Dave Rehbehn/文，沈永言/譯

地面系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)

Dave Rehbehn/文，沈永言/譯

隨著HTS的廣泛部署，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)看到了HTS相對(duì)于傳統(tǒng)衛(wèi)星在功率和性能方面的顯著提升。由于HTS的推動(dòng)以及衛(wèi)星技術(shù)的持續(xù)改進(jìn)，衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)地面系統(tǒng)制造商開始向市場(chǎng)帶來(lái)新一代的VSAT系統(tǒng)。相對(duì)于先前系統(tǒng)，新系統(tǒng)為衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商提供的性能提高時(shí)十分明顯。

這些明顯提高的方面包括更高效的前向和后向信道運(yùn)行、高密度的關(guān)口站、強(qiáng)大的遠(yuǎn)端站、社區(qū)VSAT、增加的基站中繼容量、增強(qiáng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（VNO）能力。這些進(jìn)步結(jié)合在一起，形成了新一代系統(tǒng)，它具有更高的性能和效率、更寬的業(yè)務(wù)范圍。

1 前向信道改進(jìn)

相比先前的DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)，最近采用的DVBS2X標(biāo)準(zhǔn)給前向信道帶來(lái)了更高的效率。這些效率主要來(lái)自以下兩個(gè)方面：

第一個(gè)是DVB-S2X使得前向信道運(yùn)行于5%的滾降系數(shù)，而DVB-S2滾降系數(shù)只能達(dá)到20%。降低的滾降系數(shù)直接轉(zhuǎn)換成為更高的頻譜效率，例如，DVB-S2X運(yùn)行于5%滾降系數(shù)的45Ms/s信道，其占用47.25MHz帶寬，而運(yùn)行于20%滾降系數(shù)的45Ms/s信道要占用54MHz帶寬，這意味著系統(tǒng)能夠節(jié)省12%的前向信道帶寬資源，因而運(yùn)營(yíng)商運(yùn)行成本會(huì)變得更低。

另外一個(gè)是DVB-S2X標(biāo)準(zhǔn)比DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)具有更小的MODCOD（調(diào)制解調(diào)器）粒度。

MODCOD粒度的增加意味著前向信道更加接近理論水平，從而提高了帶寬效率。DVB-S2X調(diào)制器與DVB-S2調(diào)制器的性能比較見(jiàn)圖1所示。

圖1 DVB-S2X與DVB-S2調(diào)制器的性能比較

由圖1可見(jiàn)，在8db Es/No處，DVB-S2X載波的效率是2bits/Hz，而DVB-S2為1.75bits/Hz，前者比后者提高了12%。DVB-S2X MODCOD更小的滾降系數(shù)和粒度結(jié)合起來(lái)，其總效率要比DVB-S2提高20%，這是世界各地許多運(yùn)營(yíng)商選用DVB-S2X的關(guān)鍵原因。

除了更小的MODCOD粒度之外，DVB-S2X的大多實(shí)現(xiàn)方案所采用的調(diào)制階數(shù)高達(dá)64APSK，而許多老的DV B-S2實(shí)現(xiàn)方案調(diào)制階數(shù)僅達(dá)到16APSK，盡管如此，這有時(shí)還要受限于更低的載波符號(hào)率。

支持64APSK的能力意味著更高的頻譜效率，這當(dāng)然潛在要求使用大的遠(yuǎn)端天線。包括額外安裝成本在內(nèi)的更大遠(yuǎn)端天線投資成本，時(shí)常因?yàn)樗鼈兛梢灾С只局欣^之類應(yīng)用和更改收益而變得合理化。

前向信道的另一個(gè)改進(jìn)是“w ideband（寬頻帶）”傳輸方案的引入，其信道速率高達(dá)200Ms/s，而大多數(shù)DVB-S2系統(tǒng)最多為45Ms/s。對(duì)于上邊提到的20%滾降系數(shù)，意味著單個(gè)載波將占54MHz頻譜。許多HTS系統(tǒng)使用250MHz頻譜或更多，這意味著，若使用DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營(yíng)商將需要五個(gè)載波來(lái)使用250MHz的前向信道容量。

寬頻帶傳輸意味著單個(gè)信道可以運(yùn)行于250MHz的前向信道頻譜上。這具有雙重好處：一是相對(duì)于多載波來(lái)講，信道可以運(yùn)行于大約1d B的更低OBO（輸出回退）。二是更大的載波信道信息速率意味更好的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，以及針對(duì)遠(yuǎn)端站的更好服務(wù)提供。

2 反向信道改進(jìn)

對(duì)于下一代VSAT系統(tǒng)也有一系列反向信道改進(jìn)。一些廠商已經(jīng)向市場(chǎng)提供了自適應(yīng)反向信道，它可以實(shí)現(xiàn)反向信道調(diào)制和解調(diào)的動(dòng)態(tài)組合。

這些改進(jìn)的重要性在于一個(gè)廠商可以在一個(gè)TDMA幀內(nèi)以不同的速率來(lái)突發(fā)信息。這種突發(fā)至突發(fā)的自適應(yīng)TDMA顯著地提高了效率，有時(shí)能超過(guò)20%，因此，無(wú)需設(shè)置獨(dú)立的信道來(lái)支持固定編碼速率。

類似于前向信道在高階調(diào)制方面的改進(jìn)，我們同樣看到有的廠商開始提供針對(duì)MF-TDMA接入方案的16APSK高階調(diào)制技術(shù)。這種能力與HTS關(guān)系更為密切，因?yàn)槲覀円呀?jīng)在一些衛(wèi)星設(shè)計(jì)中看到高的G/T，其中比較著名的是Intelsat EPIC。

相比于先前的VSAT系統(tǒng)，反向信道大小同樣有顯著改進(jìn)。目前，較為常見(jiàn)的反向信道速率是8Ms/s以上。當(dāng)與8PSK和16APSK之類的各種調(diào)制方案結(jié)合應(yīng)用后，單個(gè)遠(yuǎn)端站的反向信道傳輸速率可達(dá)20Mb/s以上。這些速度更高的反向信道使得下一代VSAT系統(tǒng)能夠支持更高端的終端應(yīng)用，如基站中繼或SNG（新聞采集）。

3 高密度關(guān)口站

HTS系統(tǒng)關(guān)口站容量通常較大，可達(dá)數(shù)Gb/s，一些下一代VSAT已能支持高密度關(guān)口站設(shè)計(jì)。

高密度關(guān)口站指的是單架就可以提供數(shù)Gb/s的容量。一些廠商組合應(yīng)用高級(jí)多核心刀片服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心行業(yè)廣泛的虛擬化技術(shù)，在單架上實(shí)現(xiàn)5Gb/s以上的處理能力。相比之下，一些早期的VSAT系統(tǒng)單架只能提供200～300Mb/s。對(duì)于一個(gè)10Gb/s的典型HTS關(guān)口站設(shè)計(jì)，新一代關(guān)口站只要2到3個(gè)架，而老系統(tǒng)則需要30個(gè)，可見(jiàn)兩者差距巨大。

由于地板空間和電源系統(tǒng)造價(jià)不菲，高密度關(guān)口站能力是許多HTS系統(tǒng)實(shí)施中的關(guān)鍵要素。

4 更強(qiáng)大的遠(yuǎn)端站

下一代VSAT系統(tǒng)的一個(gè)重要發(fā)展是功率和吞吐量得以增強(qiáng)。某些情況下，這是通過(guò)定制VLSI芯片技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步實(shí)現(xiàn)的。VLSI能將多個(gè)處理器和DVB-S2X解調(diào)器、MF-TDMA調(diào)制器集成在一起。

這個(gè)結(jié)果就是催生了成本有效且功能強(qiáng)大的遠(yuǎn)端站，它具有顯著的吞吐量。每個(gè)遠(yuǎn)端站200Mb/s的數(shù)據(jù)吞吐能力使得服務(wù)提供商可以提供卓越的服務(wù)，特別是高端的應(yīng)用。

5 社區(qū)VSAT解決方案

在服務(wù)提供商向世界欠發(fā)達(dá)地區(qū)提供衛(wèi)星通信服務(wù)過(guò)程中，社區(qū)VSAT解決方案開始時(shí)興起來(lái)。這是一種一個(gè)VSAT能夠支持一個(gè)群體或是一個(gè)村莊，而不僅僅是一個(gè)家庭的解決方案。

基站中繼就是一個(gè)社區(qū)VSAT的常見(jiàn)案例。衛(wèi)星具有快速向邊遠(yuǎn)地區(qū)投放通信服務(wù)的能力，是連接農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)蜂窩基站的優(yōu)先選項(xiàng)。

衛(wèi)星被認(rèn)為是連接蜂窩基站到核心網(wǎng)絡(luò)的最后手段。衛(wèi)星帶寬的高重復(fù)使用成本以及日益增長(zhǎng)的帶寬需求，都在阻礙網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃人員將衛(wèi)星回傳作為可行選項(xiàng)。

隨著HTS和新地面控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，成本和容量局限性已被化解。衛(wèi)星通信具有距離非敏感性，可以中繼2G，3G，4G，W i-Fi和其他移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。HTS和傳統(tǒng)衛(wèi)星基本形態(tài)相似，但它可以為3G，4G基站投放數(shù)十Mb/s的容量。HTS容量可以幫助打開郊區(qū)，甚至城市地區(qū)的移動(dòng)基站市場(chǎng)。例如，它可以填補(bǔ)公路和水路沿線的特定區(qū)域。

隨著移動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，業(yè)務(wù)形態(tài)已一邊倒向數(shù)據(jù)。社交媒體、視頻流、網(wǎng)站瀏覽以及文件分享等已在互聯(lián)網(wǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。越來(lái)越多的這類業(yè)務(wù)承載于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，這在設(shè)計(jì)上要求有別于傳統(tǒng)話音網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上，3G和4G業(yè)務(wù)主要是網(wǎng)站瀏覽，它天然具有非對(duì)稱性。

衛(wèi)星非常適合傳輸非對(duì)稱數(shù)據(jù)。前向可以傳輸100Mb/s量級(jí)的數(shù)據(jù)，向VSAT終端組播，而反向業(yè)務(wù)可以在公共信道上共享。對(duì)于大業(yè)務(wù)量站點(diǎn)，VSAT可以支持“確定（nailed-up）”信道，這樣容量可以排他性使用?？傊琕SAT和基站回傳完美匹配。

VSAT系統(tǒng)目前正在用于支持LTE業(yè)務(wù)，其最顯要的能力是加速GPRS隧道協(xié)議（GTP）。GTP是一個(gè)3GPP定義的隧道協(xié)議，用于傳輸3G和LTE網(wǎng)絡(luò)中的GPRS，它為用戶終端提供IP移動(dòng)性。

GTP/TCP加速涉及VSAT和中心站之間GTP隧道中的業(yè)務(wù)量檢查（假定它沒(méi)有加密），它將各種加速技術(shù)和GTP包頭壓縮應(yīng)用到TCP業(yè)務(wù)（如TCP欺騙、IP包頭壓縮等），這顯著地增強(qiáng)了蜂窩基站回傳網(wǎng)絡(luò)的性能。

6 增強(qiáng)的VNO能力

下一代地面控制系統(tǒng)不夠保證運(yùn)營(yíng)商建設(shè)支持多個(gè)VNO的基礎(chǔ)設(shè)施，其中每個(gè)擁有獨(dú)特的資源分配和不同的用戶區(qū)分類型。擴(kuò)展的VNO能力使得服務(wù)提供商經(jīng)濟(jì)能夠有效地將業(yè)務(wù)擴(kuò)大到未服務(wù)或待服務(wù)地區(qū)。

VNO擁有一套工具來(lái)創(chuàng)建和管理它們的業(yè)務(wù)，而無(wú)需自己投資物理設(shè)施，它們只是依靠宿主網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商（HNO）來(lái)完成投資。這樣，HNO可以向多個(gè)VNO轉(zhuǎn)售網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。

VNO可以Mb/s或MHz為指標(biāo)來(lái)分配一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，Mb/s或“共享VNO模式”的基礎(chǔ)是共享帶寬和物理資源。它使得HNO在向VNO分配帶寬是能夠有效地管理容量、利用內(nèi)在壓縮。MHz或“專用VNO模式”使用專用帶寬和物理設(shè)備。專用VNO模式被分配專用的頻譜，VNO能夠完全對(duì)其控制。但是，物理設(shè)備仍然在HNO手里，因而關(guān)口站配置、頻率規(guī)劃以及其他傳輸參數(shù)都不會(huì)向VNO提供。

通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，VNO可以做到：

⊙ 為分配的帶寬定義它們自己的業(yè)務(wù)計(jì)劃。

⊙ 配置終端設(shè)備。

⊙ 在自己的權(quán)限內(nèi)監(jiān)測(cè)分配的帶寬。

⊙ 管理/診斷診斷和服務(wù)，而無(wú)需HNO干預(yù)。

這些富有個(gè)性的VNO功能讓服務(wù)提供商從建設(shè)和管理它們自己網(wǎng)絡(luò)的事物中解放出來(lái)，從而可以集中精力發(fā)展客戶發(fā)展、提供服務(wù)。這擴(kuò)展了消費(fèi)者和商業(yè)用戶的業(yè)務(wù)選擇范圍，為衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商和HNO創(chuàng)造了新的收入來(lái)源。

地面系統(tǒng)中的進(jìn)步正在充分釋放HTS艦隊(duì)的潛能。在未來(lái)的歲月里，業(yè)界有望看到一批日益增長(zhǎng)的新的增強(qiáng)型業(yè)務(wù)，以及創(chuàng)新性服務(wù)提供商將衛(wèi)星通信的邊界擴(kuò)展到曾經(jīng)預(yù)想過(guò)的范圍之外。

由于下一代VSAT系統(tǒng)的巨大進(jìn)步，許多運(yùn)營(yíng)商發(fā)現(xiàn)它們值得在技術(shù)上更新投資，以保證更為有效地開發(fā)市場(chǎng)、改善效率。

（注：本文譯自《APSCC》2017年NEWSLETTER 第1期中的“Current Trends in G round System s”一文，作者為休斯網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)公司國(guó)際部副總裁Dave Rehbehn。）■

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.04.012

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1672-7274（2017）04-0040-03