移动互联网与卫星通信_张健

移动互联网与卫星通信_张健 Features 移动互联网与卫星通信 + 张健 天津七一二通信广播有限公司 【摘要】本文从通信角度对移动互联网的特点进行了分析，介绍了当前主流的卫星通信系统，并对卫星通信用于移动互联网进行了分析。 一、移动互联网时代的特点 目前，移动通信已经进入4G时代，基于移动互联网各类应用已经渗透到普通百姓的方方面面，面向 个人的移动互联网正在迅速改变人们的生活方式。根据中国互联网信息中心发布的《中国互联网络发展状 况统计 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 》显示，截至2014年6月，我国网民手机 上网使用率首次超越PC端，手机成第一大上网终端设 备。移动终端正在全面侵蚀PC，移动互联网更受网民 的喜爱。站在不同的视角对移动互联网时代特点有不 同的说法，在从事通信领域从业人员看，移动互联网 有如下特点: 一是覆盖地域广。由于移动互联网面向的普通百图1 广东移动4G网络覆盖图 姓，因此只要是有人的地方都需要互联网提供服务。二是接入方——————————————————————————————————————————————— 便。互联网是覆盖全球的网络，能够提目前，移动互联网主要依托地面公用移动通信网，我供用户的随机接入，早期采用电话线、ADSL等方式，国三大运营商的移动网都已覆盖了县镇以上的人口密目前主要使用光纤接入和无线接入方式，前者可提供的集区域，图1是我国经济大省广东省4G移动网的覆盖接入带宽大，后者具有接入方便的优点。其中，无线接范围(来自广东移动实时覆盖图)，可以看出南部发入主要是通过公用移动网络接入和热点接入两种方式，达地区基本是绝大部分实现了无缝覆盖，但粤北地区由于移动通信网覆盖的广域性，已经超过传统的话音成则有大量的空白地区，主要是这些地区地处延绵山为主要业务，成为移动互联网主要的接入方式;同时，区、人口较少，经济相对落后。由此可以推测全国范WiFi由于其可提供的大带宽、更经济成为当前首选的围，由于建网成本及效益等问题，全国还有相当地域接入方式，各电信运营商在建设各种电信网络的同时也处于空白状态。这些空白地区为卫星通信应用提供的在大量建设WiFi接入站点。图2是在2014年互联网调查发展的空间。中手机网民首选的网络接入方式。 Features 他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。另外，用户有原来被动接受服务模式向主动选择服务转变，用户可根据自己的喜好选择喜欢的应用或舍弃不喜好的应用;通信网也面临着同样的竞争局面，各运营商通过提供补贴等优惠方式争取用户，网络——————————————————————————————————————————————— 流量费总体呈下降态势。 图2 WiFi成为主流的移动接入方式四是用户终端快速变化。使用移动互联网的用户 都是个人用户，随着网络升级及技术发展，移动用户三是带宽不断增加。面向个人生活、工作的服务内终端正在向智能化发展，当前主流的安卓和苹果操作容越来越多，成为当今创业热点区域，由此带来的带宽系统已经成为移动终端的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，基于此的各类应用APP需求不断增加。图3是移动通信网带宽变化带来的应用如雨后春笋般出现;同时，传统的桌面PC正在向平需求的变化，每次变化带来的不仅仅是由语音到视频这板变化，微软正在推出面向平板、手机等跨平台应用样的业务类型的变化，而是其创新服务的出现，这些新的WIN10，一代终端大都在两年以内被新一代终端替的服务可为人们的生活带来巨大的影响。因此，移动互代。近期，可穿戴设备成为用户终端发展的热点，包括联网对带宽的需求是不断增加的，这也是当前地面移动以手腕为支撑的watch类(包括手表和腕带等产品)，5G发展的驱动力。以脚为支撑的shoes类(包括鞋、袜子或者将来的其他腿上佩戴产品)，以头部为支撑的Glass类(包括眼镜、头盔、头带等)，以及智能服装、书包、拐杖、配饰等各类非主流产品形态。另外，用户有原来被动接受服务模式向主动选择服务转变，用户可根据自己的喜好选择喜欢的应用或舍弃不喜好的应用;通信网也面临着同样的竞争局面，各运营商通过提供补贴等优惠方式争取用户，网络流量费总体呈下降态势。 ——————————————————————————————————————————————— 图3 带宽增加导致应用模式的变化 四是用户终端快速变化。使用移动互联网的用户都是个人用户，随着网络升级及技术发展，移动用户终端正在向智能化发展，当前主流的安卓和苹果操作系统已经成为移动终端的标准，基于此的各类应用APP如雨后春笋般出现;同时，传统的桌面PC正在向平板变化，微软正在推出面向平板、手机等跨平台应用的WIN10，一代终端大都在两年以内被新一代终端替代。近期，可穿戴设备成为用户终端发展的热点，包括以手腕为支撑的watch类(包括手表和腕带等产品)，以脚为支撑的shoes类(包括鞋、袜子或者将来的其图4 可穿戴设备成为发展热点 Features 五是M2M成为移动互联网的新热点。M2M有 Machine-to-Machine及Mobile-to-Mobile解释，无论何种含义，都是基于移动互联网的新型应用。在Machine-to-Machine方面，依托于移动互联网，用于安全监测、自动售货机、货物跟踪等远距离收集信息、设置参数和发送指令等;在Mobile-to-Mobile方面，用户通过移动端获取商家在移动端提供的服务，用户在移动端进行消费、支付和社交，商家在移动端完成经营、收费和管理。无论是机器还是人，M2M是一种以机器终端智能交互为核心的、网络化的应用与服务，是未来移动互联网的发展趋势和应用落脚点，也是物联网的重要组成部分。目前，世界电信运营商都将M2M作为未来新的增长点，通过合作建立全球M2M通信市场产业联盟，建立同一标准的M2M服务平台。分——————————————————————————————————————————————— 析机构Machina预测，M2M全球市场规模将从2010年的1210亿美元增加到2020年的9480亿美元，年增长率23%(其中我国增长率为16%)，人手将有5-10部联网终端。 2013年，Global Xpress (GX)(Inmarsat 5)首星发射，目前已有3颗在轨。卫星采用Ka频段，透明转发，有89个固定波束和6个高容量可控点波束，采用灵活的功率带宽分配，前向速率最50Mbps、返向最高5Mbps，3个卫星覆盖全球(见图5)。应用装备提供0.6至2.4米站型，有固定、车载、机载和便携等形式。其中，为民用航空提供的机载通信能力将是Ku频段机载卫星通信能力的两倍。 THURAYA终端 图5 典型的卫星通信移动终端 INMARSAT终端 二、当前卫星通信发展情况 卫星通信具有覆盖地域广、组网灵活、通信质量好、天然的广播特性等优点，是地面通信网有益的补充。随着技术的发展，卫星通信系统中通信卫星转发器的性能和应用系统站型的业务能力不断提高，能够为各类用户提供良好的服务。 (一)在同步轨道卫星通信方面 在同步轨道卫星通信系统方面，主要是在移动卫星通信系统和高容量卫星通信系统(HTC)两个方向发展。 1.移动卫星通信系统 典型的有INMARSAT、THURAYA等系统，系统采用L、S频段，为——————————————————————————————————————————————— 提高系统用户容量和减小用户终端体积重量和功耗，卫星采用多波束覆盖地球方式，如2005年首发的INMARSAT4卫星有1个全球波束、19个宽波束和228个窄点波束，手持终端可支持9.6kbps的业务，宽带全球区域网服务(BGAN)可提供IP和电路交换服务，包括互联网接入、视频会议、LAN和其他服务，最高速度可达492 kbit/s。2007年发射的THURAYA F2卫星有351个波束，小型便携终端可支持444kbps接收和202kbps发送，手持式终端最高上行可达60 kbps、下行15 kbps。 图5 Inmarsat5覆盖示意图 2.高容量卫星通信系统 当前宽带通信卫星的主要是高吞吐量卫星(HTS High-Throughout Satellite)或高容量卫星(HCS High-Capacity Satellite)，单星容量是一般卫星的数十倍。目前已经有多个HTS卫星发射入轨或正在研 制，主要使用Ku频段和Ka频段，这类卫星通过多波束的频率复用方式，扩展指派给卫星的可用频谱资源，提高卫星的EIRP和G/T性能，满足小口径终端发送和接收高速业务的需求，有星载处理和透明转发两种使用方式。 宽带卫星通信到今天已经发展了三代:第一代系统上世纪80年代提出的VSAT系统，只能够为用户提供2048kbps为主的业务传输，卫星采用大波束覆盖，转发器为多用户共享方式，主要为公司分散的用户提供组网服务，终端售价5000-10000美元;第二代系统出现于2005至2007年的互联网发展阶段，能够为用户提供256kbps-3Mbps——————————————————————————————————————————————— 的业务传输，用于互联网业务的延伸，并出现了专用的宽带卫星，如IPstar、Spaceway等，卫星具有多点波束高增益天线，采用频率复用技术，基于IP的专用的应用系统能够为用户提供较好的QoS，终端售价在500美元左右;第三代系统就是2010年后出现的新一代宽带卫星系统，用户的传输通过量大于10Mbps，可满足新一代互联网的视频应用需求，卫星容量达到100Gbps以上，比第二代系统卫星提高十倍以上，每个卫星支持上百万用户，具有50Mbps至500Mbps能力的终端售价在500美元以下，已经有Ka-Sat和ViaSat等卫星在轨工作，每Mbps的使用费用进一步下降。 (二)在中低轨星座卫星通信方面 相对同步轨道卫星，中低轨卫星具有电波传播损耗小、传输时延低的优势，但卫星相对地面移动，需要多个卫星对服务区域形成稳定覆盖。目前，已经投入使用或将要投入使用的低轨星座卫星通信系统有铱星、全球星、O3b等系统，其中铱星、全球星系统分别有66和48颗卫星，全球覆盖，使用的L频段用户链路，提供面向个人用户的话音、数据服务，其中铱星公司的机器至机器(M2M)数据服务正在不断增长，2017年将部署完新一代铱星(Iridium NEXT)，通信速率将由128kbps提高到1Mbps。 O3b系统当前正在建设的宽带星座网络，采用Ka频段用户链路，12颗卫星位于赤道上空8062km，每个卫星12个可移动波束，其中2个用于信关站、10个用于用户服务，可对南北纬45度以内地球表面进行覆盖，每个波束直径700Km，有两个216MHz转发器，通过双极——————————————————————————————————————————————— 化复用和空间隔离频率复用，每个转发器最高可 提供1.6Gbps(800Mbps x 2)。通过建设地面接入站点方式，为移动运营商和互联网服务商提供话音和数据服务，地面站采用两副自动跟踪的Ka频段天线，前向广播采用BVB-S2、ACM，载波速率最高45Msps;返向接入体制采用MF-TDMA DVB-RCS、DVB-S2 ACM连续载波(SCPC)方式，最高速率最高分别为4.4Mbps和24Mbps。首批四颗卫星2013年6月发射，第二批4颗卫星2014年7月发射。 图6 O3b星座组成图 (三)卫星互联网成为推动的卫星通信发展引擎 近年来，随着通信卫星技术的发展，特别是大容量通信卫星的发展，用户使用卫星的费用呈逐年下降的态势，用户数量不断增加，具备了与地面通信方式竞争能力，宽带接入需求不断增加，有力地推动了卫星通信产业的发展。从铱星公司和GlobalStar公司披露的数据来看，公司的用户人均费用逐年走低。GlobalStar公司用户的人均费用从2006年至今下降了60%以上。北美咨询机构NSR预测，全球卫星互联网的总供应容量将从2011年200Gbit/s增长到2021年的1.6Tbit/s，这尚不包括O3b卫星星座的容量;全球宽带用户将从2011年的350万增加到2021年的910万，其中互联网宽带接入用户达到810万，全球宽带卫星通信的服务和终端设备收 入将会翻番，预计有63.5亿美元的增长。 025 Satellite& Network ——————————————————————————————————————————————— Features 三、卫星通信如何与移动互联结合 由于地面网络覆盖受限，为卫星通信在移动互联网领域提供了发展空间。但传统的卫星通信采用的C、Ku频段固定卫星通信体制，主要是面向固定或机动用户应用，无法保障面向个人的移动互联网应用。虽然近年来面向个人用户的各类移动卫星通信网投入使用，但图7 列车卫星通信受限于手持设备能力，只能够支持电话和低速数据应用，与当前主流应用的高带宽移动互联网需求存在相当差距，如何利用卫星通信解决地面公用通信网难以覆盖地区的移动互联网应用成为一个难题。通过对前面卫星通信发展情况分析，可以看出卫星通信与移动互联网结合的途径主要有以下途径: (一)间接服务方式 为充分发挥卫星通信覆盖地域广、宽带传输的优势，在与移动互联网结合中采用热点接入方式，间接为用户提供移动互联网服务。目前，O3b、INMARSAT 5及使用Ku、Ka频段HTS卫星的系统地球站都具有很图8 机载卫星通信高的双向通信速率，可支持数十Mbps的用户接入。主要有以下三个途径份谅解备忘录，将在国航的空客A330飞机上测试GX 一是利用我国现有卫星方式。目前，我国通信卫Aviation空中网络连接 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，国航将成为首家与霍尼韦星主要采用Ku频段、国土广域覆盖为主，EIRP及G/尔及国际海事卫星合作测试GX Ka波段连接方案的航T较差，为提供宽带IP接入服务，建设采用基于DVB-空公——————————————————————————————————————————————— 司。RCS或其他体制的VSAT系统，为移动运营商在其无三是建设我国的HTS卫星。随着地面公用通信网法覆盖地域提供基站延伸，为移动互联网用户提供3G的发展，我国卫星通信保障的重点正在向应急通信、海或4G无线方式接入基站，再通过卫星线路接入移动网上通信和通信基础设施薄弱边远地区的通信转移，为应络;对覆盖保障地域较小应用，设置WiFi接入点，通对互联网高速业务需求不断增加，急需发展我国的HTS过卫星接入互联网，如目前铁路、民航可以使用基于通信卫星。在我国HTS卫星设计要考虑重点覆盖我国人Ku频段通信卫星，设置车载、机载WiFi，实现地空互口稀少地域，按照我国降雨分布及人口分布，结合地面联网通信，如图7、图8所示。公用移动通信网发展，合理设计波束覆盖地域;同时， 二是利用国外现有卫星方式。由于我国现有通同步设计应用系统技术体制，研制不同形式的卫星通信信卫星能力受限，无法满足移动互联网较高传输能终端。在HTS卫星终端研制中，必须引入与传统VSAT力应用需求，可采用INMARSAT 5等卫星开展移动不同的技术，以适合HTS特有的特点，主要是:每个波互联网接入服务。其中，我国民航部门正在计划利束超过100MHz的带宽，考虑信关站能够支持10至20用INMARSAT 5系统在民航飞机开展面向乘客的机个波束和Gbps的容量、用户终端有更高的吞吐量、能载互联网服务，通过在飞机站安装卫星终端。据报够克服雨衰等技术，其中成熟波形以DVB为基础进行道，2014年霍尼韦尔航空航天集团与国航签署了一扩展，以适应点波束中更大的带宽。 ——————————————————————————————————————————————— Features (二)直接服务方式式基础上，充分保留SCPC方式链路高效和MF-TDMA 针对直接面向用户的移动卫星通信系统，开展互组网灵活的优点，为适应IP变化较大和视频稳定不同的联网应用是当前世界各移动卫星通信系统重点开展的工业务特点，扩展多址方式，通过使用网管控制、优先级作，如GLOBALSTAR系统的WIFI热点、THURAYA设置及突发SCPC方式，调制解调器在MF-TDMA和系统的苹果皮、Orbcomm数传模块(见图8)等。当DVB-S2 SCPC之间可动态变化，到达最佳的卫星资源前，我国正在建设S频段卫星移动通信系统，虽然手持利用率，并支持多种应用方式。用户只能提供9.6kbps窄带业务，具备了支持移动互联的能力，建议相关研制单位在终端设计中，参考国外同四、结束语类产品特点，充分考虑移动互联网需求。同时，应进一在移动互联网时代，连接和接入成为人们工作和生步发挥卫星通信广域覆盖优势，拓展卫星通信在物联活的必要前提，用户具有了空前选择权，地面光纤基础网、M2M等新兴领域的应用，如油气田作业、输油输设施能力不断提高，移动4G正在建设的同时5G也成为气管线、物流、农业、医疗保健、公用事业等产业。另网络制造商、运营商及研究部门关注的热点，传统的卫外，为增大卫星覆盖范围、减少电波传播时延、提高用星通信生存空间正在面临着地面通信网络极大的挑战。户终端业务能力，借助移动互联网发展势头，建设覆盖因此，卫星通信从业人员必须要调整思维模式，在互联全球的星座卫星通信——————————————————————————————————————————————— 系统是十分必要的，为用户提供高网领域寻找需求、发现需求、创造需求，与互联网深度质量的移动互联网服务。融合，才能够发掘出卫星通信的活力。 另外，使用Ku、Ka频段通信卫星、直接面向用户的VSAT系统也是保障车辆、游船等小型平台移动互联【参考文献】网应用手段，相对L、S频段移动卫星通信，能够提供1.中国移动互联网调查研究报告，中国互联网络信息中更高的传输带宽。目前，我国建设了大量的“动中通”心，2014年8月车载站，具备了移动互联网应用条件，随着业务模式由2.2015年全球卫星通信产业发展情况分析 ，中商情报 网，2015年4月 传统的提供远程传输线路向互联网转变，通过对用户站3.O3b – A different approach to Ka-band satellite system design 和接入点改造能够方便支持互联网业务。同时，积极跟and spectrum sharing，ITU Regional Seminar for RCC countries 踪当前VSAT技术发展，研制新一代的VSAT系统，通on Prospects for Use of the Ka-band by Satellite Communication Systems,Almaty Kazakhstan， 5 - 7 September 2012 过对当前国外新一代VSAT分析，主要特点有:一是充4.O3b Networks，From Wikipedia分考虑互联网应用需求和系统的灵活性、可扩展性及运5.中国卫通推出航空器客舱卫星宽带通信服务，中国新 闻网，2013年07月04日 ——————————————————————————————————————————————— 6.揭秘空中WiFi:卫星通讯与ATG宽带通讯，中关村在线，2014年06月30 7.Inmarsat GX选择罗克韦尔柯林斯作为民用航空Ka波段宽带卫 星通信终端提供商，罗克韦尔?柯林斯公司，2011年08月30日 8.Newtec Dialog，March 2014，Newtec 9.MF-TDMA, SCPC and Newtec Mx-DMA，March 2015， 图8 移动卫星通信支持移动互联网应用Newtec行效率，能够为 用户提供高速宽带IP接入;二是针对新10.High Throughput Satellites + The APAC June 2014 型的HTS卫星转发器特点，参考DVB-S2X标准，通过11.Redefining Optimization + Efficiency In An 对现有DVB-S2进行改进，扩展最高传 输符合速率，优Comtech EF Data Focus On 化调制编码模式，适应比 传统的36/54MHZ转发器更2015 12.A-SAT-II?: An Advantech Wireless Focus On 宽的转发器;三是在 传统的SCPC和MF-TDMA多址方SatMagazine January 2015 ———————————————————————————————————————————————