地面系统的发展态势

Dave Rehbehn/文，沈永言/译

地面系统的发展态势

Dave Rehbehn/文，沈永言/译

随着HTS的广泛部署，卫星产业看到了HTS相对于传统卫星在功率和性能方面的显著提升。由于HTS的推动以及卫星技术的持续改进，卫星产业地面系统制造商开始向市场带来新一代的VSAT系统。相对于先前系统，新系统为卫星运营商提供的性能提高时十分明显。

这些明显提高的方面包括更高效的前向和后向信道运行、高密度的关口站、强大的远端站、社区VSAT、增加的基站中继容量、增强的虚拟网络运营商（VNO）能力。这些进步结合在一起，形成了新一代系统，它具有更高的性能和效率、更宽的业务范围。

1 前向信道改进

相比先前的DVB-S2标准，最近采用的DVBS2X标准给前向信道带来了更高的效率。这些效率主要来自以下两个方面：

第一个是DVB-S2X使得前向信道运行于5%的滚降系数，而DVB-S2滚降系数只能达到20%。降低的滚降系数直接转换成为更高的频谱效率，例如，DVB-S2X运行于5%滚降系数的45Ms/s信道，其占用47.25MHz带宽，而运行于20%滚降系数的45Ms/s信道要占用54MHz带宽，这意味着系统能够节省12%的前向信道带宽资源，因而运营商运行成本会变得更低。

另外一个是DVB-S2X标准比DVB-S2标准具有更小的MODCOD（调制解调器）粒度。

MODCOD粒度的增加意味着前向信道更加接近理论水平，从而提高了带宽效率。DVB-S2X调制器与DVB-S2调制器的性能比较见图1所示。

图1 DVB-S2X与DVB-S2调制器的性能比较

由图1可见，在8db Es/No处，DVB-S2X载波的效率是2bits/Hz，而DVB-S2为1.75bits/Hz，前者比后者提高了12%。DVB-S2X MODCOD更小的滚降系数和粒度结合起来，其总效率要比DVB-S2提高20%，这是世界各地许多运营商选用DVB-S2X的关键原因。

除了更小的MODCOD粒度之外，DVB-S2X的大多实现方案所采用的调制阶数高达64APSK，而许多老的DV B-S2实现方案调制阶数仅达到16APSK，尽管如此，这有时还要受限于更低的载波符号率。

支持64APSK的能力意味着更高的频谱效率，这当然潜在要求使用大的远端天线。包括额外安装成本在内的更大远端天线投资成本，时常因为它们可以支持基站中继之类应用和更改收益而变得合理化。

前向信道的另一个改进是“w ideband（宽频带）”传输方案的引入，其信道速率高达200Ms/s，而大多数DVB-S2系统最多为45Ms/s。对于上边提到的20%滚降系数，意味着单个载波将占54MHz频谱。许多HTS系统使用250MHz频谱或更多，这意味着，若使用DVB-S2标准，运营商将需要五个载波来使用250MHz的前向信道容量。

宽频带传输意味着单个信道可以运行于250MHz的前向信道频谱上。这具有双重好处：一是相对于多载波来讲，信道可以运行于大约1d B的更低OBO（输出回退）。二是更大的载波信道信息速率意味更好的统计复用，以及针对远端站的更好服务提供。

2 反向信道改进

对于下一代VSAT系统也有一系列反向信道改进。一些厂商已经向市场提供了自适应反向信道，它可以实现反向信道调制和解调的动态组合。

这些改进的重要性在于一个厂商可以在一个TDMA帧内以不同的速率来突发信息。这种突发至突发的自适应TDMA显著地提高了效率，有时能超过20%，因此，无需设置独立的信道来支持固定编码速率。

类似于前向信道在高阶调制方面的改进，我们同样看到有的厂商开始提供针对MF-TDMA接入方案的16APSK高阶调制技术。这种能力与HTS关系更为密切，因为我们已经在一些卫星设计中看到高的G/T，其中比较著名的是Intelsat EPIC。

相比于先前的VSAT系统，反向信道大小同样有显著改进。目前，较为常见的反向信道速率是8Ms/s以上。当与8PSK和16APSK之类的各种调制方案结合应用后，单个远端站的反向信道传输速率可达20Mb/s以上。这些速度更高的反向信道使得下一代VSAT系统能够支持更高端的终端应用，如基站中继或SNG（新闻采集）。

3 高密度关口站

HTS系统关口站容量通常较大，可达数Gb/s，一些下一代VSAT已能支持高密度关口站设计。

高密度关口站指的是单架就可以提供数Gb/s的容量。一些厂商组合应用高级多核心刀片服务器和数据中心行业广泛的虚拟化技术，在单架上实现5Gb/s以上的处理能力。相比之下，一些早期的VSAT系统单架只能提供200～300Mb/s。对于一个10Gb/s的典型HTS关口站设计，新一代关口站只要2到3个架，而老系统则需要30个，可见两者差距巨大。

由于地板空间和电源系统造价不菲，高密度关口站能力是许多HTS系统实施中的关键要素。

4 更强大的远端站

下一代VSAT系统的一个重要发展是功率和吞吐量得以增强。某些情况下，这是通过定制VLSI芯片技术的持续进步实现的。VLSI能将多个处理器和DVB-S2X解调器、MF-TDMA调制器集成在一起。

这个结果就是催生了成本有效且功能强大的远端站，它具有显著的吞吐量。每个远端站200Mb/s的数据吞吐能力使得服务提供商可以提供卓越的服务，特别是高端的应用。

5 社区VSAT解决方案

在服务提供商向世界欠发达地区提供卫星通信服务过程中，社区VSAT解决方案开始时兴起来。这是一种一个VSAT能够支持一个群体或是一个村庄，而不仅仅是一个家庭的解决方案。

基站中继就是一个社区VSAT的常见案例。卫星具有快速向边远地区投放通信服务的能力，是连接农村和边远地区蜂窝基站的优先选项。

卫星被认为是连接蜂窝基站到核心网络的最后手段。卫星带宽的高重复使用成本以及日益增长的带宽需求，都在阻碍网络规划人员将卫星回传作为可行选项。

随着HTS和新地面控制系统的出现，成本和容量局限性已被化解。卫星通信具有距离非敏感性，可以中继2G，3G，4G，W i-Fi和其他移动网络。HTS和传统卫星基本形态相似，但它可以为3G，4G基站投放数十Mb/s的容量。HTS容量可以帮助打开郊区，甚至城市地区的移动基站市场。例如，它可以填补公路和水路沿线的特定区域。

随着移动技术的进步，业务形态已一边倒向数据。社交媒体、视频流、网站浏览以及文件分享等已在互联网中占据主导地位。越来越多的这类业务承载于移动网络，这在设计上要求有别于传统话音网络。实际上，3G和4G业务主要是网站浏览，它天然具有非对称性。

卫星非常适合传输非对称数据。前向可以传输100Mb/s量级的数据，向VSAT终端组播，而反向业务可以在公共信道上共享。对于大业务量站点，VSAT可以支持“确定（nailed-up）”信道，这样容量可以排他性使用。总之，VSAT和基站回传完美匹配。

VSAT系统目前正在用于支持LTE业务，其最显要的能力是加速GPRS隧道协议（GTP）。GTP是一个3GPP定义的隧道协议，用于传输3G和LTE网络中的GPRS，它为用户终端提供IP移动性。

GTP/TCP加速涉及VSAT和中心站之间GTP隧道中的业务量检查（假定它没有加密），它将各种加速技术和GTP包头压缩应用到TCP业务（如TCP欺骗、IP包头压缩等），这显著地增强了蜂窝基站回传网络的性能。

6 增强的VNO能力

下一代地面控制系统不够保证运营商建设支持多个VNO的基础设施，其中每个拥有独特的资源分配和不同的用户区分类型。扩展的VNO能力使得服务提供商经济能够有效地将业务扩大到未服务或待服务地区。

VNO拥有一套工具来创建和管理它们的业务，而无需自己投资物理设施，它们只是依靠宿主网络运营商（HNO）来完成投资。这样，HNO可以向多个VNO转售网络服务，进而实现规模经济。

VNO可以Mb/s或MHz为指标来分配一个虚拟网络，Mb/s或“共享VNO模式”的基础是共享带宽和物理资源。它使得HNO在向VNO分配带宽是能够有效地管理容量、利用内在压缩。MHz或“专用VNO模式”使用专用带宽和物理设备。专用VNO模式被分配专用的频谱，VNO能够完全对其控制。但是，物理设备仍然在HNO手里，因而关口站配置、频率规划以及其他传输参数都不会向VNO提供。

通过访问网络管理系统，VNO可以做到：

⊙ 为分配的带宽定义它们自己的业务计划。

⊙ 配置终端设备。

⊙ 在自己的权限内监测分配的带宽。

⊙ 管理/诊断诊断和服务，而无需HNO干预。

这些富有个性的VNO功能让服务提供商从建设和管理它们自己网络的事物中解放出来，从而可以集中精力发展客户发展、提供服务。这扩展了消费者和商业用户的业务选择范围，为卫星运营商和HNO创造了新的收入来源。

地面系统中的进步正在充分释放HTS舰队的潜能。在未来的岁月里，业界有望看到一批日益增长的新的增强型业务，以及创新性服务提供商将卫星通信的边界扩展到曾经预想过的范围之外。

由于下一代VSAT系统的巨大进步，许多运营商发现它们值得在技术上更新投资，以保证更为有效地开发市场、改善效率。

（注：本文译自《APSCC》2017年NEWSLETTER 第1期中的“Current Trends in G round System s”一文，作者为休斯网络系统公司国际部副总裁Dave Rehbehn。）■

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.04.012

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1672-7274（2017）04-0040-03