邮箱：
电话：400-083-9969
公司新闻
行业新闻
前沿 | 高通量卫星新手艺（上）
2021-03-23 / 阅读次数：2818
文 | 任佳熙 郭威
转 | 卫星与网络
前言
面临天下形势所爆发的深刻重大转变，以习近平总书记为焦点的党中央经由深邃思索和统策划划，于2020年11月3日宣布《中共中央关于制订国民经济和社会生长第十四个五年妄想和二〇三五年远景目的的建议》，明确“要把科技自主自强作为国家生长的战略支持”，“要坚持总体国家清静观，增强国家清静系统和能力建设”。由火箭、卫星、导弹、空间飞船以及深空探测器制造和发射组成的航天工业不但是推动科技前进和增进经济生长的主要实力，也成为大国博弈的战略高地和周全维护国家清静的战略基石，其中卫星作为主要的空间基础设施是效劳于国防建设和经济建设的战略资源。加速增强卫星工业生长既是打好焦点手艺攻坚战，实验前瞻性、战略性重大科技项目的优先领域，也是增强国防和军队现代化建设，周全增强网络清静包管系统和能力建设的主要依托。
高通量卫星（High Throughput Satellite，HTS）依附逾越古板通讯卫星的高吞吐量和逐渐成熟的运营效劳模式，成为未来卫星工业生长的主要趋势，拥有辽阔的商业化远景。随着制造手艺越发成熟，发射成今日益低廉，应用场景一直富厚，高通量卫星经由近些年的麋集发射阶段，在卫星数目、通讯容量、市场需求和运营收入等方面都实现了快速增添，迈入了工业化阶段。
目今，在数字经济的风口下，不但国际通讯卫星公司（IntelSat）、举世卫星公司（SES）等老牌卫星通讯运营商相继推出GEO高通量卫星妄想，空间探索手艺公司（SpaceX）、一网公司（OneWeb）等新兴科技公司也在加速结构LEO/MEO高通量卫星星座。与此同时，随着中国生长和刷新委员会将卫星互联网划定为“新基建”信息基础设施，2020年成为中国卫星互联网建设元年，在国家鼎力大举实验“新基建”的政策支持下，在资源市场的一连关注下，中国的高通量卫星工业必将在“十四五”时代进入放量增添阶段，迎泉源史性的生长机缘和万亿级的市场规模。
相比于古板通讯卫星，高通量卫星虽然使用相同的频率资源，但通过多点波束、频率复用和高波束增益等要害手艺有用提升了通讯容量和传输速率，大幅降低了单位带宽的租用本钱。随着第五代移动通讯（5G）从标准走向应用，人类正在迈入智能物联网时代，高通量卫星所具备的广笼罩、大带宽和高速率，不但能够提供回传效劳、射频延伸等效劳，实现与地面蜂窝通讯的互补互通，并且可以突破无线毗连对地面网络的依赖，通过竞争来增进地面网络更好地生长。展望未来，基于5G的地面网络和基于卫星的天基网络将配合组整天地一体化网络，进一步提高网络弹性，为用户提供恣意时间、恣意所在的融合性接入效劳。
在3GPP R16 TR 22.822中，已经明确了针对卫星接入的12个应用案例，充分批注晰卫星通讯在未来天地一体化通讯网路中的主要职位。高通量卫星是未来卫星通讯生长的主要偏向，关注和研究高通量卫星生长趋势和新兴手艺具有主要意义。本文将首先简要回首海内高通量卫星的生长历程，熟悉我国高通量卫星的现实状态，然后重点先容高通量卫星系列(IntelSat EpicNG)，相识外洋先进的高通量卫星通讯平台，最后剖析古板卫星通讯保存的相关问题，提出高通量卫星支持的卫星通讯解决计划。
一、中国高通量卫星生长历程回首
从1970年发射“东方红一号”，历经50年的生长，中国已经形成完整的卫星工业链，其中第一颗通讯卫星“东方红二号”于1984年发射，1997年发射的“东方红三号”开启了中国卫星通讯的商用时代，在2016年、2020年和2021年发射的“天通一号”01、02、03星，标记着中国进入移动通讯卫星俱乐部。高通量卫星问世以来，中国紧随Intelsat、SES、Eutelsat等天下主要通讯卫星运营商的脚步，履历收购运营和自主研制两个阶段，高通量卫星领域取得快速生长。
（一）收购运营阶段
建设于1991年的泰国信卫星公共有限公司（Shin Satellite PLC.，SSA）于2005年发射IPSTAR-1，于2006年投入使用，预期寿命16年。该卫星由美国劳拉空间通讯公司（Loral Space&Communications，Inc.）设计制造，重量为6505kg，功率为14.4kw，总带宽容量为45Gbps，约为20颗古板卫星的带宽容量，相当于1000个36MHz转发器的容量，是第一颗组合使用Ka和Ku波段以及IP手艺的通讯卫星，可以为亚洲20个国家和地区的1000万互联网和语音用户提供效劳。2001年建设的协同通讯集团（Synertone）于2013年收购IPSTAR-1在中国（包括港澳）的带宽资源举行运营，并更名为“协统一号”卫星，这是中国第一颗使用Ku波段点波束的高通量卫星。
“协统一号”卫星解决计划
“协统一号”卫星轨道位置位于119.5oE，共有84个Ku波段点波束，3个Ku波段成形波束和7个Ku波段广播波束，18个Ka波段馈电波束，卫星平台为星状拓扑结构，其中中国地区通讯容量约为20Gbps，包括22个Ku波段双向点波束笼罩中国中东部地区，2个附加波束，1个双向成形波束笼罩中国西部地区，1个Ku波段单向广播波束重叠笼罩中东部地区，在北京、上海和广州建有3个关口站，关口站使用Ka波段，端站使用Ku波段。
“协统一号”笼罩情形
（二）自主研制阶段
中国高通量卫星的生长离不开政策的鼎力大举支持和企业的起劲加入。政策方面，2015年出台的《国家民用空间基础设施中恒久生长妄想（2015-2025年）》和2016年出台的《2016中国的航天》提出的“卫星通讯以商业化模式为主，包管公益性生长需求”发动了高通量卫星快速生长，增进了卫星制造发射向商业化模式转变。
企业方面不但有中国航天科技集团与北京中交通讯科技公司举行强强团结组建运营公司，并且在2016年7月亚太卫星、中交通讯、国新（深圳）等团结提倡建设亚太卫星宽带通讯（深圳）有限公司（亚太星通），打造集卫星通讯系统的建设和运营、网络辖档同接和效劳于一体的卫星通讯巨头。别的，新研股份、华讯方舟、星空年月等民营企业也都提出了自己的高通量卫星妄想，瞄准我国及一带一起沿线国家重大市场，起劲加入高通量卫星系统建设，为高通量卫星工业注入新活力。
高通量卫星的用途很广
第一颗由中国自主研制的Ka波段高通量卫星于2015年9月发射升空举行测试，随后我国自主研制的首颗Ka波段的高通量卫星“实践十三号”（中星16号）于2017年4月由长征三号乙运载火箭发射升空，该卫星是东方红3B平台全设置首发星，实现了100%的平台产品国产化率，在手艺上实现了首次运用Ka波段、首次运用全电力推动、首次在高轨道运用激光通讯，设计寿命为15年，由中国航天科技集团公司五院研制，在完成手艺试验验证后，将交由中国卫通集团运营。
中星16号不但代表着全新的卫星通讯手艺，并且引发古板通讯卫星运营模式的厘革。中国卫通将改变古板通讯卫星关闭式的商业模式，通过直接向用户提供转发器资源与监测等效劳举行开放式运营，中国卫通将主要认真地面关口站以及运营支持系统的建设，面向用户通过批发、署理、虚拟运营等多种商业模式提供直接效劳，打造全新的卫星通讯商业生态。
中星16号概况
虽然中国已经能够自主研制发射高通量卫星，但焦点手艺清静台性能仍与西欧有较大差别。2019年发射的中星18号由于事情异常，不具备正常通讯效劳能力，说明我国自主研制高通量卫星的稳固性需要提升。2020年7月亚太星通发射“亚太6D”（深圳星），卫星容量达50Gbps，其带宽是中星16号的2.5倍，但仍与西方高通量卫星100Gbps左右的通讯容量相差数倍。
中星16号使用的东方红3B平台属于中型卫星平台，虽然使用全电力推动，其载荷功率远小于西欧大型卫星平台，亚太6D使用的东方红四号增强型平台载荷功率为13.5kW，而外洋主流高通量卫星平台已抵达20kW。2019年发射升空的“实践二十号”卫星，首次接纳东方红五号卫星公用平台，可提供有用载荷功率22kW，抵达天下主流水平。
别的，随着GEO轨道资源靠近饱和，LEO/MEO成为未来结构高通量卫星的偏向，恒久以来我国在研制发射GEO卫星积累了相对富厚的履历，而关于LEO/MEO卫星的研制发射、应用开发和运营效劳方面需要进一步增强。
亚太6D概况
二、高通量卫星系列(Intelsat EpicNG)
美国作为当今天下头号科技强国，一直引领通讯卫星的生长浪潮，早在1958年就发射第一颗实验通讯卫星“斯科尔号”（SCORE），之后由美国主导的Intelsat在1965年发射了第一颗适用通讯卫星Intelsat-1。美国ViaSat在2011年发射高通量卫星ViaSat-1，通讯容量抵达140Gbps，2017年发射的ViaSat-2通讯容量抵达300Gbps，是当宿天下上容量最大的高通量卫星，妄想于2022年发射的ViaSat-3是包括三颗特高通量卫星的星座有望实现1000Gbps的通讯容量。现实上，不但是通讯容量，美国在通讯卫星的各手艺领域都处于天下领先水平，相识美国主流卫星通讯运营商的高通量卫星平台关于熟悉高通量卫星手艺趋势和加速我国高通量卫星生长具有主要意义。
国际通讯卫星公司（Intelsat）的前身国际通讯卫星组织（International Telecommunications Satellite Organization，ITSO）是由美国于1964年提倡建设的国际性通讯卫星组织，并从最初的11个成员国生长到1973年的149个成员国。为了顺应市场化竞争的需要，该组织于2000年11月通过了建设Intelsat公司的私有化决议，并于2001年7月宣布《ITSO/Intelsat公共效劳协定》完成了由政府间组织到私有化公司的历史厘革。
虽然Intelsat恒久背负着巨额债务，并于2020年5月提交休业�；ど昵刖傩兄匦抡�，然而该公司依旧拥有可一连的客户群、稳固的运营收入、大宗的订单，别的一旦公司能够顺遂加入FCC为推进5G网络建设的加速整理C波段妄想，并乐成收到C波段拍卖爆发的数十亿美元收益，Intelsat依旧拥有可期待的未来。Intelsat作为全球第二大卫星运营商，建设了第一个商业化的全球卫星通讯系统，并且在高通量卫星领域已经完玉成球结构，本文将重点先容Intelsat EpicNG高通量卫星系列的运营方法，与“古板”卫星的主要差别，以及其新特征给客户带来的益处。
经济全球化使电信供应商、海事、航空以及政府部分关于数据传输和卫星带宽的需求一直增添，现实需求和古板卫星效劳能力间的差别召唤着卫星通讯手艺的刷新，正是基于这种配景，Intelsat设计开发了EpicNG卫星平台，旨在为日益多元化的客户群体提供更高的吞吐量和通讯效率，同时为现存网络和新建网络提供企业级的下一代通讯能力。2016年头IS-29e卫星作为EpicNG系列的第一颗卫星发射升空，宣布Intelsat加入高通量卫星阵营。凭证Intelsat射频运营中心主任Ruben Marentes先容，IS-29e手艺立异主要体现在三个方面：多点波束（Multi-spot Beam），模数转换（Analog to Digital converters,ADC）以及数字负载（Digital Payload）。
（一）多点波束设计
EpicNG通过卫星上标准的多阵列天线成形手艺实现多点波束的信号笼罩。这些点波束的带宽规模在62.5-500MHz之间，极化偏向是通过调解波束馈源的指向来举行调理的，而频率规模则是由上行链路和下行链路的波束滤波器来举行隔离的。点波束越发聚焦和麋集的利益是提高前向和反向增益，降低射频信号的发射功率，从而实现终端天线的小型化。别的，通讯营业的愈发差池称性也在改变卫星通讯的运营模式，近期所发明的客户需求均泛起出4∶1或6∶1的比例，而更好的G/T和EIRP性能则意味着能够以更高的效率推送更多的兆比特数据量，从而大大凌驾客户预期，而非仅仅知足基本需求。
EpicNG通过卫星上标准的多阵列天线成形手艺实现多点波束的信号笼罩
为了在牢靠的传输时隙内实现更高的吞吐量，必需对时隙内所分派的频段举行高复用。频率复用已经被卫星通讯普遍应用，EpicNG卫星系列通过半球性和区域性的笼罩区域在C频段实现了6倍的频率复用，爆发了4Gbps的吞吐量。
EpicNG卫星系列通过半球性和区域性的笼罩区域在C频段实现了6倍的频率复用，爆发了4Gbps的吞吐量
比照通俗HTS使用的4色频率复用计划和EpicNG运用的8色频率复用计划，可以说明多点波束手艺可以将频率凭证地理特征举行更高效的复用。凭证卫星工程总监纳特·乔纳兰的先容：“小波束的使用意味着与古板卫星相比，在可较量的地理规模内能够实现较低的噪声温度和较高的EIRP，这将显着带来更好的通讯性能和更高的吞吐量。”EpicNG能够抵达25-60GBps的吞吐量，这是古板卫星的10倍。
通俗HTS使用的4色频率复用计划和EpicNG运用的8色频率复用计划
（二）信道化容量和数字负载
为了使得多点波束载荷具有高度的无邪性，在各个点波束之间都能够举行互连互通是十分须要的。为此，EpicNG卫星系列在上行链路和下行链路的路径之间置入了透明数字交流矩阵，将通讯容量举行了信道化处置惩罚，而经信道化处置惩罚之后的载荷即被称作数字负载，如下图所示。
经信道化处置惩罚之后的载荷即被称作数字负载
首先，射一再谱信号经下变频后在L频段（1.4-1.9GHz）由信道化器吸收，而每个点波束又都会被毗连到数字负载输入处的某一吸收端口上（见下图）。每个吸收和发射端口（500MHz）都是由192个子信道组成的，而每个子信道的带宽则为2.6MHz。多个离散的或相邻的子信道可以被组合在一起，以知足带宽大于2.6MHz的营业传输需求。所有的输入信号在经由信道化器的路由和增益控制后，数字负载就能够以2.6MHz带宽为单位，在恣意波束之间举行交链，从而建设网状的毗连。
射一再谱信号经下变频后在L频段（1.4-1.9GHz）由信道化器吸收，而每个点波束又都会被毗连到数字负载输入处的某一吸收端口上
数字负载可以在波束之间建设四种差别类型的路由毗连。其中，标准路由方法直接对一起或一组子信道举行路由和下行传输；而“扇出”（fan-out）路由方法则是将一起上行链路子信道复制到多路下行链路子信道上；响应的，多路上行链路子信道也可以合并到单路下行链路子信道上，建设“扇入”（fan-in）路由方法。最后，还可以通过对扇出路由和扇入路由方法举行组合，建设组合路由（order wire route）方法。
数字负载可以在波束之间建设四种差别类型的路由毗连
EpicNG数字负载与古板卫星之间的区别：
（三）频谱监测系统
数字负载手艺的运用关于频谱监测剖析和地面控制操作都爆发了影响。将古板的频谱监测要领运用到EpicNG卫星系列面临很大的难题，好比在IS-29e的所有45个Ku波段下行链路波束上装置监测装备，以及对笼罩墨西哥湾和大西洋地区的波束举行监测。为了能够提供与古板频谱监测相同的效劳能力，Intelsat通过立异性的频谱监测要领战胜了这些挑战，在包管古板监测效劳的基础上可以进一步为任何特定类型的应用程序提供关于特定效劳、信道以及卫星监测点的更多详细信息。
EpicNG卫星系列的频谱监测系统与古板卫星有很大差别，通过数字负载手艺可以获取更准确、频仍的丈量数据，充分解决了为笼罩大西洋区域的波束建设地面监测站的难题。EpicNG卫星系列的频谱监测系统包括子信道功率遥测（Telemetry），频谱监测系统（SMS）和用于上行链路频谱监测的同步吸收器监测系统（SRMS），以及针对下行频谱的“扇出”丈量监测系统（MFO）。
EpicNG卫星系列的频谱监测系统
1、子信道功率遥测
子信道功率遥测可以提供9216个上行和下行子信道功率丈量值，以及48个上行和下行端口总功率丈量值，可以与SRMS提供的各个载波功率丈量值举行交织参考。子信道功率监测值都来自ADC（模数转换器）和DAC（数模转换器）的监测点，所有吸收它们约莫需要9.6秒。频谱监测系统通过对单个端口的子信道功率遥测值举行提取，从而将遥测数据与频谱数据映射关联起来。将频谱剖析仪设置为区分率带宽（RBW）2.6 MHz，可视带宽（VBW）500 MHz，扫描时间9.6秒即可生乐成率谱视图，可以提供包括信道输入退避（input back-off to the tube），下行EIRP，流量密度等信息。凭证卫星工程总监纳特·乔纳兰的先容“子信道功率遥测数据量约莫为古板卫星的50倍。”
2、频谱监测系统和同步吸收器监测系统
频谱监测系统（SMS）依赖特殊的数字负载建设的同步动态“扇出”毗连来实现频谱监测功效。用于频谱监测的“扇出”带宽包括24个子信道，共相当于62.5 MHz。频谱监测系统将在约莫每分钟内对数字负载的所有吸收端口举行遍历，并在每个“扇出”带宽上停留约莫200毫秒。该特殊数字负载是通过来自地面站的同步吸收器监测系统（SRMS）的特定波束举行吸收和处置惩罚的。关于IS-29e，SRMS安排于Intelsat位于Mountainside的电信关口站。随着用于频谱监测采样的“扇出”62.5 MHz带宽实现了下行毗连，SRMS将对所有目的载波的所有波束和端口的上下行频段举行重新校准，并为目的载波提供校准后的功率丈量值。
3、扇出监测
数字负载手艺还支持建设MFO（Monitor Fan-Out），充分使用基于RMS（Root Mean Square）数据的古板监控器。这意味着可以通过数字负载将任何子信道或子信道组复制到Mountainside关口站网关波束中的保存带宽，或任何有下行监测能力的其他站点，这可以使我们使用监测装备举行一连实时的监测，有助于解决突发的射频滋扰（RFI）问题，并标记信号峰值和极值。EpicNG的数字负载为每项效劳准备了多个目的操作位置，可能是数字负载的输入、输出，甚至是HPA高功率放大器赔偿，可以使用其中一种或多种来处置惩罚RFI事务。子信道功率是基于射频信号的准确丈量值，可以为SMS/SRMS提供导频参考和丈量校准。SMS是笼罩整个吸收频谱的动态“扇出”，起劲自动而非应激被动地一直对所有频谱举行监测。
“扇出”监测系统
最后，EpicNG卫星系列还增添了原有卫星不支持的营业恢复和载波重置功效。例如，现在可以对单个毗连和子信道举行增益控制，而在已往只能依赖更改转发器饱和通量密度（SFD）的衰减设置，当多个客户共用相同转发器时会泛起问题。若是客户在远端站点的频段上遭受了射频滋扰，ROC（RF操作中心）职员通过下令数字负载举行载波重置，从而可以在上行链路不做任何更改的情形下迁徙至远离滋扰的差别频段。
- 尊龙凯时人生就是搏测控
- 产品系列
- 联系尊龙凯时人生就是搏
邮编: 710018
电话: +86-29-88868880
营业咨询: 400-083-9969
邮箱: sales@satpro.com
- 微信公众号
股票代码：831244
陕公网安备 61019102000454号