空间信息高速公路

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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。