卫星宽带接入的解决方案

2019-11-04 20:25:55

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供稿：网友

　　摘　要　本文从介绍Internet与卫星宽带接入技术入手，针对宽带多媒体通信系统的要求和特点，提出了几种可能的卫星宽带接入的解决方案，以及其在远程教育等方面的应用实现
　　
　　1.引言
　　互联网在二十世纪已经成为人类生活中必不可少的一部分。进入二十一世纪后，随着全球信息网络技术的迅猛发展，基于宽带互联网的各项应用服务都发生了革命性的变化。宽带化和高速化将成为下一代互联网的重要标志，然而在目前的国内市场中，带宽不足而导致上网速度慢的问题仍是制约中国互联网发展的最大瓶颈。
　　
　　以前的家庭大多主要采用传统Modem通过电话线拨号上网，它最快速度也只能达到56kbps。之后出现的N-ISDN"一线通"服务虽然增加了速度，降低了成本，但需拨号上网，仍属于窄带范围，不能满足宽带的需求。所谓的宽带是指在同一传输介质上，可以利用不同的频道进行多重的传输，并且使用户24小时连接的非拨号接入，实现传输速率超过1.54Mbps。宽带接入方式多种多样，主要方法一是利用有线电视网络加Cable Modem；一是DDN专线接入技术及基于卫星通信DirecPC的无线接入技术。目前最有能力的是XDSL和Cable Modem两种方式，占市场的80%左右，其余是卫星宽带接入，固定和移动无线接入等方式。
　　
　　卫星通信在大区域稀路由，无缝隙通信方面有着其他通信方式无法比拟的优势，可以实现用户在任何时间，任何地点高速地从因特网上获取信息。在目前网络基础设施非凡是宽带基础设施尚不发达的中国，卫星宽带接入不失为一种便捷而廉价的宽带接入手段。
　　
　　2.卫星宽带接入技术
　　与地面通信系统相比，宽带卫星接入系统虽然有延时较长等缺点，但却具有一些地面网络无法比拟的优点，譬如：覆盖面广，具有极佳的广播性能；传输不受地理条件的限制，组网灵活；网络建设速度快，成本低；能够灵活高效地利用和扩展带宽；链路性能好，利于推广多元化的多媒体应用；技术成熟，标准稳定等等。作为地面网络的补充，宽带卫星接入系统对于地面网络不能到达的不发达地区来说是一种有效的通信方式。据统计，到2000年底，全球使用卫星Internet接入业务的用户达到了300万。有人估计，到2005年卫星接入将占有北美10%的高速Internet接入市场。
　　
　　目前应用最广的卫星宽带接入系统是DirecPC系统，它是美国休斯网络系统公司推出的高速宽带多媒体接入技术。它将高速宽带的传输技术和卫星数据广播技术相结合，以不对称传输方式弥补地面传输带宽不尽如人意的缺陷，同时又可以利用其下行带宽空闲时间进行数据、音频、视频信号的广播传送。DirecPC系统的最大特点就是利用了卫星广播信道实现ip组播，通过DirecPC综合业务平台，利用一台服务器能够对无数量限制的卫星单收站(即没有交互功能)同时发送单一的连续数据流而无时延。因此，网络成本会变得相当低廉，并可以达到从未有过的传送能力，而不必担心信道拥塞。DirecPC系统最高支持24M的速率进行组播，此种服务适合于类似MEPG-Ⅱ这类高品质。多频道流式视频传送以及音频流式传送。除DirecPC系统外，较为流行的卫星宽带接入系统还有IP over DVB及用于Internet干线传输的双向卫星系统IPSat和Comtier等。
　　
　　3.几种可能的宽带卫星接入的解决方案
　　多媒体技术是一种新兴的信息交流方式，它不是简单的把声音、文字、图形和图像等几种媒体叠加后呈现在人们面前，而是通过有机的信息集成，为人们提供最优的视听品质。随着多媒体应用的逐步普及，传统的网络框架已不再适用，全交换和高速接入已成为新型网络结构的两大特点。因此，对网络技术的基本要求也相应加强。
　　
　　首先，多媒体通信网络必须有足够的带宽。数据传输速率应该在100Mbit/s以上，才能满足各类多媒体通信应用的需求；其次，网络必须保证多媒体通信的实时性和可靠性。语音和图像的延时都要小于0.25s，静止的图像要求小于1s，对于共享数据要求没有误码；再有，系统必须保证精确的同步，这包括媒体间同步和媒体内同步；多媒体通信的最大特点就是交互性。它不仅要求具有高质量的多媒体数据传播能力，还要求具有一定的信息反馈能力，能及时传送用户的反馈信息。
　　
　　一般现有的电信网、计算机网和CATV网，虽然都可以用来传送多媒体信息，然而都各自存在不同的缺陷。加之全球范围内的Internet接入、交互式多媒体业务、电视会议和其他带宽密集型应用的迅速增长，要求有更加灵活和成本低廉的宽带解决方案。
　　
　　针对上述多媒体通信的要求，鉴于卫星宽带接入的特点，现主要提出两种加速因特网传输的卫星接入方案：一种是利用卫星的高速下载和地面反馈的外交互的方式，该方案是基于当前因特网信息流量非对称性(接收数据量往往远大于发送数据量)而提出的，采用卫星链路作为下行数据链路，将其他通信网络如电话拨号。局域网等作为上行数据链路。另一种是利用宽带卫星的双向传输，例如Teledesic系统可以给用户提供16kbps~2.048Mbps的传输速率。
　　
　　下面分析几种具体的卫星宽带接入的解决方案。
　　
　　方案一：卫星与传统的Modem或专线相结合接入Internet
　　
　　该方案其工作原理如下：用户的电脑装配一张卫星网络PCI卡，并和一个大约75厘米口径的卫星接收天线相连。所有低带宽。外向的信息(如网址要求)通过调制解调器从电话网络上送出，但所有高带宽。内向的信息(比如一个图像丰富的网站)都从卫星上直接发射到用户的电脑上。用户在浏览器软件上单击一个网址，网址要求信号由调制解调器送出到用户的ISP。在这个要求信号离开用户PC机之前，用户端软件附加了一个IP头码到要求信号上。这个附加码指示用户ISP把要求信号转到网络运行中心，NOC接到要求信号后，把附加码去除，然后根据用户要求到相应的网站去获取所需信息，再将信息上传到卫星，以高速高带宽送到用户的接收天线，再到用户的PC机上或配置机顶盒STB(set top box)的视频接收机中。这种卫星高速数据接入系统充分利用互联网不对称传输特点，采用DirecPC技术，用户端只需14.4kbps以上Modem基本上网配置。卫星网络PCI卡。用户端软件和0.75m卫星接收天线等设备即可。系统的交互速率可达200-400kbps，最高可达3Mbps高速单向广播式数据文件下载。
　　
　　该系统比较适合于单向的远程教学，也可以用于会议电视及为各类教育机构、大中院校、成人教育等开设交互式远程教育课程等。但采用Modem拨号上网要受限于线路速度，最高不超过56kbps，而且上网的费用相对较高。即使采用光缆或卫星及微波等无线信道的专线连接方式能提高上行速度，但由于需要建立联网的站点且费用较高，使得它只适合于业务量大的单位和机构团体，不适合于广大个体用户。目前很多公司都采用这种类似的卫星宽带接入方式，如中国通信广播卫星公司推出的"中星在线"、广东电信推出的"星网通"业务以及科利华公司开发的卫星宽频互动教育平台等。
　　
　　方案二：卫星与有线电视网相结合接入Internet
　　
　　为了寻求一种对个体用户来说上网快、费用低、投资少、见效快的途径，不妨考虑卫星与有线电视网相结合的新型上网方式。有线电视网的HFC网络是采用光纤和同轴电缆混合铺设，具有成本低。信号质量好。频带宽的特点，给家庭用户高速、快捷上网开辟了一条新途径。
　　
　　由Internet的高速接入供给商、本地ISP有线电视台(CATV网络)和用户终端组成。国际出口就是一个Internet高速接入供给商，在这里建立卫星上行的主站，下行数据经过发射无线送到卫星转发器。在有线电视台设立卫星接收站，把收到的数据经过电缆数据调制器。上变频器，变成有线电视网络需要的射频RF，用户在家中使用带有数据广播接收卡的计算机，将电缆中的信号解调并接收。同时用户的计算机配普通电话Modem，拨号到本地ISP，把用户的请求信息传送到对方。本地ISP在此起到路由的作用，沟通用户和远端的国际出口局。这样从地面Internet上行到卫星与有线下行，构成了一条完整的双向数据通路。
　　
　　这种新的接入Internet的方法充分利用了现有的CATV网的现状和卫星不对称单向广播的特点。有线电视网络仍然采用当前的单向传输，而卫星也采用单向广播传输，用户的回传信息则通过地面的Internet传送到信息源。这种方式，有线台就不必要建设卫星上行站，而有线电视网也不必要进行双向改造，这就大大减少了资金的投入，缩短了建网的时间。从卫星到有线整个信道具有宽带特点，且价格低廉，让用户充分享受到高速上网的服务，是一种比较理想的宽带接入方式。
　　
　　方案三：卫星与VSAT系统结合的双向传输网络
　　
　　前述两种方案都利用地面网来实现信息的回传问题，但是地面网的信道比较拥挤，可能经常会发生阻塞和故障，此时不妨考虑利用VSAT网来接入Internet。由于VSAT系统具有覆盖范围大。结构灵活。组网迅速方便。易于实现多级连接，用户终端接入方式灵活等优点，使得它完全可以作为地面网的补充，甚至在某些场合成为唯一的可行方案。
　　
　　除了使用VSAT网或地面网外，我们可以考虑使用双向VSAT小站通过卫星链路的回传信道来实现双向传输。一般来说小站的回传速率远小于下行广播速率，因此考虑采用星型(star network)的VSAT系统。该系统的大量高速数据通过主站天线发射至卫星转发器，下行则通过数字视频广播(DVB)传送至各个远端的VSAT小站，最后再通过相应的数据接口设备传送到某一用户的电脑，或是通过与局域网相连的某一PC机传送给多个用户。
　　
　　由于主站与远端站间需要进行交互传输，因此远端站需要安装一个宽带双向(two-way)终端。假如远端小站只接收Internet内容，则只需安装单向(one-way)终端。一个双向终端主要包括室外单元(ODU)和室内单元(IDU)。ODU包括RF部分的天线和HPA。IDU则配有机顶盒(set top box)用于提供宽带交互式卫星系统网络接入的数据接口，连接ODU和用户的PC。用户的需求和反馈信息通

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