亚太5号卫星通信链路技术

亚太5号卫星通信链路技术

通过卫星直接将电视信号传送到地面上的每家每户，用户用小型天线或简单的接收设备就能方便地接收到电视节目信号，此类方式称为直播卫星电视系统，又可称（DTH即直播到户）。我国中星9号直播卫星就属于这一类，简称直播星。这一类中采用的卫星可以是广播电视直播卫星，如中星9号卫星，也可以采用大功率、高容量的通信卫星。如亚太5号通信卫星。亚太5号卫星承担着若干个卫星电视系统的传送任务,在卫星覆盖区内, 大部分地区的用户使用0.6m的小型抛物面天线及相应的接收设备就可以很方便地接收到它的信号。

隶属于亚太通信卫星有限公司和美国劳拉天网公司（两家公司各投资一半）的亚太5号通信卫星，是2004年6月29日美国海上发射公司在太平洋海域的奥得赛发射平台上用俄罗斯与乌克兰共同开发的顶峰3SL型(Zenit-3SL)火箭发射升空的。虽然火箭在发射过程中曾出现过短暂的故障，但经过卫星的调整，最终进入预定的138°E地球同步静止轨位。鉴于亚太5号卫星隶属于两家公司故又称为Telstar 18卫星。

亚太5号卫星是一颗高功率大容量通信卫星, 采用的是美国劳拉空间系统公司的FS1300型卫星平台，发射质量4640kg,在轨设计年限超过13年。该星工作在C,Ku 波段，具有38个C波段转发器（其中亚太公司拥有20个转发器,劳拉公司拥有18个转发器）和16个Ku波段转发器（其中亚太公司拥有9个转发器，劳拉公司拥有7个转发器）。亚太5号卫星C波段采用3.4~4.2GHz的下行频率、33~41dBw的等效全向辐射功率,覆盖亚洲、澳洲、太平洋群岛和夏威夷等地区。亚太5号卫星Ku波段采用采用12.25~12.75GHz的下行频率、45~59dBw的等效全向辐射功率的两个波束分别覆盖中国、朝鲜半岛和南亚等地区,为亚太地区提供直播电视DTH、互联网、VSAT及洲际、全球通信与广播服务。

目前亚太5号通信卫星的Ku波段承担着长城(亚洲)卫星电视平台、香港有线电视卫星台、香港艺华卫星电视平台、数码天空卫星电视平台的传送任务，C波段还传送世华卫星电视平台及其他的卫星电视信号。

亚太地区，中国和印度等国家率先通过租用国际卫星组织（INTELSAT的卫星转发器，对偏远地区提供可靠的通信连接。亚太地区还是首先拥有国内卫星系统的地区之一。如印度尼西亚的“帕拉帕”系统于1976年投入使用，它也是发展中国家的第1个国内卫星系统。现在，中国、澳大利亚、印度、印度尼西

亚、日本、韩国、马来西亚、菲律宾、泰国、新加坡／中国台湾省，都已使用国内卫星系统。为乡村和偏远地区服务是这些通信业务的主要推动力。容量更高的后几代卫星已在上述大多数国家中投入使用，这表明卫星通信的高增长率。像帕拉帕、亚星、国际通信卫星和泛美卫星这样采用覆盖亚太地区的同步轨道卫星的几个区域性和国际卫星系统已投入使用。许多国家租用这些系统中的转发器。国际海事卫星（INMARSAT）除提供全球海上移动卫星通信业务外，还提供陆地移动卫星通信业务。

包含“全球星”的全球移动个人卫星通信（GMPCS）系统已开始投入运行。ICO、ACeS（亚洲蜂窝卫星系统）、Thuraya、ASC（Agrani）和Teledesic卫星系统可能在不久的将来投入使用。像日本和韩国这样的国家在Ku波段／Ka波段投入使用的Internet和多媒体业务非常发达。许多其他国家正计划实现这些业务。但是，这一地区的很多地方仍然没有这些业务。

1990年开始运作的亚州卫星（Asiasat）公司是在亚太地区提供固定和广播卫星通信业务的第一家私营合资企业。通过抛物面天线直接从卫星接收的并通过有线电视接入的电视节目爆炸性增长，并送入上千万户家庭。大量的电视频道主要用于收视娱乐和新闻、体育和教育节目。卫星通信技术特点卫星通信技术包括卫星系统和数字通信两个方面的技术。随着电子技术的迅速发展，这些卫星技术得到显著提高。

卫星通信在60年代初用于点到点国际中继电话，在70年代用于国内通信，在80年代用于商业通信。随着时间的推移，发射能力更强的运载火箭的开发成功促进了卫星通信的快速发展。卫星发射功率、天线尺寸、转发器的数量、主太阳能电池板功率的显著增加使卫星信道容量增大了很多，并使每信道成本显著减少。随着卫星复杂性和尺寸的增加，地面终端的复杂性、尺寸和成本能够减少。因此，为商业通信或乡村和偏远地区通信部署大量的终端在技术和经济上都是可行的。地面终端的大规模生产可使其成本进一步减少。在90年代，采用16米天线的更大的卫星发射成功，星上有效发射功率的增大允许使用手持式移动终端。这种终端的成本已降到3000美元以下。这些终端已用于个人通信。其通信方式是双模式：即可以进行地面蜂窝通信，又可进行卫星通信。单片微波冥成电路（MMIC）使射频（RF）分系统的尺寸和成本得以减少。由于卫星功率更高，地面站的尺寸和成本进一步减少。利用频率更高的波段，如Ku波段和Ka波段提供

更大的带宽，减少干扰，使终端更小，业务容量更大。使用超大规模多波束天线将增强卫星的发射功率，并可大量重复使用频率。具有电子跟踪能力的相控阵大线和智能手持式收发两用机将提高地面站的通信效能。甚小口径终端（VSAT）将向超小口径终端（USAT）发展。星上数字信号处理和再生将增加吞吐量，减少噪声、降低干扰和雨衰。卫星交换TDMA与窄波束相结合将通过较高的卫星等效全问辐射功率（EIRP）显著增加业务容量。在Ka波段可以利用的功率更高的卫星，将对远地点开辟宽带多媒体业务。使用再生转发器将把卜行和下行链略性能衰变隔离开来，并可进一步增强信号质量。星际链路（ISL）将扩大卫星系统的能力和覆盖范围。

按照摩尔定律的预测，以每个集成芯片的晶体管的数量计，半导体的功率每18～24个月翻一番。超超大规模集成电路（VVLSI）的开发证明了这种预测到现在为止的30年内是非常精确的。鉴于集成电路尺寸的缩小，数字信号处理的功耗和成本也已减少，而性能却显著提高。数字卫星通信技术在以下几个方面取得了极大进展：

话音编码：话言编码的比特率从普遍的脉冲编码调制（PCM）64kbps减少到8kbPS以下，接近长话质量。卫星功率和带宽需求量几乎呈数量级减少。视频编码立体声质量的电视信号可能要求216Mbps的比特率。数字视频压缩技术使比特率要求呈数量级减少。像MPEG－2和DVB－S这样的视频压缩标准已经制定出来，并已用于卫星传输，从而使卫星传输功率和带宽要求显著减少。

前向纠措编码：运用纠错编码技术使比特设码率性能得到了非常显著的改善。例如，运用前向纠错码可使载波功率减少4～5dB。

加密：数字信号能够轻而易举地按照所需的保密等级加密。

调制：能够运用较高水准的移相键控技术减少带宽要求。

包交换：诸如话音、数据、视频和图形多种信号的组合，能够实现包化、多路复用和更有效的传输。

多址：能够使用频谱效率更高的时分多址和码分多址接入技术。

数字语音插值（DSI）能利用话音信道的闲置期，使信道容量增加2.5倍。数字线路倍增设备（DCME）利用DSI和低比特率编码，使信道容量比普通的64kbPS PCM恬音信道增加10倍多。

按需分配多址（DAMA）该技术通过高效共享转发器的容量而减少成本。

总之，数字信号处理、多路复用、调制和多址接入技术的结合可以减少功率

和带宽要求，产生更高的灵活性和巨大的频谱效率。像TCP／IP这样的传输效率更高的协议和像帧中继和ATM这样的传输技术提高了卫星线路的效率。

卫星通信具有一些其它通信方式难以替代的特点和优势，这些特点和优势与无线寻呼信号对远程传输的需求有着相当大的吻合度，尤其是在寻呼信号的同播覆盖运用方面。本文着重就卫星链路的特点和在选择卫星系统进行寻呼信号同播覆盖时需要注意的主要问题进行阐述和探讨。

卫星VSAT （甚小口径天线站）站由天线、室外射频单元和室内数字处理单元组成。室内数字处理单元一般装在VSAT通信站的机房内，由一根电缆与室外单元连结，承担发送和接收数据的处理、操纵功能。室内数字处理单元的接入端口可以同时支持多种通信协议，方便用户将各种数据终端或网络接入VSAT网。相比地面无线或有线通信链路而言，卫星VSAT通信在以下几个方面具有明显优势：

1．可靠性（可用度）

地面有线链路（DDN、X．25或PSTN）节点多，结构复杂，复杂的结构意味着可能发生故障的环节增多，对技术维护和支持的要求增高。运营部门很难在大范围内各个网络层次可能的故障点上都有能力提供及时有效的故障响应技术支持。地面200M、400M无线链路多半也存在中间差转站的维护问题，并且干扰问题严重。卫星链路则结构简单，只要专业化的通信公司分别为卫星和卫星地面站的安全提供了保障，通信链路就不存在其它中间环节故障点。正规专业化设计的卫星VSAT网络信道可用度都在99.9%以上，这是地面线路在相当长一个时期内所难以企及的。事实上许多原计划采用卫星链路来做地面线路备份的运用场合一旦建立起卫星信道之后，往往发现卫星信道反而变成了事实上的主用信道，在中国中西部地面线路建设较落后的地区尤其如此。

2．及时性

由于卫星VSAT通信结构层次简单，信息传递的速度恒定、快捷。而地面链路信息路径不确定，在远距离传输时往往无法预知或控制信息传送所需要的时间。对于寻呼这一类需要快速响应的运用而言，数据传送的速率是至关重要的。另外一般认为地面线路带宽较高，大数据量信息传送的速度可能较快，但不能忽略的是由许多线路段连接而成的长途地面通信信道速率是由这些线路段中速率最低者所决定的（瓶颈效应），这就是为什么在同样的端口速率设置下地面线路

通信往往慢于卫星通信的原因。

3．灵活性

卫星双向VSAT小站的安装、调试、开通只需二～三天便可完成，单收站更可由一般工程人员在30分钟内安装完毕，而地面链路的铺设和调度往往需要长得多的时间（尤指DDN）。

4．通信成本

在发达地区，较短距离内，同等通信带宽情况下地面线路的租用费一般会低于卫星通信。但随着通信距离的增加，地面线路的通信费用迅速上升，而卫星通信费用可在卫星覆盖范围内基本保持不变。对于同播覆盖而言，覆盖点的增加不会导致通信成本的增加，这是地面通信不可能做到的。另外卫星VSAT通信的成本首先取决于卫星转发器的租用价格，在亚太地区，预计1999年度的卫星专发器资源将会比97年翻两番，价格应有较大幅度的下调。另一个对卫星通信成本起决定性作用的因素是提供服务的通信公司的卫星网规模。

使用卫星VSAT通信要注意以下几个主要指标：

室内单元需要注意端口数、端口速率、和端口能支持的协议种类这几个指标，这些指标决定了卫星站的可扩充性和对多种运用的适应能力。卫星通信空间段有C和Ku波段两种选择，C波段天线尺寸较大，容易与地面4-6G微波通信链路发生干扰，必须在建站前进行严格的电磁环境测试。Ku波段由于天线尺寸较小，安装更方便，而且12-14G空间频段要干净得多，基本上不会发生空间段的干扰情况。但是Ku波段会受到大雨的影响，因而链路计算需要有一定的冗余度。

室外单元主要注意功率放大器的发射功率以及接收高频头的灵敏度和噪声温度。在卫星和天线尺寸选定的情况下，功率放大器的发射功率及其补尝机制是决定卫星链路可用度的主要因素。

主要相关指标为下行EIRP功率覆盖情况、饱和通量密度Ws以及寿命、位置等。目前寻呼台在进行卫星同播覆盖时，有以下两种技术体制可供选择：1．一跳方式：

寻呼台购买一套 SCPC（单路单载波）单向数据广播发射站，将编码器输出的POCSAG或FLEX码流，经过信号处理器转换成卫星数据信号之后发射上星，各地单收站直接接收卫星转发的单向广播数据，反过来转换成POCSAG或FLEX码流，通过基站发射机发射，从而完成对该地区的覆盖。

由于单收站数量多，只有降低每个单收站的价格，才可能大面积使用，所以，

单收站的G/T值（品质因素）较低，为保证一定的误码率，要求卫星电路的信噪比较高，这就要求广播站要有足够强的发射功率。若使用SCPC单向数据广播发射站直接向单收站广播，为了保证同播质量，SCPC单向发射站需配备几十瓦的发射机，为保证链路可靠性，所有设备要一比一备份，这样的SCPC单向发射站一次性投资较大。

2．两跳方式

基本工作原理与一跳方式相同，只是寻呼台可购买上行功率能力较小的TDM （时分复用）双向卫星VSAT通信站，将同播数据流先引接到卫星主站，经过主站放大之后，再利用主站强大的上行能力，发射广播信号。卫星转发器转发下去的信号强度，正比于上行站发射功率与天线增益的乘积，两跳方案利用了卫星主站的功放和带精密跟踪系统的天线，使单收站获得的信号强度，远远大于使用4－8瓦功放、2.4－3.7米普通天线的一跳广播方案。

一跳方式上行站的一次性投资是两跳方式的5至8倍，但当寻呼台同播频点数较多时，每频点年使用费可能会低于两跳方式。如寻呼台实力较强，有8个以上频点需要同播时，可重点考虑一跳方式。

另外采用一跳方案的SCPC单向发射站只能用于单向广播；而采用两跳方式的TDMA上行站，往往具有完整的卫星通信地面站功能，它有多个数据通信端口，除了同播端口外，其他端口还可以用于漫游联网、INTNET寻呼（即转发电子邮件）、联网语音信箱服务、双向寻呼等，为寻呼台开展新业务、提供新功能奠定了基础。

卫星通信手段具有很高的灵活性对任何地点都能提供通信服务，服务地区可以是国家、区域或全球；具有话音、数据、视频或多媒体等多种类型的通信服务，能提供一个或一百个多路复用信道，比特率可以从每秒几比特到每秒几百兆比传质量高，能够针对所需的质量优化链路设计；便于快速安装，能够轻而易举地满足移动式、可运式，短时间内的应急和救灾管理需求；可提供多址接入，不同用户住所终端的许多经营商能够共享同一个转发器资源，以经营混合信息，可靠性高，即由于链路只需要一个转发器（卫星转发器），因而通信质量是很高的。因此，卫星通信能用于满足用户的如下需求。

1．单向应用由于卫星的广播特点，单向信号分发、多播和直播应用特别便宜和富有吸引力。通过卫星从信息中心连接到最终用户，可提供以下的单向应用内容：电视和视频业务：70年代末以来，由于卫星在世界范围实时地传递重

要的文化、政治、体育和娱乐事件，“通过卫星传送现场信息”已经家喻户晓。在第一时间，对战争（两伊战争）的现场报道产生了强烈效果。现在大部分电视和视频节目都是通过卫星传送的，而且还有许多音频节目也通过卫星来转发。世广卫公司现在正向全世界推广商业性的直接音频广播。覆盖非洲的卫星刚刚发射。新闻和数据分发及广播能够定时对有关的家庭直接提供最新新闻、证券市场、金融信息和气象预报。对通过卫星浏览Internet的用户可以提供高速下载，同时可通过拨号线进行网站查询。数据采集和遥感可充分利用监控和数据获取（SCADA）功能，实施油、气和农业监控。话音／数据接发和无线寻呼：能够经济地提供短消息业务（SMS）和寻呼业务。小型低轨道卫星（也称作小LEO）以低成本提供覆盖全球的信息接发业务。

2．双向应用公共电话交换网（PSTN）连接乡村和偏远地区的VSAT，通过装在乡村地区的枢纽站能够连接到PSTN。VSAT现在还能提供基本速率和基群速率的综合业务数字网（ISDN）连接。通过卫星或网状结构能够连接远地点。封闭式用户群：通过VSAT网络连接总公司、办公司和公司所属工厂、金融机构、工业和商业机构，便于在机构内进行所有类型的通信。交互式计算机通信：通过VSAT能够实现像自动售货机、销售点和对周转期反应灵敏的存货控制这样的数据应用。还可以提供 E～mail、Internet、内联网业务。电视会议：用于一个机构的各个部位之间经常交流信息和召开会议，以减少旅行。远程教育：在乡村和偏远地区非常有益于学生／教师／专业人员、教育专家和职业培训。电子商务：远地点通过电子商务缩短了地理距离，减少了经销和交易成本及时间。它对买卖双方同样提供更多的信息和选择。远程医疗：大体可分为三个方面：远程咨询、远程诊断和远程教育。交互式共享图像和医疗信息包括远程放射、远程病理学、远程皮肤病学、远程心脏病学和远程内窥镜学。就这些应用而言，很多应用要求高质量的图像和视频。多媒体业务：话音、数字形式的视频、音频、数据、文本或图像等各种形式的信息的组合，通常称作多媒体，通过卫星能够以效益高而成本低的方式传送。多媒体非常有益于学校、医院、政府、公司、贸易、工业和乡村社区。