书城工业技术图说卫星通信
4795900000010

第10章 引领通讯时代的到来——卫星通信与未来世界(1)

1.卫星通信的前景展望

我们知道,卫星通信技术的不断进步和卫星通信研究领域的不断扩宽,卫星通信对于人类而言,已经彻底成为了不可或缺的一种技术。甚至在卫星通信的服务范围方面,也是越来越高。在当今地面通信飞速发展的时代下,卫星通信虽然曾经遭遇过无数次的重大挫折,但是不可否认的是,卫星通信具有不可替代性,这致使人类不断的研究,不断的发明创造,坚持不懈。因此,从全局和长远来看,未来卫星通信的发展前景仍旧是一片光明。

地面电信网通常由交换网、传输网和接入网这三个部分所组成,技术上卫星通信系统已经能够保证不受地面电信网的影响而直接独立成网,提供各种通信服务给公众用户,这将给有通信需求但无地面通信设施或建立地面通信设施不经济的地区赋予一种重要的意义,这些地区是发展卫星通信业务的主要市场。

电信网络示意图

伴随着卫星固定通信业务和卫星直接广播业务用户终端进一步小型化和可移动性,与卫星移动通信业务用户终端的区别将减小;与此同时,随着卫星直接广播业务由单向电视和声音广播向双向多媒体通信业务发展,卫星直接广播业务与卫星固定通信业务的区别也将减小;除此之外,这三种业务都在朝着宽带多媒体通信业务的方向进行发展。这三种业务同一性增加、互异性减小的趋势,体现了这三种业务正在往融合方向发展,可以说,这种方式的产生,也即将满足人类各种生活的需求。

视频会议系统拓扑图

各种卫星通信网与多种地面业务传输网将进一步互连互通,成为地面业务传输网不可缺少的补充和延伸,并与地面通信网一起联合组成全球无缝隙覆盖的海陆空立体通信网。

地面电信网、计算机网和有线电视网将继续往三网融合方向发展。自然,作为地面三网补充和延伸的卫星通信网也参与了融合。其步骤是不同性能和用途的卫星通信网先分别接入各种地面通信网发挥它们的作用,然后随着地面三网融合很自然地成为四网融合。

宽带多媒体卫星通信将会有重大发展,将成为地面信息高速公路的一个重要组成部分。它将为正在到来的信息化社会提供各种服务。

卫星移动通信业务将会由小到大逐渐发展起来,将成为个人通信业务一个不可缺少的组成部分。在第二代地面移动通信业务基础上发展起来的第三代移动通信业务将包含卫星移动通信业务。第三代移动通信业务的开通和进一步发展将使人们进入真正的个人通信时代。

卫星通信技术的迅猛发展为卫星通信新业务的产生和发展创造了良好的条件。

比如,卫星直连计算机业务(DirectPC):因特网的迅速发展,使现有电话线路的接入功能和卫星通信所特有的广播功能有了新的应用天地。数据、信息接收和下载速率的巨大提高,使其在家庭与科研开发部门及电子商务应用等方面具有广阔的发展前景。宽带接入网业务:“三网融合”趋势和宽带多媒体业务的发展,使卫星通信进入了接入网的领域。足够的带宽和适宜的价格,更为卫星通信提供远程教育、远程医疗和其它多种服务创造了条件;全球移动卫星通信业务,即GMPCS系统:利用通信卫星覆盖面大的特点与现有的地面通信配合,形成一个无缝隙的通信网。同时,目前只提供窄带。话音为主的移动卫星通信系统必将会向提供宽带服务发展;

三网融合示意图

此外,现代化基础设施对广域范围内的短信息提出了巨大的需求,提供此类业务的小型移动卫星通信业务也便应运而生,并将在对长距离管线、电力线、河流、地域等的数据采集,运输系统中车辆货物的流动、定位情况的监控等领域发挥其独特优势。

随着各项新技术的开发利用,卫星通信的应用将更加广泛、普及。我们应努力跟踪先进技术,迎接发展所带来的机遇和挑战。

知识卡片:

三网融合

三网融合是指电信网、广播电视网、互联网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中,三大网络通过技术改造,其技术功能趋于一致,业务范围趋于相同,网络互联互通、资源共享,能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。三合并不意味着三大网络的物理合一,而主要是指高层业务应用的融合。三网融合应用广泛,遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全、平安家居等多个领域。以后的手机可以看电视、上网,电视可以打电话、上网,电脑也可以打电话、看电视。三者之间相互交叉,形成你中有我、我中有你的格局。

2.卫星通信的未来规划

到了现在,不管是光缆又或者是蜂窝移动通信的地面通信系统都有一定程度的发展,因此,很容易导致少数人对于卫星通信的将来产生质疑,为了突破质疑声,我们不妨可以将卫星通信系统的必要性进行逐一说明。

蜂窝结构示意图

蜂窝移动通信系统的组成

首先,卫星通信与地面通信系统的建设理应在互相协调发展的基础上相辅相成。为何这么说呢?理由之一主要是地面通信系统在地形地域受到相应的限制,因此对于所有地区并未完全覆盖。在发展中国家,这一问题始终存在着。甚至是在日本这样的国家,也会存在着10%左右的小城镇根本无法运用到地面蜂窝移动通信。所以说,利用卫星通信覆盖范围广的优势,这一问题便可以不攻自破了。理由之二,卫星通信在抵御所谓的自然灾害中,起到一种无形的作用。

要想进一步对一点进行深入研究,我们不妨可以通过一个事例来进行论证:1995年,日本Hanshin/Awaji地区发生大地震,死亡人数超过6 000人;2000年,日本Tokai地区发生洪灾;2000年日本Miyake岛火山爆发,居住在岛上的人们全部疏散,大量火山灰从天而降。在这些自然灾害中仍然会有其他灾害,譬如在1984年,东京曾经发生了一起电缆大火,大约9,000门话路中断时间长达17小时。此外,在1999年的科索沃战争中,铱星(Iridium)系统发挥了非常重要的通信作用。

日本Miyake岛

其次,通信卫星仍然是空间商业化成功的惟一一例。近年来,因特网在人们的生活中扮演着不可或缺的角色,全球超过11%的Internet服务商(ISP)在使用卫星。在已经过去的3年中,卫星互连网市场由此增长了8倍。除此之外,到2007年,宽带卫星在互连网接入服务市场的份额有望占到30%,拥有5000万用户,到2010年,年产值可达150亿美元。虽然说,未来的的发展趋势很难得到准确的判断,但不可置疑的是,卫星通信会紧随着用户需求的增多而得到相应的发展。

再者,当20世纪90年代初地面光纤通信应用开始超过卫星通信时,有些会认定,假如说,卫星与光纤同时使用而不是只用其中之一的话,通信业务供大于求的时代即将由此产生,此外,在需要发展高速率、大容量卫星观点的支持下,研制Gbit量级容量的卫星提上议事日程。还有,试验表明,通过卫星链路进行高数据率传输以及通过异步传输模式(ATM)与光纤实现无缝连接是没有问题的。

光纤通信系统实验箱

在大会上,一致得到同意,尽管以Iridiurm为首的GMPCS卫星通信系统在研究过程中,背负着给卫星产业发展蒙上阴影的罪名, 但是IP及计算机行业的发展却是给以IP为基础的卫星产业发展引领了新的潮流。卫星手段的广域连接能力与广播、多播优势,可充分发挥以IP为基础的Internet高速连接及多媒体远距离传送。

在这次国际卫星大会上,宽带卫星时代悄然来临已为大家一致认同。人们将充分利用网上卫星的广播、多播及广域连接能力,使卫星Internet业务获得很大成功。借助VSAT及有效的空间段传输,将卫星电视与卫星高速Internet组合在一起,形成所谓DVB/IP统一卫星平台,可能成为卫星应用的一种所谓杀手锏,具有广泛的应用前景。而且还可以与现代Internet协议技巧相组合,在地面Internet网络拥塞状况下,形成DVB/MPE(多协议封装)模式,可直接将宽带高速数据业务有效地传送到广域的Internet边际目的地等等。

卫星直播与以IP为基础的卫星多媒体传送,数字压缩技术与其基本算法MPEG-1→MPEG-2→MPEG-4→MPEG—7→MPEG-21等的发展,为高质量图象压缩及其操作管理技巧奠定了坚实的基础。同时,超大功率与容量的卫星制造技术为其实施装备提供了可行途径。与此相应,从规则政策与轨道/频谱规划层面,WRC—2000伊斯坦布尔大会1、3区广播卫星业务(BSS)的成功重新规划又为其大规模发展创造了最重要的先决条件。作为宽带卫星技术中最重要的内容之一的DBS及DTH,及与此平行的DVB技术,显得尤为引人注目。特别是从美国在线与时代华纳公司融合形成一代信息业巨人这一角度看,构造卫星DVB/IP平台看来非常重要。与此相关联,新一代Ka频段以宽带多媒体为市场目标的GEO卫星系统,诸如Spaceway,Astra Link及Cyber Star等,依然在快速推进;这一点则与屡遭失利、一蹶不振的由大量星座组成的LEO/MEOGMPCS系统形成了鲜明的对照。

运用超高速光多媒体传输系统的传输服务概念图

静止轨道卫星移动业务(GEO MSS)与LEO/MEO MSS业务相比较,GEOMSS(简称GEM)由于其比较符合以市场驱动为主导及与地面业务互补集成的原则,且研制周期较短、投资较小,是目前MSS中唯一较成功的幸存者。

在GEM运作方面,迄今为止可以说依然是INMARSAT为最成功者,它是目前能借助GEM业务赢利的全球唯一的运营公司。

INMARSAT,除提供话音终端外,还拟提供分组数据速率达1441tbit/s的准UMTS终端,估计于2002年第二季度可投入应用,而且进一步向3GMSS迈进的终端数据速率可高达430kbit/s,卫星将由Matla-Marconi制造,准全球覆盖,可于2004年左右投入应用。这即是所谓GEM的第二阶段计划。

卫星业界的融合风此次大会的一个非常引人注目的新闻热点,是SES及GE Americom融入SES集团中,成为世界上优等卫星宽带业务的运营商。对经营MSS这具有较大风险的ICO Teledesic这一新ICO公司,亦打算并购Elippso和Constellations Communications公司,以实现其分步实施占领市场、减少风险的总战略。2001年国际卫星大会开幕全会上对公司融合的热烈气氛预示着未来全球卫星业界的融合风将可能愈刮愈烈。

卫星通信的农村应用从实现农村及偏远地区的普遍服务而言,人们的一致认为卫星通信毫无疑问是一种最有用武之地的强有力的手段。无怪乎这次卫星大会上,谈到LEO/MEO GMPCS的严重失利时一些人认为,卫星通信要想取得长足发展并占据信息通信业界重要地位,必须要使卫星手段对农村及偏远地区的通信发挥实际有效作用。中国的情况当然非常明显,中国农村人口占全国人口2/3,涉及全国30多个省、市、自治区约24万个行政村的家家户户的切身利益,亦涉及缩小东西部地区发展水平差距这一宏伟的战略目标。

知识卡片:

光纤通信技术

光纤通信技术就是利用光导纤维传输信号,以实现信息传递的一种通信方式。光导纤维通信简称光纤通信。可以把光纤通信看成是以光导纤维为传输媒介的“有线”光通信。实际上光纤通信系统使用的不是单根的光纤,而是许多光纤聚集在一起的组成的光缆。

3.我国卫星通信的应用和发展状况

中国第一颗同步试验通信卫星

中国通信卫星的研制始于70年代331卫星通信工程的实施,到1984年4月,中国第一颗同步试验通信卫星发射成功投入使用,标志着中国通信卫星从研制转入实用阶段,并表明我国已全面掌握了同步轨道卫星的设计、制造、发射、测控及卫星通信地球站设备的生产技术,为我国的卫星通信技术和产品发展奠定了初步基础。

东二甲通信卫星

第一个卫星通信地球站

1985年先后建设了北京、拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州等5个公用网地球站,正式传送中央电视台节目。此后又建成了北京、上海、广州国际出口站,开通了约2.5万条国际卫星直达线路;建设了以北京为中心, 以拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州、西安、成都、青岛等为各区域中心的多个地球站,国内线路达10000条以上。

中国第一颗试验通信卫星

专用网建设发展非常迅速,人民银行、新华社、交通、石油天然气、经贸、铁道、电力、水利、民航、中核总公司、国家地震局、气象局、云南烟草、深圳股票公司以及国防、公安等已建立了20多个卫星通信网,卫星通信地球站(特别是甚小孔径终端VSAT已达万座。我国还有INTERNET服务提供商(ISP)提供的网络和其他较小的卫星通信网络。另外,用户达万个的“金桥”工程卫星通信网也正在积极建设中。

在卫星电视广播业务方面,自从1984年,“东方红”卫星发射成功后,我国也开始利用卫星传送广播电视节目。目前,中央电视台4套、教育台、新疆、西藏、云南、贵州、四川、浙江、山东、湖南、河南、广东、广西、河北等十几个省级台的电视节目和40多种语言广播节目已上卫星传送,已有卫星电视地面收转站十万个,电视专收站(TVRO) 约30万个。部分系统采用了比较先进的数字压缩技术。实践证明,卫星电视广播具有服务区域大、传播远、质量高、投资省、见效快和经济效益高等一系列优点,是提高我国(特别是边远山区)电视广播节目覆盖率最有效、最先进的技术手段。我国的卫星通信和电视广播网已初具规模,在国民经济、国防和教育等领域发挥着越来越重要的作用。