Ka高通量宽带卫星网络服务应用模式探讨

崔熠

（中国卫通集团股份有限公司，北京 100094）

1 引言

随着互联网技术的进步，各种互联网应用日新月异，极大地促进了互联网及其相关产业的发展，使人们的日常生活日益便利。不可否认的是，这一切主要归功于地面网络的发展。然而，在很多特殊场景下，地面网络设施很难建设，人们无法接入互联网。各国为弥补这一差距投入巨资发展相关产业，宽带卫星通信技术作为解决“信息孤岛”的关键技术手段正在受到各方的密切关注，卫星通信产业焕发了新的活力。

目前，业内通过卫星接入互联网的主流方式为Ka频段高通量高轨位卫星。Ka宽带卫星有可媲美光纤的带宽，同时相较于传统卫星， Ka宽带卫星有更高的容量。因此，卫星宽带服务的性能和价格都有很大提升，作为地面网络的补充，将有助于解决“数字鸿沟”问题。

2 Ka高通量宽带卫星

2.1 高通量宽带卫星

中国卫通于今年四月份发射国内第一颗自主研发的民用高通量Ka卫星，卫星有效载荷配置26个用户波束和相应3个馈电波束，覆盖范围主要包括华东、华中、华南地区，以及西南、西北、华北和东北部分地区。

高通量宽带卫星网络由地球同步轨道Ka卫星、地面信关站、运营中心和远端小站组成。在Ka宽带卫星网络中，Ka频段卫星转发器采用类似地面网络的蜂窝多点波束，因此可以有较高的等效全向辐射功率（EIRP），在相同尺寸的天线下能获得更高的功率，所以Ka频段的接收天线可以做的更小，便于小型化增强便携性。同时在采用点波束的情况下，可以通过空间隔离的方法进行频率复用，带宽成倍增加，Ka单位带宽的成本得到明显降低。

2.2 高通量宽带卫星的优势

由于Ka频段资源丰富，采用点波束设计和频率复用技术，使得Ka高通量宽带卫星的容量成倍提升，单位带宽成本大幅降低。用户只需购买终端就可实现高速的宽带互联网接入，满足自身语音、视频等传输需求，同时网络设计也满足集团用户组网的需求。相较于传统的VSAT网络，Ka高通量宽带卫星网络的网络规模更大，网管能够支撑百万级终端的管理。

3 服务应用

3.1 固定站宽带互联网接入

受地理条件的限制，我国部分地区（如西部、山区等）的宽带接入能力远远落后于其它地区，很多行政村无法实现光纤到户，如何消除数字鸿沟已经是信息化时代政府要解决的问题之一。同时，在景区、石油、采矿、基建等领域也存在同样的需求。由宽带卫星实现互联网接入的解决方式势在必行。利用高通量宽带卫星网络接入示意如图1所示。

3.1.1 个人、家庭宽带接入

系统主要由宽带卫星网络、用户设备组成。互联网接入的应用场景主要包括个人、家庭宽带接入和Wi-Fi热区覆盖。

家庭用户通过使用无线路由器，可以扩展宽带卫星网络，接入各种类型的终端，可以实现互联网接入、视频点播、IP电话等应用，满足偏远山区个人、家庭用户的网络接入需求。单台卫星终端可以提供下行12～40 Mbit/s和上行2～4 Mbit/s的网络带宽，同时可以计费到个人用户并以流量的方式结算，用户可以方便的在网上营业厅进行业务开通和充值缴费。同时可以选配一锅多星，实现兼收相邻Ku频段直播星中星9号（92.2°）和中星9A（101.4°）卫星广播电视，能够解决人们日益增长的大屏、小屏等多媒体应用需求。

图1 互联网接入服务示意图

3.1.2 Wi-Fi热区覆盖

用户通过使用Wi-Fi+地面扩展（网线、桥接、CPE）方式布网，以Wi-Fi桥接的方式进行一片区域的网络覆盖，可对上百人的群体提供语音电话及互联网接入服务。这种应用场景广泛应用于行政村、基建工地、采矿现场等宽带网覆盖。单台卫星终端可以提供下行60～150 Mbit/s和上行8 Mbit/s的网络带宽，区域用户拥有个人账号，以流量的方式结算费用。对于供电条件差的地方，可以选配太阳能供电，利用太阳能可为草原、牧区、沙漠的用户提供可供搬移的网络接入。

3.2 移动体通信

移动提通信包括机载、船载、高铁等。在于市场潜力巨大，而且受到来自地面网络的挑战较小，移动性应用将成为未来卫星通信业务的主要部分。

对于飞机、船舶、高铁等地面网络无法企及的移动交通工具，基于Ka宽带卫星的机载通信与传统卫星相比具有较大的优势。因为飞机在万米高空不会受到雨雪因素的影响，无需考虑Ka波段降雨衰大的缺点，只有Ka卫星具有足够的宽带接入资源能够满足用户网络接入的应用需求。近两年，中国的海洋权益维护工作一直是新闻热点，在开发利用海洋资源的同时，需要有效的通信手段作为支持。而在茫茫的大海上，卫星将是唯一的远程通信手段。在考虑到经济型可有效性的基础上，Ka宽带卫星具有无可比拟的优势。一方面能够为海监、渔政等提供通信链路，及时回传现场视频、气象、资源等数据信息；另一方面也能为渔民在海上提供网络接入，满足渔民日常生产、通信和娱乐需求。

高通量卫星可为客运船、集装箱船、散货船、公务船、轮渡、游艇、渔船等在中国近海海域航行的船舶提供高速的互联网接入服务。可为船舶提供互联网、视频、语音等多种应用服务。船载端站的接入速率可高达100 Mbit/s。高通量宽带卫星同时也可以为飞机提供网络接入服务，单一端站的网络接入速率同样能达到100 Mbit/s。移动体网络接入示意示意图如图2所示。

混凝土浇筑工艺在高速公路桥梁建设高敦施工中具有不可替代的作用。混凝土浇筑需具备一定的施工经验，由专业的技术人员负责，施工人员应严格按照相关指标进行浇筑，能准确把握混凝土浇筑中易出现的问题。技术人员要与后场管理人员保持联系，对出现的异常问题及时调整。

图2 移动体通信解决方案

3.3 移动通信中继

移动通信中继包括无线网络覆盖补充和应急车等应用场景。通过高通量宽带卫星可以将蜂窝网络扩展覆盖到极为偏远的地区，拥有低成本、快速部署的优点。系统基于微蜂窝技术，通过进行语音和数据压缩、TCP加速等技术手段适配卫星信道进行高效的数据传输。移动通信中继的网络接入如图3所示。

系统整体设计十分适用于偏远地区使用，设备简单，安装成本低；全室外设备，设备维护成本低；设备功耗低，全站平均60 W；覆盖范围广，小区覆盖达3 km。实际测试使用效果显著，手机互相拨打VoLTE电话语音清晰，MOS值达到与传统应急车同等数值。

（1） 通过嵌入式的基站卫星加速：提供单TCP会话的速率超过110 Mbit/s。

（2）提供嵌入加密：链路层加密，动态密钥循环保证所有用户数据安全。

（3）高质量的VoIP：达到3.8 PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality，客观语音质量评估)。

（4）成功的集成性测试：与不同主流移动设备商的EPC和基站设备兼容，华为、ZTE等设备均测试通过。

图3 移动通信中继接入方案

3.4 互联网直播、应急通信等临时应用

Ka频段宽带卫星通信所具有的大容量、小终端、机动性特性非常适合视频直播和应急业务应用。可提供现场与视频导播台或应急指挥所之间的双向IP连接，具有可随时随地高速传输全高清实时视频信号的能力。Ka便携卫星站便运输，快速展开，操作简单。高通量宽带卫星最高可实现150 Mbit/s的高速下载以及最高30 Mbit/s的高速回传，实现音频视频实时传输。Ka便携站能够在较恶劣条件下通过各种交通工具携带设备前往指定地点，迅速建立卫星链路，并且能够频繁使用。

临时应用系统主要由宽带卫星网络、视频音频设备、配套支持系统组成。系统框图如图4所示。

与传统卫星不同的是，信号通过网口传送到卫星调制器，经过宽带卫星网络直接传输到互联网。这一过程无需用户自建主站，可以通过互联网接收数据。本系统中，可以将数据通往互联网或专线传输到服务器、PC终端、智能手机观看现场实况报道，也可以通过解码器输出到显示器。

3.5 能源、监控、安全等政府企业应用

在政府和大企业应用中，例如石油、电力、消防等，由于网络接入点空间跨度极大，需要一种高效接入手段，能够在不限制地点时间的同时，还可以满足快速接入的需求，卫星通信无疑是最好的选择。对于传统卫星，由于带宽限制，通常能够提供的数据传输速率有限，不能很好的满足大数据传输的需求。Ka卫星宽带能够为用户提供可靠的高速卫星宽带接入，满足用户日益增长的数据传输需求。

图4 临时应用业务解决方案

在政府和企业网络应用中，Ka宽带卫星网有着无可比拟的优势。第一， Ka宽带卫星网可以作为应急网络，为地面网络做备份，在发生自然灾害、社会事件等突发事件时提供网络安全保障。第二，在偏远地区实现网络接入，为偏远地区提供网络办公环境。在政府和企业网络的应用中，不仅仅可以实现用户的网络接入，还可以实现视频会议和政务直播。

在政府和企业专网需求中，用户往往会有网络、数据等安全需求。宽带卫星网络可以为用户提供数据隔离和专线接入，将用户数据与其他用户数据分离开来，同时可以为用户提供BOSS接入服务，用户可以自己管理自己的端站。通常可以由两种方式实现企业的专网需求，一是专线接入，二是VPN网络接入。以VPN网络接入为例，通常的网络组网结构为图5所示。远端设备通过卫星小站接入卫星宽带互联网，数据通过卫星传输到数据中心。数据中心使用VPN网关创建站点到站点VPN连接，从而可以实现用户数据中心和小站互访。

当用户有更高的安全性要求的时候，高通量宽带卫星网可在卫星网内为用户提供信道加密和数据加密功能，数据落地后可以通过VLAN隔离，将用户数据与其它业务数据相互隔离，数据中心到用户中心可用专线实现对接，可以实现用户对数据安全的要求。

4 Ka高通量宽带卫星应用展望

图5 基于高通量宽带卫星的VPN专网接入

高通量宽带卫星的正式投入使用，标志着我国国产高通量卫星宽带业务的迈入商业运营阶段。高通量宽带卫星支持到B2C的应用模式，业务应用随着卫星宽带的普及，将会延伸出各种的应用类型，会整体带动卫星通信的上下游产业，促进卫星宽带走入千家万户。这将更好地服务于我国的“走出去”、“一带一路”战略，为中国的卫星通信产业打开了崭新的一页。

2018年第三季度宽带网速报告发布 我国固定宽带下载速率逼近25 Mbit/s

日前，宽带发展联盟发布了第21期《中国宽带速率状况报告》(2018年第三季度)。报告显示，2018年第三季度我国固定宽带网络平均下载速率达到24.99 Mbit/s，已逼近25 Mbit/s，环比上季度提了17.3%，同比2017年第三季度年度提升幅度达到52.4%；我国移动宽带用户使用4G网络访问互联网时的平均下载速率达到21.46 Mbit/s，同比2017年第三季度年度提升幅度也达到了39.3%。数据情况表明，我国固定和移动宽带用户体验速率提升迅速。

宽带网络用户体验速率是用户终端访问各类互联网应用的实际体验，由整个网络中的多个环节因素所决定。我们看到一串串的数字背后，是整个通信和互联网行业的坚实工作：光纤网络普遍接入城乡家庭， 用户签约接入速率百兆及以上已经成为主流，4G网络实现了对我国绝大部分地区的良好覆盖，城域网和骨干网不断扩容，互联网网络架构加速优化，互联网企业的服务能力也在不断的增强，这些都最终推动了用户网络体验的不断提升。

本次报告还发布了全国各省（区、市）、主要城市和基础电信企业宽带网络相关速率的排名情况。固定宽带下载速率方面，上海、北京、江苏超过了27 Mbit/s，位列全国前三位，且领先幅度较大；河南、山东紧随其后。全国主要城市排行榜上，上海、北京、南京、济南、武汉位居前五位；各基础电信企业中，中国电信最高达到25.48 Mbit/s，其次是中国移动和中国联通。4G网络下载速率方面，上海、北京、浙江、天津、江苏的4G网络用户下载速率排在全国省级行政区前五位；电信运营企业中，中国联通的4G网络用户下载速率最高。

此外，报告同期还发布了2018年第三季度我国固定宽带用户的网页平均首屏呈现时间为0.96 s，网络视频平均下载速率达到19.88 Mbit/s，也均有一定幅度的提升。而宽带接入速率符合度持续保持在100%以上，符合《互联网接入服务规范》要求，变化相对平稳。 （来源：CAICT)