卫星应用概况

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随着互联网技术飞速发展，终端用户数量不断扩大，新业务不断涌现。互联网的大规模商用化、网络信息的爆炸性增长、特别是流式媒体的流行，给互联网带来骨干阻塞、远程接入困难、内容分发及传递速度慢等诸多问题。卫星通信具有空间跨越、远程通信和广播等独特功能，成为互联网摆脱这些困境的一个重要途径。卫星互联网的出现加快了通信多媒体化、个性化服务的进程，并将逐步成为信息服务产业中的重要组成部分。

1) 业务分类

按照国际电信联盟《无线电规则》的定义和分类，空间业务主要包括卫星固定业务（FSS）、卫星移动业务（MSS）、及卫星广播业务（BSS）。卫星固定业务指一个或多个空间电台与给定位置的地球站之间的通信；卫星移动业务指一个或多个空间电台与移动地球站之间的通信。卫星宽带互联网服务主要使用了卫星固定业务和卫星移动业务划分的频段。

2) 系统构成

通信卫星通常可以传输包括电视、语音、互联网等信息在内的多种数据。与其他空间业务系统相同，卫星互联网通信系统也由空间电台、地球站、通信链路组成，简称“星-站-网”。

空间电台：按照运行轨道可分为静止轨道卫星和非静止轨道卫星。截至2016年6月，全球在轨卫星1419颗，其中静止轨道卫星506颗，非静止轨道913颗。在我国开展卫星固定业务的主要有亚太、中星、亚洲系列卫星；开展卫星移动业务的主要有海事（Inmarsat）、铱星（Iridium）、舒拉亚（Thuraya）等系统。

地球站：按照使用方式的不同，分为固定站、移动站、可搬移站等。固定站大多固定在地面机房，建站后不再搬移，规模较大，一般用于国际或国内通信干线网，传输大容量干线信息，主要由大型机构或单位使用，管理较为严格。近年来，甚小口径地球站（VSAT, VerySmall Antenna Terminal）应用日趋广泛，通过广泛分布、设备小型化、组建专网的方式，实现少数大站和多数VSAT站之间的双向通信。移动站（移动业务终端）可安装在车、船、飞行器等移动平台上，利用卫星通信的多址传输为全球用户提供大范围、机动灵活的移动通信服务，可实时传输语音、数据、图像等多媒体信息，用于资讯报道、边远地区通信、指挥监控等。

全球宽带卫星通信起步于2004年，到2010年开始进入快速发展时期。由于宽带卫星通信代表了卫星通信的发展方向和市场制高点，近年来全球各地30多家卫星运营商中，已经有20多家已经开展了宽带卫星通信服务。其中，美国、加拿大、法国、卢森堡、英国、西班牙、阿联酋、沙特、以色列、埃及、泰国、日本、韩国等国家的卫星运营商，以及Intelsat、Inmarsat等，都拥有了Ka频段宽带卫星通信系统。从2010年至2016年，全球已经或计划发射的携带Ka频段有效载荷的商用通信卫星有50颗左右。

全球宽带卫星通信运营服务市场最为发达的要数北美和欧洲。以美国ViaSat企业、Hughes企业、欧洲Eutelsat企业、Gilat企业、SES企业、海事卫星企业等巨头企业从卫星、网络、用户方面全面推动宽带卫星的发展。依托多点波束、频率复用、蜂窝网络等技术革新，逐步将卫星宽带互联网朝向技术成熟、应用广泛、价格低廉的宽带接入方向发展。亚洲方面泰国Thaicom企业的IPSTAR系统在亚洲地区取得成功，为十几个国家和地区提供了包括话音、视频和数据服务。

通过十几年的发展，国外卫星宽带的产业化程度不断加深，卫星宽带市场正在逐渐走向成熟。以美国为代表的部分国家的卫星宽带产业已经率先步入高速发展的市场增长期，并通过应用先进技术和调整经营战略，逐步实现全球化发展和利益最大化的目标。

从技术发展上看，卫星宽带互联网的发展仍离不开卫星制造技术的进步，即卫星承载的通信容量和通信质量的提升。近些年，通信卫星的吞吐量和增益性能显著提高，而卫星轨道资源的稀缺性也是卫星技术更新换代的主要动力。

从产业方向上看，卫星通信不再满足于提供基本的语音、数据传输、广播电视等服务。更多元的多媒体服务和互联网接入的需求十分强烈，卫星网络的作用也有向路由化的方向发展的趋势。

VAST（VerySmallApertureTerminal，甚小孔径地球站）卫星通信系统的通信设备天线直径小于3米。从80年代至今VSAT在广播电视通信、军队、大型企业的通信等领域发挥了极大的作用。VSAT具有甚小口径天线，并且受环境要求制约较小，价格建设成本低廉安装简单便。既可以接受来自卫星的信号，也可以将信号发送给卫星，相当于一个小型的地球站。

VSAT不需要依托当地的电信网络进行通信，不会受到地面设施以及地域的约束。它不仅提供传统的城镇之间广播通信，尤其在面临突发性自然灾害的时候，它的优势尤为明显。它可以实现直接与用户设备进行通信，完成数据传递、文件交换或远程处理。对于通信线路不发达，网络无法到达的边远地区使用VSAT是非常好的一种通信方式。现如今的VSAT已经可以达到全智能化，操作智能化、支撑业务智能化、信道管理智能化等，的节省了人力。

VSAT系统特点

VSAT系统由天线、室外设备（ODU）、接口连接电缆（IFL）和室内设备（IDU）组成。天线和室外设备提供了射频转换及卫星上、下行链路的放大功能。室内设备负责提供所需承载用户业务的接口。室内单元由基带设备及中频组成，包括调制解调器、译码器等。VSAT卫星通信网络的网络结构可分为星状网、网状网、混合网三类，不同的结构所适用的应用环境也不同。采用星状结构的VSAT网络适用于广播、收集等进行点到多点间通信的应用环境。采用网状结构的VSAT网适合点到点之间进行实时性通信的应用环境。采用混合型结构的VSAT网适合点到点或点到多点之间进行综合业务传输的应用环境。

VSAT通信网由VSAT主站、小站、卫星转发器三部分组成。主站也称为中心站，它既是业务中心也是控制中心，相当于心脏核心部分。使用的天线直径约为C频段7m~13m或KU频段3.5m~8m。VSAT小站由小口径天线、室外单元和室内单元组成。卫星转发器一般采用C或KU频段的同步卫星透明转发器。

VSAT 广泛应用于资讯、气象、民航、人防、银行、石油、地震和军事等部门以及边远地区通信。VSAT之所以获得如此迅猛的发展，除了它具有一般卫星通信的优点外，还有以下两个主要特点：

一是地球站通信设备结构紧凑牢固，全固态化，尺寸小、功耗低，安装方便。VSAT通常只有户外单元和户内单元两个机箱，占地面积小，对安装环境要求低，可以直接安装在用户处（如安装在楼顶，甚至居家阳台上）。由于设备轻巧、机动性好，尤其便于建立移动卫星通信。按照国际惯例，卫星通信系统分为空间段（无线电波传输通信及通信卫星）和地面段两部分。地面段又包括地面收发系统及地面延伸电路。由于VSAT能够安装在用户终端地，不必汇接中转，可直接与通信终端相连，并由用户自选控制，不再需要地面延伸电路。这样，方便了用户，并且价格便宜，因而具有明显的经济效益。

二是组网方式灵活、多样。在VSAT系统中，星形式网络由一个主站（处于中心城市的枢纽站）和若干个VSAT小站（远端站）组成。主站具有较大口径（一般为11－18米）的天线和较大的发射功率，网络微机控制系统一般也集中于主站，这样可以使小站设备尽量简化，并降低造价。主站除负责一般的网络管理外，还要承担各VSAT小站之间信息的接收和发送，即具有控制功能。

VSAT网络的优势是具有灵活的分配制度，可以实现上行、下行速率的不对称管理。针对目前网络接入的特点，利用VSAT卫星通信的非对称性，能充分利用网络资源，满足市场需求。随着科技的发展，VSAT卫星通信可以与地面互联网结合组成“天地合一”传输网，进行不对称传输，降低运营成本。

VSAT网络发展趋势

VSAT卫星通信系统的出现是卫星通信技术的重大突破，不仅改变了当前卫星通信行业的产品结构和生产规模，还形成了新的组网概念。随着网络的宽带化和业务需求的多样化，VSAT卫星通信系统正从传统窄带数据通信应用，向一个融合电信、广播、计算机的宽带卫星网络发展。在提供传统的话音、数据交互等业务的同时，宽带化的VSAT设备还扩展了远程教育、远程医疗、电视会议等功能；随着广播业务的发展，利用卫星通信的广域覆盖特性和宽带卫星广播技术，实现资讯、数据分发和广播，数据视频音频广播到户、卫星寻呼、Web广播、视频点播（VOD）、IP数据音频和视频广播等。宽带卫星数据传输作为计算机互连网的一部分，提供了方便的文件App下载和Internet接入、企业的Internet互连、ISP骨干业务、电子邮件、电子商务、金融证券等，并且还将随着需求和技术更新，不断提供更多样的业务服务。

2.3.2.1    典型的卫星宽带互联网通信系统概况

DirectPC

DirectPC是从DirectTV演化而来，增强了交互的功能，它采用非对称方式利用卫星网络传输数据。该方式适用于Internet业务，即典型的上传与下载不对称业务，上行与下行数据传输方式和速率不同。对于上行数据，用户通过拨号或其他方式，例如ISDN、专线等接入互联网，用户的上行数据沿接入互联网的方式上传。但对于下行数据，比如浏览网页、下载文件等服务请求，将转给网络操作中心（NetworkOperationsCenter，NOC）来处理，由NOC到互联网上去获取用户所需的内容，然后由NOC发射到卫星上，通过卫星传输通道高速地传送到用户的接收天线上，再到用户PC。

经由两个不同通道传送资料，使资料的传递更快速且不会出现大量拥塞。当使用高速卫星网络服务时，下载速度为400kbit/s，而卫星多媒体传送服务和卫星封包快递服务，带宽就高达3Mbit/s。

IPSTAR宽带卫星系统

IPSTAR卫星是泰国 Shin 卫星企业的一颗新概念宽带通信卫星。卫星定点于东经 119.5 o轨位，星上共有 114 个转发器。IPSTAR卫星是区域卫星系统，包含Ku 波束（84 个点波束，3 个成型波束和7 个区域广播波束）和Ka 波束（18 个馈电波束和关口站）覆盖亚太地区的22 个国家和地区。其中IPSTAR-1卫星用23个Ku点波束、1个Ku成型波束、1个Ku广播波束覆盖中国大陆，在中国大陆有北京、上海、广州3个关口站，相互之间通过地面光缆相连接。卫星通信容量45Gbit/s（前25/回传20，支撑1300万用户），IPSTAR-1卫星为中国大陆提供约12Gbit/s的通信能力。

IPSTAR采用一颗弯管式卫星，卫星上没有任何交换和路由设备，因此卫星容量巨大，所有的交换和路由都在地面关口站完成。IPSTAR系统采用星状拓扑结构，关口站工作于Ka频段，端站工作于Ku频段。前向链路采用将OFDM叠加在TDM上的复用方式进行发送，IPSTAR采用的转发器最多可以同时容纳9条54Msps的上行带宽。由于每个用户发送的时间和频率是固定的，关口站的发送端无需重同步就可以改变调制方式和编码方式。回传链路采用MF-TDMA结合其他方式来为用户提供服务。信道的带宽从131.84kHz到2.109MHz，接入方式由Aloha（用于用户终端初始登陆）、SlottedAloha（用于少量实时低速率IP数据传输）、MF-TDMA（用于高速率IP包的传输以及电路连接的建立）来实现。（114个波束覆盖亚太地区、星上采用bent-pipe数据处理）。

卫星采用多点波束的空分复用技术，使有限的频率资源得到更充分和有效的利用。卫星拥有高容量，大幅度降低单位带宽的使用成本，得以更经济地为用户提供宽带接入和通信服务。IPSTAR宽带卫星系统的网络配置是基于关口站星形拓扑。一个用户终端从与IPSTAR关口站相连的波束收到信号或者向与IPSTAR关口站相连的波束发射信号，而关口站提供连接到其它网络的能力。大部分被IPSTAR服务覆盖的地区都有一个或多个关口站，这样IPSTAR用户可以快速连接到地面网络，获得各种应用。

LinkStar宽带系统

LinkStar系统具有星型网络拓扑结构的TDM/TDMAVSAT卫星通信网络，能在大量远端用户和网络主站之间提供基于IP的多业务、高吞吐率的数据连接。这种数据传输的业务量是非对称的，可根据用户具体的业务流向及其流量，对从网络主站到远程终端的一条大容量出境卫星链路，以及多条同时从远程终端到网络主站的中、低容量的入境卫星链路的信道带宽进行有针对性的设计，从而保证高效地满足用户应用的需求。

LinkStar是由美国卫讯全球有限企业生产的一种双向、按需分配带宽的宽带VSAT系统，它围绕DVB-RCS标准而设计，用于服务提供商、ISP和企业网络，可为市场带来相比其他TDMA网络更高的效率和数据速率。LinkStar结合宽带通路和高速返回信道来满足对带宽需求较多的IP数据应用。

2014 年以来，全球再度兴起卫星互联网热潮，国外先后宣布了O3b、OneWeb、SpaceX、Outernet等卫星互联网星座计划，使用NGSO星座达到全球覆盖的目的，星座规模动辄达到几百甚至几千颗卫星。国际上已有多个新型卫星宽带互联网通信系统投入运营或正在筹建中。O3b系统是一个新的中轨通信系统，通过卫星提供宽带网络接入，可提供话音通信和数据传输服务，该通信系统已于2014年投入运营，通过卫星提供宽带网络接入，可提供话音通信和数据传输服务，在亚洲、非洲、拉丁美洲和中东等地区超过150个国际提供卫星通信服务，是世界上第一个使用MEO卫星的超低延迟、Ka频段、拥有光纤速率的卫星网络。O3b已经在多个国家投入使用。卫星互联网由于其传播信息不经过地面网络的监管，其使用安全具有很大的不确定性，得到了国内外相关部门的广泛关注。另外，美国的OneWeb、SpaceX企业都宣布计划发射低轨道电信级微卫星群，为全球提供宽带互联网接入服务，每一用户终端速率可达50-100Mbps。随着微小卫星技术的发展和发射成本的降低，类似的卫星宽带互联网系统将会越来越多。

我国在“一带一路”战略指引和建设网络强国目标的背景下，对卫星宽带互联网的接入需求呈增长趋势。例如民航wifi的接入、海洋运输的接入、偏远地区远程教育、灾害救援和应急通信等对卫星高宽带、多用户的互联网接入需求增长显著。

在广泛需求下，我国卫星宽带互联网的发展仍处于起步阶段。国内卫星应用仍集中于传统的广播电视、政府应用、金融数据传送、地面备份链路等，卫星宽带互联网的商用普及率低。

运营商方面对卫星宽带互联网应用热情不高，部分原因是地面网络的高速发展一定程度的挤压了卫星网络的空间。网络设备供应商仍是以Viasat、Hughes、Gilat、Idirect、SkyWan、Linkway、Satcom等欧美巨头为主，国内鲜有技术领先的设备供应商。

在技术和市场的整体落后，是我国卫星宽带互联网推广困难、应用发展缓慢的主要因素。卫星宽带互联网的发展需要从卫星、网络、终端、应用整个链条的活跃，业务的发展成熟仍需要时间积累。

互联网的全球应用需求膨胀强烈刺激互联网技术的革新，新一代的互联网并不满足于地面网络，早已迈入空中领域。2015年两会的政府工作报告提出制定“互联网＋”行动计划，重点促进以云计算、物联网、大数据为代表的新一代信息技术与现代制造业、生产服务业等的融合创新。实施“互联网＋”战略，迎接大数据时代到来，构建一个互联互通、无缝隙覆盖、天地一体化、实现任意地点实时提供互联网服务的高速信息网络尤为重要。为满足各行业需求的快速增长，利用空间天然资源的优势弥补地面信息网络的不足，促进航天技术与信息产业的快速融合，是“互联网＋”战略可持续发展的方向。

《2006--2020年国家信息化发展战略》中提出“发展多种形式的宽带接入，大力推动互联网的应用普及。推动有线、地面和卫星等各类数字广播电视的发展，完成广播电视从模拟向数字的转换。”加强卫星宽带接入服务，完善信息基础设施是实施“宽带中国计划”国家宽带信息网络政策的重要战略之一。2013年8月17日，国务院发布了“宽带中国”的战略实施方案，部署了未来八年的宽带发展目标及路径。方案中开设了专栏1——“宽带乡村”工程，根据农村经济发展水平和地理自然条件，灵活选择接入技术，分类分阶段推进宽带网络向行政村和有条件的自然村延伸。较发达地区在完成行政村通宽带的基础上推进光纤到行政村、宽带到自然村；欠发达地区重点解决行政村宽带覆盖。在人口较为稀少、分散的农村地区、边远地区、山区以及海岛等，建设成本过高的，可以采用移动、卫星等无线宽带技术实现宽带网络覆盖，解决信息孤岛问题；对幅员宽广、居住分散的牧区，推进无线宽带覆盖。

北京时间2017年4月12日19时4分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙型运载火箭将中星16号通信卫星（实践十三号）顺利发射升空。中星16号是中国自主研发的东方红三号B卫星平台全配置的首发星，也是我国首颗高通量通信卫星。此颗卫星由中国航天科技集团企业所属中国空间技术研究院研制，是中国航天科技集团企业旗下中国卫通集团有限企业运营管理的第13颗商业通信卫星。

中星16号通过26个用户波束，提供Ka频段高通量卫星通信服务，通信容量可达到20Gbps以上，超过此前我国研制的所有通信卫星容量总和。相比传统C、Ku频段卫星，Ka频段高通量卫星具有大容量、抗干扰、价格低、业务模式灵活等特点；对比地面网络，也具有部署快速、建设周期短等优势。中星16号主要为中国等地区的用户提供服务，可实现偏远地区的移动通信基站接入及其他行业应用，应用于企业专网、远程教育、医疗、互联网接入、广电资讯采集、机载船舶通信和应急通信等领域。

后续，中国卫通还将部署更大容量的高通量卫星，至2020年，形成覆盖中国全疆域以及亚太地区，接近200Gbps容量的卫星通信能力，满足“宽带中国”和“一带一路”战略的宽带通信需求。

“宽带中国”战略、“互联网+”行动、“中国制造2025”以及《国家信息化发展战略纲要》等国家战略方针为国内宽带卫星通信服务的发展提供了广阔的市场和难得机遇。宽带卫星的使用可以有效的解决偏远地区的通信问题，既快捷又节约成本。可见，卫星宽带互联网无线接入趋势已势不可挡。宽带卫星通信利用卫星进行语音通话、数据和图形传输、视频流等业务，为多媒体和高速率互联网提供一种无缝、广覆盖的通信方式，已成为全球网络特别是较远地区互联互通的关键技术手段。