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卫星在发展中的混合网络中仍是关键的一环
录入时间:2016/12/26 11:19:30

卫星在发展中的混合网络中仍是关键的一环

Satellites Remain Key Link in Evolving Hybrid Network Chain

Thierry Guillemin

Intelsat,Luxembourg District, Luxembourg

编辑注:无论是通过演进现有网络技术(例如混合光纤同轴电缆),还是开发新方法(例如高海拔气球),全球对于带宽的需求从来都没有停止,这种需求促进了服务供应商和互联网公司相互竞争着增加通信容量。在这些技术中,现有的卫星运营商和新加入者正在发展新一代卫星,以几十Gb/s的容量来覆盖地球。国际通信卫星组织(Intelsat)在1965年发射了Intelsat 1,现在正经营着世界上最大的卫星服务业务。《Microwave Journal》让这家公司介绍了他们的高带宽卫星战略。

对于一个典型的移动网络运营商(MNO),全球对于连接需求的增加给它提供了一个巨大的机会。运营商们竞相部署更有能力的网络并拓展它们在地理上的范围,以吸引新的用户并且增加收益。这些运营商面对的挑战仍然是在资源有限的金融环境中寻找一种快速、高效益的方法来发展他们的网络。

现如今,一个典型的移动网络是由蜂窝站点通过微波链路连接到网络,这种微波链路是被开发用于支持语音业务的。然而,终端用户的需求已经从语音通信变成了高容量的数据通信,并且不满足于大都市范围内对于网络的需求。当一个新的节点一旦被建立,通过扩建传统的基站塔的拓展方法,意味着固定的资本支出、繁重的设备以及选择上的局限。对于移动网络运营商们,更具经济吸引力的新的解决办法已经被提出:高吞吐量卫星技术正在进入市场,很快将消除那些限制,卫星服务将被视为未来混合无线网络的一个不可或缺的部分。

高吞吐量卫星

如果做得好的话,高吞吐量卫星技术可实现性能、经济性和网络接入方面的重大突破,这将对多方面产生影响。这些新卫星可以在任何地方提供宽带所需的吞吐量、质量、灵活性、安全性、适应性和可扩展性。它们将成为改变网络运营商们接入网络方式的重要推动力。

例如,Intelsat的EpicNG平台将为每一个卫星提供25到60Gb/s的容量,是传统卫星吞吐量的10倍,工作频段覆盖C波段、Ku波段和Ka波段。这种高效益的、易于获得的基础设施使得网络运营商们在不需要巨大的资产投资的情况下即可升级和扩展网络。为了实现这个目标,Intelsat建立了一个基于开放架构和后向兼容的平台,这样网络运营商们就可以利用已有的硬件设备来升级他们自己的基础设施。EpicNG平台已经完全集成在Intelsat的全球网络中了,该网络将世界最大的卫星骨干网络和地球上的基础设施、管理服务和开放、可互操作的架构相结合。所有这些努力都帮助运营商们以效益最高的方法提高了网络的性能和覆盖范围。通过减少网络升级常常需要的资本支出,客户可以专注于新领域的扩展以及新的应用以推动增长。

图1 Intelsat EpicNG平台卫星的电子负载。

EpicNG平台的核心是电子负荷(图1),它可以提供满足未来机遇所需的性能,这也是众多设计特点中的一个。这项技术允许任意带宽增量内的连接,以及任意波束之间的连接。对于将高吞吐量功能集成到自身业务中的客户来说,在任意位置都可以进行上行链路和下行链路的连接。如果将这些功能结合起来,就可以在Ku波段提供一个高性能的巨大的半波束覆盖。这样就消除了一个网络对于多枢纽的需求,同时还允许用户设置他们自己的网络拓扑结构来利用现有的地面硬件,并使用多频段来运营。例如:

★   一个拥有已建成的、非常成功的C波段业务的通讯系统供应商,可以在现有的C波段枢纽集成高功率的Ku波段的点波束,来向高需求客户保证已承诺的服务质量。

★   在大雨区域中运营网络的无线运营商可以利用C波段和Ku波段的混合连接来代替单一枢纽,这样可以保持很低的运营成本,还可以扩展容量并且在因天气引起中断的情况下更快地恢复服务。

Intelsat介绍了一种Intelsat One Flex服务,这是全球性质的管理型服务,旨在以分级承诺信息速率计划提供企业级的、兆比特每秒的批发业务。这样的服务使得高吞吐量卫星和传统宽波束容量在单一产品上的集成变得简单,同时优化了带宽分配。为了保证带宽的传递,这一服务在需要时可以支持突发需求和地理位置上的移动。另外,Intelsat One Flex是可以扩展的,使客户更容易满足日益增长的带宽需求,并保持长期的竞争力。

图2 发射之前的Intelsat 29e高吞吐量卫星。这个卫星现在服务于美国、加勒比海域和南大西洋地区。

图3 Intelsat 33e卫星,计划于2016年8月发射,将为非洲、亚太地区和欧洲地区进行服务。

EpicNG平台的第一个卫星Intelsat 29e(图2)在2016年1月被发射到对地静止轨道上,服务美国、加勒比海和南大西洋区域。Intelsat 33e(图3)将于2016年第三季度被发射上轨道,这个卫星将服务非洲、亚太地区和欧洲区域。Horizons 3e的发射被定于2018年的下半年,这个卫星的发射将实现太平洋区域的覆盖,并和前两个卫星一起实现全球覆盖。在2020年之前,EpicNG平台的七个卫星都将被发射到对地静止轨道上,以保证有足够的带宽为全球高需求的地区提供服务(图4)。

图4 Intelsat EpicNG平台计划的覆盖范围。

EpicNG平台每一个新的卫星都会引入更多的创新,发展具有新的灵活性的技术,使得新一代的高吞吐量卫星可以更好地完成软件定义的卫星任务。卫星的每一个性能都能随机应变,均可以通过地面简单的命令传递进行修改。客户将拥有最强有力的空间基础设施,这些基础设施同样拥有适应能力,可以根据市场需求改变或提高。

容易实现的网络扩展

虽然Intelsat在卫星性能方面取得了巨大的进步,但故事不能仅仅停留在建立高吞吐量和高性能的卫星上。贯穿整个卫星生态系统的创新工作伴随着在轨卫星的进步,让网络运营商能更加容易地将卫星解决方案集成进他们的网络中,并充分利用高吞吐量卫星提供的能力。例如,将无线网络扩展到农村或者偏远地区的时候,最大障碍是建立和维修边缘基站所需的投资。运输和安装接收装置是非常昂贵的,要安装天线接收器一般来说需要经过特殊训练的技术员,同时站点功率需求可能与本地环境严重不符。

为了全面优化EpicNG平台舰队,同时简化技术的使用,Intelsat和两个供应商,Kymeta和Phasor,在天线技术方面进行了战略性投资,用来优化EpicNG平台的天线和终端产品。最初这些技术将被用于开发移动领域的又薄又轻的低成本Ku波段卫星跟踪天线。未来,它们将造福于无线领域,尤其可以提高农村网络运营商的能力。随着这些技术逐渐成熟,二代、三代设计不断面世,产品容量不断提高。这种小的电激励天线技术可以帮助移动网络运营商在网络边缘扩展业务。有了更小的设备之后,建立基站的过程就可以变得更快、更容易,通过减小运营所需的总功率,维修费用也将减少,如果使用太阳能的话几乎就可以忽略这笔费用。如果设备没有满足预期收益,小型化的尺寸还可允许设备被重新放置在一个更被需要的站点上,而不用再大量投入劳动力。

下一代技术具有向用户提供新服务、满足新市场需求的潜力,比如卫星连接。

★   微微蜂窝:一个小的蜂窝基站,在高带宽要求的区域提高网络容量,比如体育场和大业务量的郊外地区。

★   毫微微蜂窝:一个小的低功率基站,用于扩展室内和小企业的服务。

尽管Intelsat拥有广泛的同步卫星可以覆盖地球多次,满足世界上大部分地区中固定的和移动的用户,但该公司仍然在2015年6月对OneWeb近地轨道卫星群进行了新的投资(见“OneWeb选择近地轨道”)。Intelsat和OneWeb达成的共识要求OneWeb包括EpicNG平台均可以和Intelsat的网络进行相互操作。这个投资反映了Intelsat的策略,这个策略使得补充和扩展公司空间基础设施成为可能,同时为Intelsat极地地区的移动用户提供访问可能,并在城市区域提供更高的仰角。

移动网络运营商们的高效益选择

考虑到对连通性巨大的需求,没有一种单一技术可以向网络运营商们提供所有的答案。Intelsat相信运营商们将从微波的带宽优势和卫星普及中受益。通过将卫星整合服务变得更简易、更划算,网络运营商就可以以一种更高效益的方法平衡语音和数据业务的需求。他们可以用组合方法,来向地铁边缘和郊区的用户提供更好的服务,在这些地方,交通需求很可能不足以支持全时、固定的带宽。卫星可以及时在高需求时增加容量来满足由数据和视频业务驱动的爆发性的需求。

在其历史上,卫星部门在提供全球娱乐、服务以及全球的关键通信方面扮演了重要的角色。Intelsat在过去几年的工作表明,随着世界变得联系更加紧密,扩大卫星的作用具有令人激动的潜力。随着卫星网络的创新,配合地面通信系统的发展,卫星部门与当今广泛的通信技术密切合作,可以解决网络运营商们面临的挑战,并向广大用户提供连接的优势。(译者:尹佳媛)

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OneWeb选择近地轨道

商业通信卫星历来被发射在赤道同步轨道上,在那里它们相对于地球保持静止,这是和地球上固定天线保持连接的关键。更准确地说,一个赤道同步轨道卫星绕地球旋转的速度和地球自转的速度是一样的,这就要求卫星轨道距离地球中心26199英里或者距离平均海平面22236英里。另外,覆盖整个地球只需要3颗赤道同步轨道卫星。赤道同步卫星的缺点是从地球到卫星再返回地球的过程会导致时间延迟:与赤道的连接需要至少240毫秒。对于大部分应用来说,这不算是一个缺点,然而对于语音通信和互联网应用来说,延迟是十分明显的,并且会限制所能提供的服务(例如达到5G所提出的延迟目标)。

Greg Wyler看到了提供全球化低延迟互联网访问和通信的机遇,他在2012年建立了OneWeb。OneWeb建议发射一个近地轨道卫星群,由648个微卫星组成,每个微卫星重300磅左右,在1200公里处的轨道运行。OneWeb网络设计提供的总延迟是30毫秒,同时每个微卫星的容量为50Mb/s。这些微卫星将使用为Skybridge提前分配好的Ku波段的频谱范围,Skybridge是于20世纪90年代提出的一个卫星群,但至今没有发射过。小的低成本地面终端,如太阳能终端,将在Ku波段连接到OneWeb卫星,并将数据转化到标准移动电话和WiFi频率。地面终端将作为基站或者访问点,所以用户并不需要额外的设备。

OneWeb商业模型是用来扩展现有运营商们的通信网络的,而不是和他们竞争。使用案例包括移动电话和互联网访问,农村区域、自然灾害之后的应急通信,航空公司在飞行过程中的连接,以及商业和军事航空。2015年6月,OneWeb从包括Intelsat的战略投资者那里筹集了5亿美元,计划在2018年开始发射卫星,在2019年年底之前完成。OneWeb的董事会包括高通公司的执行总裁Paul Jacobes、Virgin Group的创始人Richard Branson、Airbus Group的首席执行官Thomas Enders。


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