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全球商用宽带卫星通信发展综述闵士权2011.10.19目录1.概述2.前二代宽带卫星通信系统3.第三代宽带卫星通信系统4.第四代宽带卫星通信系统5.全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星6.我国宽带卫星通信发展概况7.结论8.附录：超大容量宽带卫星容量分析宽带卫星通信发展引言•宽带卫星通信也称多媒体卫星通信，指的是异地地球站之间通过卫星进行声音、数据和图像等信号的处理与传送。它可以提供包括通信、数字电视、数字广播、广域网互联、远程教学、远程医疗、电视会议、视频点播等多媒体业务。•1994年休斯网络系统公司在世界上首先开发出能与个人计算机互联的DirecPC接收系统，使PC机用户可利用电视直播卫星的小口径接收天线从卫星上高速下载因特网上的大容量信息，在拥挤不堪的地面因特网线路之外另辟了一条高速的空中下载通道。它是卫星通信在因特网上应用的开始，也是宽带卫星通信发展的开端。•十余年来，经过业内人士研究、开发、应用，宽带卫星通信系统已发展到第四代。注：宽带尚无严格定义，在ITU会议上美国曾提出把200Kbps以上的传输带宽定义为宽带四代宽带卫星通信系统•第一代为C/Ku频段透明转发器赋形波束单向通信系统，主站通过单向卫星线路向用户站下载宽带业务。用户站通过地面线路作回传信道（即外交互式传输）。或仅为单收站接收广播信号。•第二代为C/Ku频段透明转发器赋形波束收发的双向通信系统，用户站与主站之间通过双向卫星线路进行宽带业务传输（即内交互式传输）。•第三代为Ku/Ka频段透明转发器蜂窝状多点波束收发的双向通信系统。•第四代为Ku/Ka频段处理转发器蜂窝状多点波束收发的双向通信系统。注：本文讨论的宽带卫星通信系统主要是固定卫星业务（FSS）的宽带卫星通信系统。四代宽带卫星通信系统特性比较系统代号第一代第二代第三代第四代用户－卫星间链路单向下行双向上下行双向上下行双向上下行用户－卫星线路频段C/KuC/KuKu/KaKu/Ka卫星天线波束赋型单波束赋型单波束蜂窝状多波束蜂窝状多波束卫星天线波束交换无无星上线路交换(或地面交换)星上分组交换卫星转发器透明透明透明处理星上线路交换透明转发星上分组交换处理转发地面交换星上交换与地面交换比较用户站用户站关口站通信延迟时间通信延迟时间下行频带下行频带上行频带上行频带其它用户可用用户站用户站星上交换优点：•通信延迟时间小•占用卫星带宽次数少地面交换星上交换交换器目录1.概述2.前二代宽带卫星通信系统3.第三代宽带卫星通信系统4.第四代宽带卫星通信系统5.全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星6.我国宽带卫星通信发展概况7.结论8.附录：超大容量宽带卫星容量分析第一、二代宽带卫星通信系统•星上转发器和天线是传统的C、Ku频段透明转发器、赋型波束天线。•全球静止轨道现有300多颗商用通信、广播卫星中极大多数卫星都是这种类型的卫星。•一、二两代卫星通信系统是目前宽带卫星通信普遍使用的传输形式。•被使用的这种卫星被称为传统卫星。传统卫星有效载荷方框图和波束覆盖图Anik-F2卫星Ku频段透明转发器、赋型波束天线方框图Anik-F2卫星Ku频段赋型波束天线覆盖图单向传输宽带VSAT系统•美国休斯网络系统公司单向传输产品：DirecPC系统•美国VitaCOM公司单向传输产品：VIPSTAR系统用户站发送：用户站电话线互连网网络运行中心用户站接收：网络运行中心卫星用户站双向传输宽带VSAT系统•双向传输宽带VSAT系统是当前VSAT通信的发展主流。•近年来各公司相继推出了多种体制和多种组网方式的宽带VSAT系统。双向传输宽带VSAT系统产品示例厂商产品组网体制传输速率Viasat(卫讯)LinkStarS2星状前向：兼容DVB-S22.5/10/20/45/94/126Mbps反向：兼容DVB-RCS267/535/1071/2142/4285kbpsLinkWayS2网状全网状MF-TDMA156ksps～5Msps可接收DVB-S2信号2.5Msps～30MspsHughes(休斯)HN星状前向：兼容DVB-S21～45Msps(每符号可调)反向：符合IpoS标准128kbps～1.6MbpsHX星状前向：兼容DVB-S21～45Msps(每符号可调)反向：符合IpoS标准128kbps～3.2Mbps双向传输宽带VSAT系统产品示例(续1)IdirectSeries15000混合前向：TDM(专有),兼容DVB-S2最高20Mb/s反向：D-TDMA(专有)64kbps～4.2MbpsComtechEFData(康泰易达)Vipersat点-点dSCPC前向：最高155Mbps反向：最高9.98MbpsComstream(康讯)IPSat点-点SCPC前向：最高72Mbps反向：最高2MbpsGiLat(吉来特)SkyedgeII星状前向：兼容DVB-S2256ksps～45Msps反向：兼容DVB-RCS最高4Mbps双向传输宽带VSAT系统产品示例(续2)ND(诺达)SkyWAN网状MF-TDMA100kbps～10MbpsSkyARCS星状前向：兼容DVB-S22～30Msps(8PSK)反向：兼容DVB-RCS最高3MspsAdvantecSatelliteNetworksSatnet混合前向：DVB-S2最高80Mbps反向：DVB-RCS最高6Mbps兼容SCPC点对点方式Newtec(纽钻)Sat3play星状前向：DVB-S21～45Msps反向：SATMODE(专有)128/256ksps目录1.概述2.前二代宽带卫星通信系统3.第三代宽带卫星通信系统4.第四代宽带卫星通信系统5.全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星6.我国宽带卫星通信发展概况7.结论8.附录：超大容量宽带卫星容量分析第三代宽带卫星通信系统•系统采用Ku/Ka业务频段，Ka频段可提供比Ku频段更大的可用带宽•Ka频段雨耗大，地球站可采用功率补偿和自适应系统应对措施降低系统容量或维持业务不中断•星上采用透明转发器•星上采用多波束蜂窝状覆盖天线，并采用功率动态分配器支持业务繁忙的点波束得到较多功率•不同波束间用户通过星上线路交换器或地面关口站间线路（当星上不设线路交换器时）进行交换实施通信•采用多波束蜂窝状覆盖天线可显著提高卫星的G/T、EIRP和系统容量•典型的卫星通信系统有Anik-F2、IPSTAR、Wildblue和Ka-SAT等卫星组成的系统有效载荷透明转发器多点波束天线Anik-F2卫星Ka频段透明转发器(前向和反向链路)、多点波束天线方框图Anik-F2卫星Ka频段透明转发器(前向和反向链路)、多点波束天线覆盖图KA-SAT卫星地球站配置示例•8个关口站通过因特网干线互联•卫星用户终端卫星关口站因特网地面用户终端Ka频段降雨自适应系统星上多点波束发射功率分配器示意图星上功率分配器对各点波束进行动态功率分配，以支持业务繁忙的点波束得到较多的功率第三代宽带卫星通信系统特性示例卫星名称Anik-F2IPSTARWildblue-1Ka-SAT运营商TelesatCanadaShinSatWildBlueEUTELSAT发射时间2004.072005.082006.122010.12轨道位置111.1°W119.5°E111.1°W9°E转发器类型透明透明透明透明服务区域加拿大、美国亚太地区美国欧洲关口站/用户站频段Ka/KaKa/KuKa/KaKa/Ka关口站/用户站点波束数6/4518/846/358/82用户站天线口径0.66m0.84~1.8m0.66m0.68m用户站发送速率0.5Mbps0.512~2Mbps0.256Mbps1Mbps用户站接收速率2Mbps1~4Mbps1.5Mbps7Mbps系统容量3~4Gbps40Gbps70Gbps备注表中Anik-F2未包含C/Ku频段有效载荷及2台Ka频段处埋转发器表中IPSTAR未包含赋形波束通信和广播透明转发器目录1.概述2.前二代宽带卫星通信系统3.第三代宽带卫星通信系统4.第四代宽带卫星通信系统5.全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星6.我国宽带卫星通信发展概况7.结论8.附录：超大容量宽带卫星容量分析第四代宽带卫星通信系统•系统采用Ku/Ka业务频段•星上采用处理转发器•采用星上交换多波束蜂窝状覆盖天线•采用星上交换处理转发可显著地提高系统的传输效率和性能并实现用户站间一跳通信，从而节省卫星资源、显著地减小用户终端间时延。•典型的卫星通信系统有Hotbird-6、AmerHis、Spaceway-3、WINDS、Intelsat-14等卫星相关有效臷荷及其地面系统组成的系统星上交换处理转发器多点波束天线ATM交换接收系统解调器ATM交换器调制器发射系统Spaceway-3卫星星上交换处理转发器和多点波束天线方框图Spaceway-3卫星多点波束覆盖图第四代宽带卫星通信系统特性示例卫星名称Hotbird-6AmerHisSpaceway-3WINDSIntelsat-14运营商EUTELSATHispasatHughesNet.JAXA/NICTIntelsat发射时间2002.082004.082007.082008.022009.11轨道位置13°E61°W95°W143°E45°W转发器类型DVB处理器DVB处理器ATM处理器ATM处理器IP处理器服务区域欧洲欧洲、巴西、南美、北美北美大陆、夏威夷、阿拉斯加等日本/亚太地区C:西半球;Ku:美,欧,非上行/下行频段Ka/KaKu/KuKa/KaKa/KaC/C，Ku/Ku上行/下行波束数4/14/4112/78419/19C：1/1Ku：2/2第四代宽带卫星通信系统特性示例（续）卫星名称Hotbird-6AmerHisSpaceway-3WINDSIntelsat-14用户站天线口径0.68m1.8/2.4m0.74/0.98/1.2/1.8m0.45/1.5mC:待查Ku:1.5/1.8m用户站发送速率0.36Mbps1.8m：0.512/1.03Mbps2.4m：2.073/4.147Mbps0.74m：0.512Mbps0.98/1.2/1.8m：2Mbps0.45m：1.5/6Mbps1.5m：1.5/6/24/51/155MbpsC:3.5MbpsPIR128~512KbpsCIRKu:3.5Mbps,5MbpsPIR.512KbpsCIR用户站接收速率4Mbps27Mbps30Mbps155Mbps系统容量10Gbps备注表中末包含28台Ku频段透明转发器、天线及相应用户终端表中未包含19台C频段与28台Ku频段透明转器、天线及相应用户终端表中未包含覆盖北美大陆广播转发器、天线及相应用户终端表中未包含Ka频段透明转发器、天线及相应用户终端表中未包含C和Ku频段透明转发器、天线及相应用户终端注：PIR(PeakInformationRate)：最高信息率；CIR(CommittedInformationRate)：承诺信息率目录1.概述2.前二代宽带卫星通信系统3.第三代宽带卫星通信系统4.第四代宽带卫星通信系统5.全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星6.我国宽带卫星通信发展概况7.结论8.附录：超大容量宽带卫星容量分析全球计划发射Ka频段宽带通信卫星•众所周知，要发展超大容量宽带卫星，与传统C、Ku频段相比，较理想的频段是Ka频段。早期Ka频段转发器使用较多的是搭臷在C、Ku频段卫星上或与它们共用卫星平台。•全球第1颗商用全Ka频段（不含C、Ku频段转发器）卫星是2006年底发射成功的Wildblue-1卫星，自此后有Spaceway-3、WINDS和Ka-SAT卫星。这些卫星的应用是Ka频段宽带通信业务发展的重要标志。•据不完全统计，全球近几年计划发射的全Ka频段宽带通信卫星如下页列表所示。表中除O3b网络公司拟发射的16颗中轨道卫星外，其余都是静止轨道卫星。全球计划发射的Ka频段宽带通信卫星卫星名称运营商发射时间频段波束转发器卫星容量ViaSat-1ViaSat2011Ka多点波束透