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摘 要：本文首先介绍了宽带技术发展，深入地分析了无线宽带接入技术中的关键技术──宽带卫星通信技术，重点分析了宽带卫星通信的原理。展望了将来宽带技术研究方向与发展趋势。
关键词：宽带卫星 有线接入 无线接入 Ku波段转发器
1引言
到了20世纪90年代中期，万维网得到了飞速的发展。但大多数用户接入到Intrenet的速率仍不高，仅为14.4-33.6kb/s，少数的能达到56kb/s。随着网络技术的发展，在打开网页和下载软件时长时间地等待，已逐渐淘汰，数据传输速度更快的高速宽带网成为网民新宠。宽带网实现了从低速的“电话拨号上网”到高速的“实时在线上网”的转变，能够承载包括语音、图像、传真、视频和各种智能与增值服务在内的综合电信业务，将为人们提供各种高速接入和全方位的信息服务。虽然地面宽带网络技术日新月异地迅猛发展，但是它只能让经济发达、人口密集的城市地区 的人们享受到宽带服务，而对农村、人烟稀少地区和经济落后的地区，仅靠地面网络是无法 经济有效地提供宽带服务的。
2宽带卫星通信的发展现状
卫星通信属于无线宽带接入，在大区域稀路由、无缝隙通信方面有着其他通信方式无法比拟的优势，可以实现用户在任何时间、任何地点高速地从因特网上获取信息。在目前网络基础设施特别是宽带基础设施尚不发达的中国，卫星宽带接入不失为一种便捷而廉价的宽带接入手段，已成为人们关注的重点。
“宽带卫星”是指使用卫星处理和交换，并对地球站提供双向业务，且地球站的天线尺寸可以与当前的卫星电视直播接收天线相比拟的新一代通信卫星。“宽带卫星通信”又称为宽带数据卫星通信或天基多媒体通信，是利用卫星作为中继站转发高速率宽带业务数据，在两个或多个地球站之间进行的通信。宽带卫星通信不仅是对宽带地面通信有益的补充，而且较之宽带地面通信具有其独特的性能和优势，诸如通信距离远、覆盖范围广、机动灵活、通信线路稳定可靠、传输质量高等特性。
用户将把始终在线的高速数据连接作为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距离，无论有线还是无线，一般都小于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专用的地面系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。宽带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。宽带卫星要取得成功，关键是所提供的业务的价格要有竞争力，而且要能够适应未来十年通信市场的急剧变化。
2.1宽带卫星通信技术——Ka频段卫星通信技术
目前正在发展中的有四种完全不同的宽带卫星业务。第一种是混合了类似DTH数据传输的传送技术，它已经在诸如DirectPC这样的产品中被应用。用户之间共享有限带宽的卫星下行链路，用户在网上的浏览速度会因此而提高，条件是同时在线的人数不能太多。用户上行传输使用的仍然是传统的电话调制解调器，从而限制了所支持的业务。第二种是并不依赖调制解调器连接的双向业务。除简化连接外，双向业务提供了更专用的卫星带宽，而且可以更快地发送和接收数据。这种业务实现了个人网站主机和有限的交互服务。这两种早期的宽带卫星系统都依赖于已有的Ku波段（11GHz）卫星，这使得它们可以很快地部署妥当，但也正因为这样，它们对于长期应用来悦，并不是最具费效比和灵活性的资源。然而，对于短期应用来说，它们会因额外的转发器能力而产生收益，而且会赢得地理上孤立的和早期采用这些技术的这两部分市场份额。
真正的宽带性能是在第三代系统中出现的，而且第三代系统已经在2001年下半年投放市场。第三代系统并不像第一和第二代系统那样依赖传统的Ku波段转发器，而是采用Ka波段（18-30GHz）来实现卫星与地面之间的传输。频率更高的Ka波段系统可以轻松地实现卫星的点波束传送，这种方式在与信道化交换结合时，一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够达到一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。虽然系统的成本会高一点，但是潜在用户的数量会因此达到大规模市场应有的比例，而且每条线路的实际成本会大大降低。使用这些系统，Ka波段第一次让卫星以可与城市地区地面传送大体相当的价格为广大用户提供面向接入的线路。这种技术在对接入业务的价格极其敏感的广大住宅用户市场有着广阔的发展空间。
卫星通信的可用频谱资源很有限，建设宽带网必然要采用更高频率。目前的宽带卫星业务基本是使用Ku频段，但Ku频段的应用已经非常拥挤，故计划中的宽带卫星通信网基本是采用Ka频段，通过同步轨道卫星、非静止轨道卫星或两者的混合卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。采用这样的方案已有一定的技术基础。
卫星通信要利用Ka频段必须解决下列关键技术问题：
克服信号雨衰；
研制复杂的Ka频段星上处理器；
保证高速传输的数据没有明显的时延；
保持星座中有关卫星之间的有效通信；
通过星上交换进行数据包的路由选择；
国际上特别是欧洲、美国有关Ka频段卫星通信概念和关键技术的试验工作已做了不少，例如美国国家宇航局领导工业界执行的ACTS计划，就对有关的多项先进技术进行了试验。可以说，现代卫星通信技术的发展已为解决后四项关键技术打下了基础，而降雨对信号的衰减是波长在1～1.5cm之间的Ka频段的特殊问题。由于使用的波长和雨滴的大小相仿，雨滴将使信号发生畸变。目前正在设计的Ka频段的卫星通信系统，因降雨衰减而引起的通信中断平均每月要超过3h。这就难于满足一般电信用户通信可利用率达到99.9%的要求。目前，为了克服雨衰问题已提出几个解决方法：①加大天线尺寸和信号功率，但这会增加卫星的成本。②设立更多的地面终端站，从而使信号能沿多条路径传送，但这会增加地面系统的成本。③通过控制功率分配，增大对降雨地区的传输功率。采用这个措施会增加卫星的复杂性，特别是提高了对控制软件的要求。④发展对信号畸变的校正技术。 Ka频段的卫星通信系统雨衰问题的解决，在一定程度上是服务质量和费用的折衷。若要保证Ka频段卫星通信业务的高可靠性和高利用率，就必须在链路设计中国有一定余量来避免因暴雨造成通信中断。但这种余量在正常的天气情况下却是一种浪费，会导致整个系统的成本增加和终端的价格上升。
3 结束语
未来将会是一个更宽的宽带时代，我们将迎来“无线宽带”生活。通过卫星或者更宽的宽带接入的内容和方式会有迅猛的增长，无线局域网将会占到40%，成为主流连接方式。新的无线宽带接入的方式也开始增长，将会占到8%，以后会有更大的发展。随着无线宽带的全面引入，今后我们的工作、生活以及处理信息和获取信息的方式将会发生重大转变。
关键词：宽带卫星 有线接入 无线接入 Ku波段转发器
1引言
到了20世纪90年代中期，万维网得到了飞速的发展。但大多数用户接入到Intrenet的速率仍不高，仅为14.4-33.6kb/s，少数的能达到56kb/s。随着网络技术的发展，在打开网页和下载软件时长时间地等待，已逐渐淘汰，数据传输速度更快的高速宽带网成为网民新宠。宽带网实现了从低速的“电话拨号上网”到高速的“实时在线上网”的转变，能够承载包括语音、图像、传真、视频和各种智能与增值服务在内的综合电信业务，将为人们提供各种高速接入和全方位的信息服务。虽然地面宽带网络技术日新月异地迅猛发展，但是它只能让经济发达、人口密集的城市地区 的人们享受到宽带服务，而对农村、人烟稀少地区和经济落后的地区，仅靠地面网络是无法 经济有效地提供宽带服务的。
2宽带卫星通信的发展现状
卫星通信属于无线宽带接入，在大区域稀路由、无缝隙通信方面有着其他通信方式无法比拟的优势，可以实现用户在任何时间、任何地点高速地从因特网上获取信息。在目前网络基础设施特别是宽带基础设施尚不发达的中国，卫星宽带接入不失为一种便捷而廉价的宽带接入手段，已成为人们关注的重点。
“宽带卫星”是指使用卫星处理和交换，并对地球站提供双向业务，且地球站的天线尺寸可以与当前的卫星电视直播接收天线相比拟的新一代通信卫星。“宽带卫星通信”又称为宽带数据卫星通信或天基多媒体通信，是利用卫星作为中继站转发高速率宽带业务数据，在两个或多个地球站之间进行的通信。宽带卫星通信不仅是对宽带地面通信有益的补充，而且较之宽带地面通信具有其独特的性能和优势，诸如通信距离远、覆盖范围广、机动灵活、通信线路稳定可靠、传输质量高等特性。
用户将把始终在线的高速数据连接作为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距离，无论有线还是无线，一般都小于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专用的地面系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。宽带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。宽带卫星要取得成功，关键是所提供的业务的价格要有竞争力，而且要能够适应未来十年通信市场的急剧变化。
2.1宽带卫星通信技术——Ka频段卫星通信技术
目前正在发展中的有四种完全不同的宽带卫星业务。第一种是混合了类似DTH数据传输的传送技术，它已经在诸如DirectPC这样的产品中被应用。用户之间共享有限带宽的卫星下行链路，用户在网上的浏览速度会因此而提高，条件是同时在线的人数不能太多。用户上行传输使用的仍然是传统的电话调制解调器，从而限制了所支持的业务。第二种是并不依赖调制解调器连接的双向业务。除简化连接外，双向业务提供了更专用的卫星带宽，而且可以更快地发送和接收数据。这种业务实现了个人网站主机和有限的交互服务。这两种早期的宽带卫星系统都依赖于已有的Ku波段（11GHz）卫星，这使得它们可以很快地部署妥当，但也正因为这样，它们对于长期应用来悦，并不是最具费效比和灵活性的资源。然而，对于短期应用来说，它们会因额外的转发器能力而产生收益，而且会赢得地理上孤立的和早期采用这些技术的这两部分市场份额。
真正的宽带性能是在第三代系统中出现的，而且第三代系统已经在2001年下半年投放市场。第三代系统并不像第一和第二代系统那样依赖传统的Ku波段转发器，而是采用Ka波段（18-30GHz）来实现卫星与地面之间的传输。频率更高的Ka波段系统可以轻松地实现卫星的点波束传送，这种方式在与信道化交换结合时，一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够达到一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。虽然系统的成本会高一点，但是潜在用户的数量会因此达到大规模市场应有的比例，而且每条线路的实际成本会大大降低。使用这些系统，Ka波段第一次让卫星以可与城市地区地面传送大体相当的价格为广大用户提供面向接入的线路。这种技术在对接入业务的价格极其敏感的广大住宅用户市场有着广阔的发展空间。
卫星通信的可用频谱资源很有限，建设宽带网必然要采用更高频率。目前的宽带卫星业务基本是使用Ku频段，但Ku频段的应用已经非常拥挤，故计划中的宽带卫星通信网基本是采用Ka频段，通过同步轨道卫星、非静止轨道卫星或两者的混合卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。采用这样的方案已有一定的技术基础。
卫星通信要利用Ka频段必须解决下列关键技术问题：
克服信号雨衰；
研制复杂的Ka频段星上处理器；
保证高速传输的数据没有明显的时延；
保持星座中有关卫星之间的有效通信；
通过星上交换进行数据包的路由选择；
国际上特别是欧洲、美国有关Ka频段卫星通信概念和关键技术的试验工作已做了不少，例如美国国家宇航局领导工业界执行的ACTS计划，就对有关的多项先进技术进行了试验。可以说，现代卫星通信技术的发展已为解决后四项关键技术打下了基础，而降雨对信号的衰减是波长在1～1.5cm之间的Ka频段的特殊问题。由于使用的波长和雨滴的大小相仿，雨滴将使信号发生畸变。目前正在设计的Ka频段的卫星通信系统，因降雨衰减而引起的通信中断平均每月要超过3h。这就难于满足一般电信用户通信可利用率达到99.9%的要求。目前，为了克服雨衰问题已提出几个解决方法：①加大天线尺寸和信号功率，但这会增加卫星的成本。②设立更多的地面终端站，从而使信号能沿多条路径传送，但这会增加地面系统的成本。③通过控制功率分配，增大对降雨地区的传输功率。采用这个措施会增加卫星的复杂性，特别是提高了对控制软件的要求。④发展对信号畸变的校正技术。 Ka频段的卫星通信系统雨衰问题的解决，在一定程度上是服务质量和费用的折衷。若要保证Ka频段卫星通信业务的高可靠性和高利用率，就必须在链路设计中国有一定余量来避免因暴雨造成通信中断。但这种余量在正常的天气情况下却是一种浪费，会导致整个系统的成本增加和终端的价格上升。
3 结束语
未来将会是一个更宽的宽带时代，我们将迎来“无线宽带”生活。通过卫星或者更宽的宽带接入的内容和方式会有迅猛的增长，无线局域网将会占到40%，成为主流连接方式。新的无线宽带接入的方式也开始增长，将会占到8%，以后会有更大的发展。随着无线宽带的全面引入，今后我们的工作、生活以及处理信息和获取信息的方式将会发生重大转变。