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摘要：隨著衛(wèi)星通信在全世界的普及，結(jié)合中國及西部大開發(fā)需要，本文全面論述現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)新技術(shù)的特點及其在中國應(yīng)用機(jī)遇和發(fā)展策略
關(guān)鍵詞：寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)衛(wèi)星直播業(yè)務(wù)編碼／調(diào)制設(shè)計應(yīng)用機(jī)遇發(fā)展策略
1 概述
衛(wèi)星接入是通用無線接入的重要組成部分。與地面移動無線接入和固定無線接入的蓬勃發(fā)展局面相對比，其根本問題在于如何協(xié)調(diào)好技術(shù)驅(qū)動與市場驅(qū)動的基本關(guān)系，以及如何定位好衛(wèi)星業(yè)務(wù)與地面業(yè)務(wù)之間的基本市場格局和如何處理好兩者之間的有機(jī)綜合。作為固定接入的GEOFSS系統(tǒng)，以INTELSAT系統(tǒng)為代表，依然處于相當(dāng)好的商業(yè)運(yùn)作狀態(tài)，它對高速尋呼、短信息數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)聯(lián)網(wǎng)，對包括DTH、DBS、VOD在內(nèi)的視頻多媒體廣播、多播業(yè)務(wù)，對Internet業(yè)務(wù)的高速下載及遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等多媒體業(yè)務(wù)廣域組網(wǎng)等依然發(fā)揮著獨特有效的作用。從商業(yè)市場模式考慮與地面業(yè)務(wù)互補(bǔ)，實現(xiàn)廣域下行B2C寬帶Internet平臺服務(wù)，執(zhí)行高速Internet基本業(yè)務(wù)接續(xù)，多媒體VOD、VPN、電子娛樂等增值服務(wù)，以及對用戶最后一公里解決方案的xDSL、電纜、光纖和其它寬帶地面無線接入手段的廣域支持與補(bǔ)充，而其上行縱向，則可執(zhí)行B2B方式的垂直應(yīng)用，對ICP、ISP、電子商務(wù)的CSP地面移動應(yīng)用及分組數(shù)據(jù)中心等實施縱向連接支持應(yīng)用等等。這樣其基本目標(biāo)為瞄準(zhǔn)"最后一公里"的終端用戶廣域接入，有巨大商業(yè)覆蓋面，并特別適合于INTERNET網(wǎng)及農(nóng)村邊遠(yuǎn)地區(qū)服務(wù)，可望幫助服務(wù)商同時從零售服務(wù)中獲得可觀的利潤。
一方面，衛(wèi)星接入的通用無線接入可綜合包括宏大區(qū)、宏區(qū)、小區(qū)、微小區(qū)、微微小區(qū)、移動、半移動（包括游牧）、固定等各種接入覆蓋模式，可有效覆蓋三維物理空間的任何一角落及有效連接至任何個人用戶，這對實現(xiàn)未來全球的個人通信而言，其實際連接覆蓋的普遍化與重要性不言而喻。而且無線接入與Internet聯(lián)合運(yùn)作的所謂無線Internet及移動IP，以及更進(jìn)一步以Bluetooth/UWBT/WLAN之類手段實現(xiàn)以微微小區(qū)個人接入為中心展開的無線個人(區(qū))域網(wǎng)絡(luò)接入將成為未來全球個人通信世界的最重要的環(huán)節(jié)之一。其中衛(wèi)星接入在實現(xiàn)國際/區(qū)域/國內(nèi)靈活的宏大區(qū)廣域三維覆蓋接入方面的作用顯得尤為突出。
另一方面，從整體寬帶無線發(fā)展軌跡看，寬帶無線接入，包括在物理層、MAC層及應(yīng)用層方面的大刀闊斧的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)裝備改進(jìn)，無論是TDD模式、還是FDD模式,均在向新一代寬帶無線接入系統(tǒng)邁進(jìn)，這亦是新一代寬帶移動通信前向演進(jìn)的技術(shù)基礎(chǔ)與源動力。而寬帶移動通信的演進(jìn)脈絡(luò)的原委與必然性在文獻(xiàn)〖1〗中已作了詳細(xì)的論述，相應(yīng)其2.5G/2.75G→3G→3G＋/4G的系統(tǒng)演進(jìn)軌跡為：
GSM→WAP/x－HTML－GPRS/EDGE（IS－136→EDGE）→WCDMA→HSPA（HSDPA/HSUPA）→(4G)...-FDD；
IS－95A（IS－95A＋）→IS－95B→cdma20001X→（GSM1X）→cdma20001XEV－DO→cdma20001XEV－DV（cdma20003X?）→(4G)...-FDD；
GSM→TD－SCDMA（UTRA－TDD?）→ETD－SCDMA/TD－LAS?→(4G)...-TDD；
而對應(yīng)傳輸速率演進(jìn)軌跡為:
9.6kbit/s→14.4kbit/s→56/64kbit/s→114/153kbit/s→308/384kbit/s→2.0Mbit/s→2.4Mbit/s→5.2/6.0Mbit/s→≥10/20Mbit/s...→...(4G,高速移動.→≥20/30～100Mbit/s;接近固定.→≥156～1000Mbit/s)
寬帶無線演進(jìn)至4G／5G將實現(xiàn)在統(tǒng)一的IP核心平臺上集成接入各類不同業(yè)務(wù)，將實施移動業(yè)務(wù)與固定業(yè)務(wù)的融合、廣播業(yè)務(wù)與交互業(yè)務(wù)的融合、專用業(yè)務(wù)與公眾業(yè)務(wù)的融合，等等，并取得較好的全I(xiàn)PQoS控制。在未來寬帶演進(jìn)中，無論是寬帶無線接入中的寬帶衛(wèi)星接入，還是寬帶移動通信中的寬帶MSS的有機(jī)綜合，寬帶衛(wèi)星在未來全球個人多媒體無縫隙覆蓋連接、在推進(jìn)我國西部大開發(fā)、實現(xiàn)廣域覆蓋的普遍服務(wù)等方面將會發(fā)揮出重要的潛在戰(zhàn)略作用。同時亦可預(yù)期，隨著地面移動、地面固定及衛(wèi)星業(yè)務(wù)三者緊密綜合在一起，隨著全球／區(qū)域／國內(nèi)意義上的WWAN、WMAN、WLAN、WPAN以及WBAN等各類不同覆蓋域尺寸、不同頻段網(wǎng)絡(luò)緊密綜合在一起，為適應(yīng)這一多模、無縫隙、以IP為基礎(chǔ)的綜合多媒體業(yè)務(wù)運(yùn)行環(huán)境下的靈活有效的公共資源管理，建立智能代理之類管理模式將成為一種發(fā)展趨勢，并可發(fā)揮出重要的現(xiàn)實作用。
此外，就技術(shù)層面看，同寬帶固定無線接入新一代寬帶移動通信的關(guān)系相類似，寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)技術(shù)通常具有比寬帶地面系統(tǒng)技術(shù)更高的技術(shù)難度與更深的技術(shù)內(nèi)涵。眾所周知，由于固定無線接入比移動通信場合容易實現(xiàn)操作，即智能天線、軟件（定義的）無線電以及一系列現(xiàn)代編碼調(diào)制及自適應(yīng)信號處理技術(shù)等功率/頻譜有效利用新技術(shù)以及IPQoS的物理層、MAC層、會聚層及應(yīng)用層方面有效聯(lián)手的協(xié)議處理往往首先容易在固定無線接入中試驗與裝備應(yīng)用；從而，固定無線接入通常成為新一代移動通信的技術(shù)先導(dǎo)，第三代后的第四代移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一種重要設(shè)想即為對各種新老交替的無線通信接入手段，包括新一代FWA技術(shù)及移動通信技術(shù)、多媒體廣播技術(shù)和BluetoothPico－cell接入技術(shù)相組合，借助中介會聚橋接適配系統(tǒng)與以IP為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)相連接，從而構(gòu)成此新一代(第四代或第五代)寬帶移動通信系統(tǒng)，形成固定與移動的有機(jī)融合。與此相似，先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)首先以先進(jìn)的地面技術(shù)作先導(dǎo)，但還必須緊密結(jié)合衛(wèi)星傳輸?shù)淖陨硖卣�，進(jìn)一步研制開發(fā)一系列特有的新技術(shù)，諸如GEO長時延、大傳輸衰耗影響處理，LEO／MEO多星座結(jié)構(gòu)優(yōu)化與自適應(yīng)覆蓋處理，多星座、多網(wǎng)絡(luò)跨域協(xié)議漫游處理，高可靠、長壽命衛(wèi)星空間段星上處理、星際連接及衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)演進(jìn)，精確可靠的空間體站址保持、地面跟蹤以及端對端衛(wèi)星全I(xiàn)P結(jié)構(gòu)傳送運(yùn)作時的有效QoS控制等等，這充分顯示衛(wèi)星系統(tǒng)更深的高技術(shù)內(nèi)涵。
2 與通信密切相關(guān)的主要衛(wèi)星技術(shù)
�。�1）多維信號處理與電磁兼容分析及多維頻率共用技術(shù)
包括衛(wèi)星業(yè)務(wù)、地面業(yè)務(wù)本身及其彼此共用在內(nèi)，此多維含義可涉及頻率域、時間域、空間域、信號域、網(wǎng)絡(luò)域,甚至顯示域;多天線發(fā)送接收在內(nèi)的多輸入、輸出（MIMO）多維時空處理為其典型示例。
�。�2）靈活、有效及可擴(kuò)展的多維資源管理技術(shù)
對于未來移動與固定,地面與衛(wèi)星,廣播與交互,公用與專用,廣域、局域與個人域等各類業(yè)務(wù)均綜合于一種以全I(xiàn)P為基礎(chǔ)的統(tǒng)一寬帶平臺上運(yùn)作這一無縫隙與有機(jī)綜合的復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境，包括對上述頻譜、軌道資源管理在內(nèi)，必須利用多維智能代理之類手段，才能實現(xiàn)靈活、有效并具擴(kuò)展性及規(guī)�；亩嗑S智能資源管理。
�。�3）智能天線與分布智能天線技術(shù)
現(xiàn)代天線波束成形、多點波束蜂窩結(jié)構(gòu)及智能天線與分布智能天線技術(shù)，這是實現(xiàn)高密度、多重頻率再利用并大幅度提高頻譜利用效率的最有效途徑，包括與多址連接技術(shù)在一起運(yùn)作，可有效提高上、下行，特別是下行吞吐能力。這亦是第三代移動通信改進(jìn)系統(tǒng)性能及4G／5G發(fā)展的重要手段，是3GTD－SCDMA方案的核心技術(shù)，目前正擴(kuò)展成TDD、FDD全面開發(fā)應(yīng)用。
�。�4）軟件無線電與軟件定義的無線電技術(shù)
預(yù)計中頻處理的軟件（定義的）無線電技術(shù)將逐步成為現(xiàn)實可行。普遍裝備于新一代移動通信與寬帶無線接入系統(tǒng)中將會產(chǎn)生重大技術(shù)與經(jīng)濟(jì)效益。新一代寬帶無線系統(tǒng)用戶成本具有量級水平的有效降低及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的靈活變更，很大程度上期望在統(tǒng)一硬件平臺基礎(chǔ)上軟件無線電的有效支撐。
�。�5）現(xiàn)代編碼/調(diào)制技術(shù)
這是有效提高語音及數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)下大幅度提高其功率/頻譜效率的又一重要途徑。一方面，重視小于2.4kbit/s速率的高性能聲碼器，由MPEG－4、MPEG－7及MPEG－21支持的視頻圖像壓縮與管理技術(shù);多路語音壓縮如倍增系數(shù)達(dá)10－16倍以上的DCME/PCME等各類數(shù)字電路倍增技術(shù);性能優(yōu)良的信道編碼調(diào)制技術(shù)，除通常所知的TCM型、BCM型、SPORT型、恒包絡(luò)型、部分響應(yīng)型、實用型等編碼調(diào)制技術(shù)外，應(yīng)特別注意適應(yīng)移動通信衰落環(huán)境、非線性信道及多重圖像分辨率要求情況下的多重編碼調(diào)制、多信號間隔恒包絡(luò)編碼調(diào)制、多分辨率編碼調(diào)制，不對稱傳輸環(huán)境下的UEP碼調(diào)制、以及大幅度提高功率處理能力的串、并聯(lián)級聯(lián)碼調(diào)制，包括Turbo碼及Turbo編碼調(diào)制技術(shù)。尤其是卷積型及分組型Turbo碼及相應(yīng)編碼調(diào)制，對第三代移動通信、WLAN、WLL、衛(wèi)星數(shù)據(jù)直播、多媒體多分辨率圖像通信、無線數(shù)據(jù)傳輸、LMDS寬帶無線接入、HDTV傳輸、吉比特以太網(wǎng)、低速率數(shù)字語音壓縮Internet、數(shù)字衛(wèi)星通信以及數(shù)據(jù)記錄存儲等各方面將具有廣泛的應(yīng)用前景。
�。�6）多媒體綜合業(yè)務(wù)傳送的多層次綜合業(yè)務(wù)工作平臺技術(shù)
當(dāng)我們考慮MSS及地面業(yè)務(wù)無縫隙覆蓋綜合時，這種設(shè)計原理顯得更為重要，包括以SDH/ATM/IP技術(shù)為支撐的自適應(yīng)可變速率、可變業(yè)務(wù)類型與QoS要求，同時組合不同頻段和（或）不同分層覆蓋區(qū)模式及優(yōu)化星座結(jié)構(gòu)、LEO/MEO/GEO協(xié)同工作和（或）分步實施的地面通信與衛(wèi)星通信有機(jī)組合的三維運(yùn)行綜合業(yè)務(wù)工作平臺技術(shù)。
�。�7）流媒體技術(shù)
充分發(fā)揮衛(wèi)星廣播、多播（組播）能力的長處，組合流媒體技術(shù)，包括進(jìn)行緩存（Caching）處理、可變帶寬的動態(tài)資源及網(wǎng)絡(luò)管理、以及有效組合"推"、"拉"技術(shù)的衛(wèi)星CDN（內(nèi)容分配網(wǎng)絡(luò)）平臺技術(shù)，有可能在惡劣時延環(huán)境下實現(xiàn)IP為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)高速多媒體在線高質(zhì)量連續(xù)傳送。
(8)軟交換技術(shù)
這是實現(xiàn)新一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活可變、前后向兼容性能優(yōu)良的核心技術(shù)。它采用分層的全開放網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，具有獨立的模塊化結(jié)構(gòu)；是一種業(yè)務(wù)驅(qū)動型網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)和呼叫控制可完全分離，呼叫與承載可完全分離；亦是一種基于統(tǒng)一協(xié)議的分組型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。它可適應(yīng)技術(shù)發(fā)展新趨勢，滿足不同用戶新需求；能快速提供新業(yè)務(wù)，涉足新領(lǐng)域，創(chuàng)造新的利潤增長點；它亦可有效地降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與維護(hù)成本，從而對新一代移動通信全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)形成具有很大吸引力。
3 應(yīng)用機(jī)遇及發(fā)展策略考慮
3.1在國內(nèi)的應(yīng)用機(jī)遇
應(yīng)用機(jī)遇是明顯的、并已初露頭角；下述幾項則是特別重要，盡管目前尚未實現(xiàn)，需要科技工作者全力以赴努力研發(fā)：
①衛(wèi)星BSS（DBS，DAB，DTH）及DVB－IP視頻應(yīng)用，包括家用及個人應(yīng)用；
②寬帶衛(wèi)星無線接入及寬帶衛(wèi)星固定／可搬移－游牧式半移動／移動通信，可用于各類業(yè)界、部門，包括個人應(yīng)用；
③遠(yuǎn)程教學(xué)應(yīng)用：中國是利用INTELSAT衛(wèi)星建成世界上第一個最大的衛(wèi)星遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)絡(luò)的國家，現(xiàn)今利用先進(jìn)的IP平臺為基礎(chǔ)的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)亦取得了重要進(jìn)展，并具有良好的節(jié)目規(guī)劃及應(yīng)用前景。
④衛(wèi)星遙感及氣象預(yù)報，包括衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣播及衛(wèi)星電話／視頻會議；
⑤衛(wèi)星導(dǎo)航及包括聯(lián)合運(yùn)用GIS和地面移動通信網(wǎng)絡(luò)支持的全球定位與衛(wèi)星無線電測定；
⑥衛(wèi)星農(nóng)村通信，特別是對中國的（中）西部開發(fā)及邊遠(yuǎn)稀路由通信有巨大潛在市場前景；
⑦衛(wèi)星對特種事件的重要支持能力，衛(wèi)星的災(zāi)難援救和環(huán)境污染控制作用，包括諸如衛(wèi)星對航空、海事及探險等獨特三維覆蓋應(yīng)用能力；
⑧衛(wèi)星的科學(xué)研究及空間研究；
⑨衛(wèi)星發(fā)射、保險業(yè)務(wù)為兩大產(chǎn)業(yè)，衛(wèi)星空間段及地面段設(shè)備制造技術(shù)方面，中國目前基礎(chǔ)尚差，但占有衛(wèi)星業(yè)界的巨大市場份額；
⑩衛(wèi)星軍事應(yīng)用大有可為，美國對此就特別重視，為維持其超級大國地位，它建設(shè)了世界上最先進(jìn)及最龐大的國防衛(wèi)星系統(tǒng)，包括其GPS及銥系統(tǒng)的聯(lián)合運(yùn)用。
總之，衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍極其廣泛，從公網(wǎng)至專網(wǎng)，從天上至地面，從海洋深處,至大漠腹地,直至高山之巔，遍及每個角落及各行各業(yè)，乃至家庭與個人，幾乎無所不及。
3.2 相關(guān)發(fā)展策略考慮
（1）加強(qiáng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)劃
衛(wèi)星新技術(shù)、新業(yè)務(wù)發(fā)展?fàn)顩r及頻譜資源規(guī)劃與應(yīng)用前景充分顯示：作為一個在全球社會中具有舉足輕重的我國，應(yīng)充分重視發(fā)展衛(wèi)星業(yè)務(wù)、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略重要性。對此，首先是信息產(chǎn)業(yè)部綜合規(guī)劃部門，要聯(lián)手部內(nèi)外相關(guān)部門，制訂、落實有效的我國衛(wèi)星業(yè)務(wù)、應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，包括寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)，直播衛(wèi)星業(yè)務(wù)、GPS衛(wèi)星增值業(yè)務(wù)、衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)及與商用衛(wèi)星運(yùn)營緊密聯(lián)手的國防衛(wèi)星業(yè)務(wù)，以及其它各行各業(yè)運(yùn)用的各類衛(wèi)星應(yīng)用業(yè)務(wù)的發(fā)展規(guī)劃，以有效利用我國有限的軌道/頻譜資源，及時適應(yīng)進(jìn)入WTO后的國內(nèi)外環(huán)境運(yùn)行形勢需求等等。
�。�2）加強(qiáng)規(guī)模實力是衛(wèi)星事業(yè)發(fā)展與競爭的基礎(chǔ)
從全球情況看,一方面，六個最大的西方衛(wèi)星操作者大約控制著全球衛(wèi)星運(yùn)營的50％以上的份額；而衛(wèi)星制造業(yè)中，西方五大制造商Boeing、LockheedMartin、SS/LoraAlcatel、Astrium占全球份額的85％，預(yù)計今后幾年內(nèi)上述份額還將升遷，預(yù)計此五家份額將增至95％左右，其余僅占5％。
另一方面，就VSAT及寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)經(jīng)營來看，加強(qiáng)其規(guī)模實力尤為重要。就美國情況而言，較大規(guī)模的VSAT網(wǎng)絡(luò)用戶均達(dá)5－6萬有余，這與我國三四十家VSAT運(yùn)營商的很多網(wǎng)絡(luò)規(guī)模均在3000以下用戶,甚至不少只有數(shù)百戶相比，顯然極為可悲，這樣既不利于構(gòu)成用戶成本的降低，亦浪費軌道/頻譜資源。
因此，以中國衛(wèi)星通信集團(tuán)公司借進(jìn)一步深化改革開放為契機(jī)，盡快加速我國衛(wèi)星運(yùn)營商的規(guī)模實力與必要的國際合作進(jìn)程，以便適應(yīng)嚴(yán)峻的國際、國內(nèi)競爭環(huán)境，為發(fā)展我國衛(wèi)星通信事業(yè)作出貢獻(xiàn)。商用衛(wèi)星制造及火箭發(fā)射技術(shù)亦必須走加強(qiáng)國內(nèi)外合作、增強(qiáng)規(guī)模化實力發(fā)展這一唯一途徑。
（3）正確處理好市場驅(qū)動與技術(shù)驅(qū)動的基本關(guān)系，充分重視衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展中技術(shù)驅(qū)動的重要作用
正確處理好市場驅(qū)動與技術(shù)驅(qū)動的基本關(guān)系是關(guān)鍵。因此在積極開發(fā)新技術(shù)的同時，必須首先著力研究其市場走向，把握其走勢，并能適時地切入與占領(lǐng)市場。雖然一項新技術(shù)的出現(xiàn)往往會造就一代新產(chǎn)品，推動市場進(jìn)一步發(fā)展，但新技術(shù)有無生命力，歸根結(jié)蒂必須要有其市場定位，并接受市場檢驗。在把握好這一基本關(guān)系前提下，考慮到衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)是濃縮高技術(shù)于一體的新產(chǎn)業(yè)，尤其要重視并利用各類對頻譜/軌道有效利用及衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展產(chǎn)生更新?lián)Q代、舉一反三作用的新技術(shù)。
�。�5）具體規(guī)劃與落實好西部大開發(fā)的衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展與應(yīng)用從實現(xiàn)農(nóng)村及邊遠(yuǎn)地區(qū)的普遍服務(wù)而言，人們
（注：本文經(jīng)簡寫、需要詳盡全文內(nèi)容的請登錄西部通信網(wǎng)站http://www.cntelecom.com.cn）
作者簡介：
陳如明 教授主任高級工程師，信息產(chǎn)業(yè)部通信科技委副主任及無線電管理局原副局長,中國無線電頻率規(guī)劃專家咨詢委員會主任，中國通信學(xué)會及中國電子學(xué)會會士(Fellow)；曾為郵電部第四研究所及國家無委辦總工、美國斯坦福（Stanford）大學(xué)高級研究學(xué)者及國際通信衛(wèi)星組織（INTELSAT）董事。
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