漫谈卫星通信核心技术Word文件下载.docx
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本文在此并不谈及卫星GPS及中、低轨道卫星(如卫星大哥大、资源卫星及卫星影像等)及Inmarsat应用,而是针对普通商用同步卫星中卫星电视广播应用(DVB、DTH或DirectTV、DVB/IP)、远程教学、卫星因特网连网、跨国公司内部连网、军事或紧急救灾系统及移动通信等应用做一阐明。
1.卫星于电视广播应用
在此要谈应用有DVB、DTH、DVB/IP及远程教学等,因卫星通信最大长处就在于其无人可及广播性,因此在电视广播应用上卫星通信具备绝对优势,如下就应用面分别探讨。
DVB(DigitalVideoBroadcasting)
此规范为欧洲ETSI(EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)所定义,基本上是将影音压缩编码技术建立在MPEG-2原则上,事实上依不同传播方式分为DVB-S(Digitalvideobroadcastingoversatellite)、DVB-T(DigitalvideobroadcastingoverTerrestrial)及DVB-C(Digitalvideobroadcastingovercable),也就是数字影音若以卫星作为传播途径时是使用DVB-S原则,若以地面无线传播广播方式是以DVB-T为原则,若以有线方式传播话则以DVB-C为原则,在此则仅以DVB-S应用为主。
普通DVB-S应用如图一,电视台影音讯号透过地面专线送至上链站,再由上链站将影音讯号按DVB-S原则将影音讯号数字压缩及编码多工后传播至卫星,在卫星涵盖范畴之下头端业者及个人顾客都可将卫星讯号运用IRD接受还原成本来影音讯号,甚至电视台自身也可以用来监看影音讯号与否正常;
至于SNG车或Flyaway则为小型化上链站,可将现场实时影音回传至电视台播放,在卫星涵盖范畴下,电视广播发射与接受可以在不同国家。
同样广播电台声音讯号也可以透过相似解决方式传送至不同国家。
普通原则上链站基本系统方块图如图二。
图一、普通DVB-S应用图示
图二、DVB-S上链站系统方块图
DTH(DirecttoHome)或DirectTV
DTH在欧美、加拿大及日本等国是十分普及并且成功应用方式(如图三),DTH也是DVB-S应用方式之一,只是接受对象不同而已,普通家庭都装设小卫星接受天线及机顶盒,来接受卫星电视讯号,影音品质较普通Cable到户清晰,但因考虑接受天线不适当太大以免导致顾客架设不易情形,故大部份皆使用KU频段为传送频率,但在雨季时却容易面临雨衰而导致断讯,导致收视户看不到画面。
图三、DTH可藉由上链站将电视影音讯号送至每户人家
台湾有线电视普及率达82.2%以上(交通部电信总局发布调查资料),在亚洲地区中排名第一,并且收费不贵,加上重要人口大都集中在都会区,且台湾在地理环境上为岛形,对卫星上发展DTH商业应用来说并无可用优势,故当前并无成功案例。
有些业者鉴于在本地区无法与有线电视抗衡,即向大陆、东南亚或美西地区提供DTH服务,如此可充分发挥卫星广播优势。
DVB/IP与远程教学
事实上DVB/IP与卫星应用远程教学皆为运用DVB-S变化应用,DVB/IP是将数字影音及Internet(或者是Intranet)连结使用,也就是使用者除了可以接受从卫星而来影音数据外,在同步也可以使用从卫星而来因特网,或者是公司内部网络,可以是档案或者带IP任何资料,如果是公司内部要做远程教学,只要将影音数据压缩成档案模式就可以广播发送至所有分支机构,当分支机构将档案接受下来后,即可运用计算机播放影音数据完毕教诲训练。
普通DVB/IP有两种不同双向连接方式,如下图四及五:
图四、卫星链路做下行单向广播,分支机构由地面公众网络上行单向连接主站
图五、由卫星链路做上下行连接
普通DVB/IP在图四上应用是当前主流应用,因素是图五使用卫星双向连结就必要在分支机构上架设一种可以收发卫星小站,技术较复杂且成本较高,使普通公司无法普遍接受应用。
至于远程教学应用可以不一定需要DVB/IP平台,直接运用DVB-S应用做单向广播教学即可,缺陷是少了双向互动。
DVB/IP平台技术重要下列两种,如图六及图七
图六、结合影音及数据以DVB格式数字串送出
图六技术来源于DVB-S普通都是运用MCPC(MultichannelperCarrier)多任务方式,由于其中有许多无效封包(NullPacket)在内,与其白白挥霍,不如拿来以Data封包代替,如此在不增长转频器频宽之下,又可多一项服务项目;
但因DVB内无效封包(NullPacket)并非固定数量,而是动态变化,因此所传播数据量多寡也会随之变化,但基本上都会维持一定比例值。
由于DVB-S载波皆为大载波,故卫星接受装置不需要太复杂且便宜,对普通顾客而言是可以接受应用。
图七、将数据以DVB格式数字串送出
图七只是单纯将数据解决后来,以DVB格式数字串送出,而在后端再和其他经MPEG-2编码器解决后以DVB格式送出影音数字串以MCPC方式结合送出(或者不与其他影音数字串结合成MCPC方式,而单独送出DVB格式纯IP封包载波也可以),在此数据是被当成一路影音讯号角色,而非代替其中无效封包(NullPacket)。
当前DVB/IP平台有几家较知名厂牌如Skystream、CyberStream、Norsat、Harmonic、LogicInnovation及Thomcast等,在台湾有年代电通IDTV及其远程教学,台亚卫星提供应国泰人寿远程教学及档案传播,大陆”绿网工程”应用等皆属于此平台应用方式。
2.卫星因特网连网
卫星因特网连网连结方式重要提成两种,一种是点对点连接方式,另一种是多点对多点连接方式;
点对点连接方式
点对点连接方式用于跨国ISP联机,或偏远地区及多岛屿地区因特网连网干线,但此种方式不具备卫星广播长处。
当前只要海缆或者是陆缆普及地区或国家,在价格竞争性上,卫星是无法令客户满意,且基本上因地球与卫星距离遥远(约有36000km),因此卫星在传送数据时,大概会有250ms~280ms时延,对于卫星传播因特网数据(使用TCP/IP通信合同)时,就会针对每个USER流量(Throughput)有速率上先天限制,普通影响限度如下表一:
表一:
TCPWindowsize设定大小与使用卫星时流量关系
在此情形下卫星长处是无法被突显出来,所幸有许多厂商已针对此问题开发出相对设备用于卫星通信上,可大幅改进时延导致流量限制问题。
在普通较注重通信品质因特网提供者而言,普通会考虑到不同路由连接,故除海缆单一路由方式而言,若考虑使用另一种无线路由如卫星,则可避免当单一路由中断服务时,导致无法提供服务窘境,以当前而言卫星只要价格具竞争力,此市场对卫星而言仍大有可为。
多点对多点连接方式
普通是以VSAT(VerySmallApertureTerminal)系统为主,此种系统是最能运用卫星长处通信方式,最重要是使用TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)及DAMA(DemandAssignedMultipleAccess)通信技术,此种技术最重要是可以让卫星频宽资源充分得以运用,不会像专线同样就算没有流量在内还是同样要保持固定频宽导致挥霍,它可以弹性提供频宽,且可以按使用者提出需求调节频宽,普通其网络拓朴(Topology)构造提成两种,一为网状网络(MeshTopology),另一为星状网络(StarTopology)构造,如图八;
此种卫星因特网连接通信方式有些类似于地面VPN网络,除可弹性调节频宽外,更可以迅速建立新连网地区。
图八(a)网状网络连接示意图
图八(b)星状网络连接示意图
3.跨国公司内部连网
普通跨国公司所需内部连网因需保证通信品质及能达到迅速沟通方式,皆以专线式连接方式居多,固然跨国通信途径可以选取海缆或卫星,在此则以卫星通信阐述为主,其通信连接方式同卫星因特网连接方式同样,有点对点连接方式及多点对多点连接方式。
点对点连接方式较合用跨国分据点少公司,由于每一种点对点网络要通信就必要要有一套通信设备,若有三点需网网相连,每个跨国分据点皆需二套设备,其连接线路为三条,若有四点需网网相连,每个跨国分据点皆需三套设备,其连接线路为六条,以此类推若需要n点需网网相连,每个跨国分据点皆需(n-1)套设备,其连接线路就需为(nx(n-1)/2)条,故通信设备及通信线路增长,对公司内部管理也更加烦索。
多点对多点连接方式应用就较适合跨国分据点多公司使用,由于使用VSAT通信系统加上TDMA及DAMA通信技术,除了可有效运用卫星频宽资源外,并可大幅减少通信设备;
至于其网络拓朴构造是要使用网状网络,还是要使用星状网络,则要根据下列不同考量来选定(请参照图八):
网状网络
长处:
可以提供每个小站对任一小站通联。
缺陷:
设备皆是单一套(包括公司总部小站设备),若发生故障时需较长解决时间(视维护中心至故障处距离而定)。
星状网络
主站设备因置放于卫星公司,故备份完整,故障时解决时间迅速,总部只需用地面专线连接至卫星公司即可。
所有小站如要与另一小站做通联时,需经主站再透过主站至另一小站才干沟通,这就是卫星术语所谓双跳模式,此种模式并不适合使用语音来通信,由于会有两倍语音时延问题(约0.6~0.8秒)。
以当前跨国公司内部连网应用方式而言,应于ERP、语音、传真、Intranet及视讯会议皆可。
4.军事或紧急救灾系统应用
事实上卫星特点就是不受地形地物限制,因而在军事通信运用上,卫星通信无疑是最佳选取,其应用有侦查、定位、导航及通信等应用,通信方式从低轨卫星到固定卫星均有,此应用不在本文讨论范畴。
至于卫星通信在紧急救灾系统应用更是可以发挥所长,当921大地震及纳莉水灾发生时,唯一能提供紧急通信服务只有卫星通信,卫星通信长处在于建制时间短,无地形限制,能迅速提供通信服务。
其应用方式除可以连接视讯会议外,普通语音、传真甚至于因特网皆可。
如果再配合移动式通信车,则紧急救灾系统可更加完善,紧急救灾系统应用示意图如图九。
图九、紧急救灾系统应用示意图
5.移动通信应用
要将移动通信应用在当前固定卫星通信上有着极大挑战,普通通信站都是固定在定点,亦或是移动式通信车也是将车辆开至定点固定住后再进行通信作业,但当前此种运用方式越来越不能满足当代通信需求,固定卫星通信较其他种无线通信方式长处在于涵盖范畴广,缺陷就是无法像其他无线通信同样有着移动通信功能,因此无论是在普通商业应用或者是军事及紧急通信运用上总有某些遗憾,故国外某些厂商针对陆、海及空发展某些可以在移动中应用载具,提供通信服务。
陆地移动式应用
普通在陆地上应用于移动式通信载具设计较海空应用难,由于如果车辆开到颠颇路面时,上下左右移动频繁普通都无法进行正常通信,因而会规定通信时路面品质,车辆时速等有关条件。
在欧美普通运用于移动接受DTH讯号,在大客车或个人休旅车上加装接受载具,即可在行驶中收看电视节目(此方式是收卫星DTH,而非接受BVD-T讯号),KVH公司能提供有关载具;
若要做双向通信运用于陆地上,中华人民共和国重庆航天研发动中通有此功能。
海上移动式应用
海上通信在当前普通皆以Inmarsat为主,由于在海上要做长距离通信是很困难,但由于Inmarsat通信费用较昂贵,故才有海上固定卫星通信应用,如SeaTel公司就为其中代表,安装于大型船只上可提供海上无间断通信服务。
空中移动式应用
空中移动式应用最典型是美国应用于全球鹰(GlobalHawk)上提供通信服务,藉由卫星涵盖范畴广优势,可将侦查成果实时回传总部。
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