卫星地面系统体系结构的转型|(上）

一人之城

       过去五十年来，卫星地面系统体系结构相对变化不大：由于传输技术的限制，天线和信号处理一直形影不离，地面系统依赖特殊硬件、专用接口和模拟处理是常态。然而，近些年来，传统卫星地面系统已经受到了行业发展趋势的挑战，被迫作出变化，以保持竞争力。这些趋势包括“IP承载一切（Everything over IP）”和虚拟化、HTS以及它对带宽容量和定价的影响、技术进步和产业融合。

1 IP和虚拟化

       虚拟化是包括卫星在内的所有行业的一个总体趋势。地面体系结构的虚拟化以及硬件产品向固件和软件应用的转变，使得地面基础设施结构变得简单和经济有效，业务提供更加动态。随着转型的发生，地面运营商也从更好的系统互操作性、更可扩展的运营能力中收益。这些能力具体表现在需求满足、本地灵活性、成本控制和性能提升等方面。

       技术在虚拟化过程中举足轻重，其真正的价值是能力或其支撑的服务。例如，Kratos推出了一套名为SpectralNet的数字中频产品，它通过在IP网络上传输数字射频信号，从而摆脱了射频传输的距离限制。在这个过程中，频率和定时信息得以保存，射频信号在远端被完整恢复，如图1所示。

       SpectralNet的功能为地面站系统打开了新的局面，它的技术价值展现在体系结构和应用方面。例如，遇到雨天等妨碍Ka/Ku波段卫星通信的场合，运营商可用别的方式在高频段卫星提供有保证的服务。对于站点众多、信号重复处理并不经济可行，而需要依赖一个大型、昂贵天线和放大器的情况，运营商可以使用两套小巧、低廉的地理分散天线，将数字射频信号传送中心来处理。数字中频基地多样化系统还有另外一个好处，就是站点之间切换迅速，不会造成客户业务数据丢失。

       另外一个案例就是借助现有网络设施将中心站的服务扩展到新地方。如果只是提供新的、临时性或季节性的网络服务来满足经常变化的用户需求，那么，利用VSAT技术扩展卫星网络可能就昂贵、难行。有了SpectralNet数字中频这类功能，用户就可以利用他们现有的信号处理设备（如中心站、TT&C调制器、加解密设备等），只要能够连接IP网络，它们就能就地提供这些新的服务。这个功能为地面段体系结构带来显著的提升，如降低了投资和运营成本，使扩大服务区域以及在新的地方提供临时性或季节性服务变得经济可行。当新的地方业务机会开始增长时，运营商可以转到一个永久性的中心，重新利用他们的SpectralNet系统，来将他们的业务扩展到其他有业务潜力的地方。所有这些事情只需在现有中心设置适当的线卡，两个SpectralNet单元和一条IP网络链路。

       有了SpectralNet之类系统，如今卫星以及相关射频通信网络就可以跟上电信等行业的发展节奏，后者已经通过中心化处理和虚拟硬资产来虚拟化它们的基础设施。

2 高通量卫星

       根据Euroconsult的研究，未来十年，全球将有100以上的HTS载荷和卫星要发射。在未来3～5年或许更短时间里，卫星产业的方方面面都要发生变化。HTS极大地增加了系统容量，其容量价格也会开始急剧下降。较低的带宽成本将促成新业务，扩大新应用。运营商销售、开展和管理这些信息业务的方式也将同样改变，如图2所示。

        卫星产业将有能力进入新的市场和服务领域，而不是像以前那样由于经济原因被排除在外。许多新市场将要求地面技术更加能动和灵活，这样就要求解决方案更加软件化而非硬件化，以支持新的应用，移动市场就是一个生动的案例。十年前，对于卫星通信来讲，除了Inmarsat老的L波段和一些非常细分的专业领域，移动市场基本是不存在的。十年来，天线、放大器方面的技术进步，以及互联网的增长和联网需求，为卫星产业创造了一个重要的、激动人心的新市场。

3 HTS信号检测和干扰

       HTS的独特挑战与生俱来。例如，今天针对少数波束的信号检测方式不可能经济有效扩展到具有70个以上波束的HTS之中。HTS对干扰的影响已通过多种形态显现，其中之一便是小HTS波束难以拥塞整合网络，这导致了故意干扰的减少。这对于军队和一些广播用户来讲是值得称赞的事情，其原因是绝大多数的干扰都是不经意发生的。但是，HTS高功率波束如此之多，卫星如此之近，它们指向大量带有小型、低成本天线和高灵敏度接收机的VSAT，需要实时改变波束的移动应用日渐增长，所有这些都会通过系统误配置、天线误安装以及设备失效等方式增加干扰的可能性。

      这些因素推动了传感器系统的发展，其结果是部署和操作成本大幅降低。Kratos公司利用其Monics数载波监测系统技术开发出Monics200。由于针对点波束监测来设计，Monics 200为运营商提供了经济的、用途广泛的基于信号处理器的射频传感器。它可以自动地判断调制类型、符号率、Eb/No值，查明和分析干扰信号。Monics传感器花样多、功能强、价格低，因为它们是专门面向HTS点波束监测这个特定需求设计的。

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