线路先保证一定的固定带宽,然后视实际业 务的需要,由DAMA提供更多的带宽。另一例子是随机接人(RA)与DAMA混合使用, 这是先由DAMA按需指定通路带宽,而其余带宽由RA接入。曾经做过模拟试验,表 明FBA/DAMA和RA/DAMA对有些应用有较好的性能,特别是前一种混合方式对实 时视频信息传输可保证必需的最低质量。不过,由于同步卫星线路的传输时延较 长,任何实际应用的业务要从DAMA方式真正得到好处,必须预先考虑得周密些。 总之,DAMA方式确实可节约卫星网使用的带宽容量。然而,在卫星网承担Inter net业务传送WWW各种信息的情况下,计算机用户上网时,上行和下行线路的传输 占用带宽和占用时间很不对称,DAMA的设计大有精心考虑的余地。在 陆地现行循Internet通信网,这个问题一时尚难解决,不知有无可能从卫星网的 DAMA取得突破。 3卫星网提供数字电视广播等业务 未来的卫星宽带网有可能发展前所未有的通信业务应用。这是因为卫星网与 陆地网相比,有其独特的优点。例如卫星网的星形结构可传播至广大地面的众多 用户,甚至有线网难以通达的边远地区用户。但是,同步卫星位于36000km高空 轨道,离地面委远,信号传输时延较大,单程约250ms,对有些通信所需的业务 质量很不利。尽管如此,同步卫星仍可提供不少有益的应用。 单就星形结构而言,卫星可提供电视广播、可视会议、信息播发、大量文件 转移等应用。电视节目经过数字压缩编码过程 ,数字速率仍需几Mb/s-几十Mb/s, 属于宽带,适合在同步卫星宽带网传输和广播。虽然卫星的较大时延并不影响电 视广播地面用户的接收质量,但若带宽以内有明显的时延变化,却可能引起不良 影响。卫星网一般用于覆盖广大地区的数字电视广播,能保证达到规定的业务质 量。卫星宽带网用于多点至多点的通信业务,如电视会议。若对分组数据的丢失、 时延及时变化等要求不太严格,同步卫星宽带网可象陆地Internet网一样,提供 电视会议业务。有些与市场、商业或大众生活需要有关的信息数据,可由同步卫 星的星形结构来承担分发。大量文件数据的单向传送,需要很宽的频带,但容许 传输时延,卫星宽带网可以承担。在WWW数据传输、超文体传送,或双方计算机 交互性应用中,同步卫星网的传输性能没有象 陆地线路那样好,有待于设法改进。 总之,GEO卫星有其独特优点,如经过精心设计,可能组成宽带网,配合陆 地光纤网发挥更大作用。