宽带卫星通信介绍

        卫星通信在20 世纪的七八十年代迅猛发展，但之后由于光纤通信与地面移动蜂窝网的快速发展，卫星通信由传统的民用领域逐渐向军事领域倾斜。除了在军事通信领域外，卫星通信在防灾救灾、航空海事、高清数字媒体等多个领域都有其不可取代的地位。

        目前卫星通信的主要应用领域包含：宽带卫星通信、高清数字电视直播、军事通信、深空通信等，典型的宽带卫星通信系统结构如图所示。

宽带卫星通信系统一般为高速卫星通信系统，用于承载宽带互联网接入或宽带多媒体业务。无论是卫星电视或是移动卫星通信系统都可以归入宽带卫星通信的范畴。

        宽带通信系统，一般指代传输能力较强的通信系统，与“窄带”相对应。宽带是一个相对概念，尽管宽带的概念已得到广泛应用，但迄今没有对其进行一个正式、统一的定义。这也导致不同标准化组织在其标准化文件中对于“宽带”的定义各不相同，主要根据标准所针对的运营商及其用户来给定。
        宽带卫星通信系统的组成结构如下图所示，其中通信卫星及地球站是宽带卫星通信系统中最重要的两个部分，也是完成信息传输的两个必不可少的传输节点。

        随着通信卫星性能的优化，地球终端站的规模也随之不断缩小。在部分地球终端站中，天线直经可以缩小到1.4 米以下。一般将天线直径为0.3~1.4 米的地球终端站定义为甚小口径终端（Very Small Aperture Terminal，VSAT）。
        宽带卫星通信依托同步轨道卫星作为天线基站，其通信网络已成为当前所有无线网络中支持空间范围最广的网络之一，其通信范围可达到几千公里的，远超WIFI、蜂窝移动通信系统等网络。依托于宽带卫星通信系统，VSAT 远端站可以为用户提供高质量的文字资料、语音通话、视频直播等数据业务，其具备的优点包括：

(1) 地面站天线直径小，一般在2 米以内，部分便携式设备天线甚至能做到0.3米左右。
(2) 发射功率小、组网方便、灵活性与拓展性高。
(3) 建设周期短，独立性强，操作简便。
(4) 通信效率高且通信费用与通信距离不产生直接关系，容量自适应。
(5) 不受气候与地形等地面环境因素影响。

        由于宽带卫星通信系统设备昂贵，其用户一般为国家政府、军队、银行、石油以及电力等巨型企业单位，因而宽带卫星通信网络大多具有重要的价值，可使用在远洋航空、抢险救灾、航空航天等应用场景中。
        宽带卫星通信系统网络拓扑结构描述的是各个地球站之间的联通关系。系统的组成结构主要有三部分，分别为：通信卫星、中心站（主站）、远端站（小站）。

其典型的网络结构可以分为以下三种：
(1) 星状网：以主站为网络中枢，各小站通过主站进行“双跳”通信。
(2) 网状网：各小站通信不需要经过主站，可实现小站与小站的“单跳”通信。
(3) 混合网：结合星状网与网状网的特点，灵活组网，网内既可以有“单跳”通信结构，也可以有“双跳”通信结构。

        上述三种网络的拓扑结构如下图所示，对时延要求较高的子系统一般使用网状网形式组网，而对于时延要求不高的子系统则可以使用星状网形式组网。混合网则是结合了星状网与网状网结构，充分利用了两种网络形态的优势，满足不同用户对业务传输时延、速率的要求。

        宽带卫星通信信道按照数据流传输的方向可以分为前向链路与返向链路。其中，前向链路传输由运营商到用户的数据，返向链路提供由用户到运营商的数据。一般前向链路用于广播各种配置信息，返向链路用于用户的频点资源申请、业务数据传输等。

        宽带卫星通信数据传输示意图如下图所示。

        IPoS 标准规定了一种基于IP 数据流的双向宽带卫星网络，通过卫星对用户提供“始终在线”的IP 服务。IPoS 标准在卫星端采用了“透明”的转发方式，即对收到的IP 数据直接转发到用户端，因此可以兼容视频、邮件以及超文本传输等IP 数据流。
        但与DVB-RCS 标准不同，IPoS 协议标准并不开放，也就是说该协议并没有向公众发布出来，而是掌握在美国休斯公司手中，这也导致了该协议并没有在全球广泛使用。但由于IPoS 协议兼容互联网，卫星互联网中的大部分IP 通信协议都可以直接转入采用IPoS 协议标准的终端处理，这也在很大程度上节省了开发成本。

        现阶段，宽带卫星通信网络中主站一般采用DVB-S2 标准，终端站一般参考DVBRCS标准或IPoS 标准，但大多数终端站采用自定义的非标准通信协议，不同厂商会根据自身产品情况采用不同的调制与编码技术。