公安部科技信息研究所 亢日豆
未来的电信网，将是一个包括地下的光缆，地面的微波和蜂窝移动通信，地面以上空间的低轨道卫星通信、中轨道卫星通信及静止轨道卫星通信系统组成的一个混合体系。它们之间既可以单独组成通信系统，又可以在不同系统之间构成互连互通，达到真正缝隙的、全球移动的、能够提供各种带宽和多种业务的综合通信网。
Teledesic----空中的光纤网
目前信息高速公路的建设速度缓慢，主要原因是把光纤铺设到家庭或办公室的工程量太大，费用过高，工期也长。例如在美国用光纤连接从家庭到大容量通信网的费用为2000美元，把光纤铺到美国每个家庭总费用需要2000亿美元。而且在农村或边远地区更有困难。但若使用卫星通信手段，每个家庭的连接费用仅为几百美元。采用卫星通信系统，可以加速信息高速成公路的建成。
上述“全球星”和“铱”星系统现用的C、Ku频段通信带宽较窄，与宽带光纤通信接口时会成为“瓶颈”，不能满足信息高速公路的要求。而Teledesic低轨道卫星系统由于采用Ka频段转发器、高性能大容量计算机等先进技术，是一种宽带卫星通信系统，可以实现名副其实的“空间高速公路”。
Teledesic原计划在地球上空建立一个由840颗卫星组成的低轨道卫星网络系统，改为由288颗卫星（包括备用）组成，为288颗卫星将使任何人在地球的任何地点通过因特网进行费用低廉的图像和声音的交流。这个卫星网络将把高速数据传输技术和全球电话会议、无线寻呼、传真和语言通信结合起来，是第一个能处理各种通信方式的卫星系统。这些通信方式包括语音呼叫、浏览互联网络，图像和交互式多媒体。采用点心盘那么大的碟形天线，不仅可以为任何城镇，村庄或个人提供电话和电子函件服务，而且可以在世界上任何地方的因特网上为他们提供双向视频交流。
拨号的方式与使用便携式移动电话的方式大致相同。
接通以后，Teledesic就像互联网络的包交换网络一样，谈话或数据流被分解成小信息包，然后以光速传过卫星群。在另一端重新组合起来以后，向下传到地球。
这一计划的关键是服务于“任何地方”。当今，光缆已经沿着所有大洋的洋底把声音、图像和文本数据从一个大洲传到另一大洲。电话网络和蜂窝系统已把地球上人口最稠密的地区联系了起来，而且蜂窝通信发射塔也越来越多地在偏远地区建立起来，即使如此，全球被并入通信网络的地区仍然不到陆地面积的1/5。约占世界人中半数的30亿，生活在那些每100个居民拥有不到一条电话线路的国家里。Teledesic可以使大洋中的最小鸟屿和沙漠中的村庄，享受到与大城市相同的通信服务，它犹如在全世界布下了一个光纤网，或者像在地球外层空间建立了一个通信公司。
Teledesic的运转及特点可要概括为以下几方面。
Teledesic的288颗卫星分布在覆盖地球的由21条平行轨道组成的网上。由于卫星在空中运行速度太快，一颗卫星只能在空中运行速度太快，一颗卫星只能在一名用户的服务区内停留很短的时间。当用户接通时，信号就直接传送到Teledesic系统中离用户最近的一颗卫星上。当这颗卫星离开该用户的服务区时，就把与用户的联系交给经过该服务区的下一颗卫星。这种通信信号不能穿过建筑物或树林，它们必须近乎垂直向上地，至少与地平线形成40度角向卫星传送。
例如办公室、家里、船上或沙漠中。但接通过程中，用户必须静止不动。这是因为卫星在空中运行速度太快。
Teledesic系统能自己解决出现的故障。如果一颗卫星出了故障，其他卫星上的计算机就会重新配置，绕过出问题的卫星而维持正常工作。卫星群中偏离轨道的卫星可以通过从助推器发射特氧隆颗粒来推动。
Celestri----未来的全球宽带通信网络系统
这是摩托罗拉公司利用自己的优势，依靠一系列先进的通信卫星，地面站和用户居所设备，而设计的一个全球宽带通信网络。Celestri实际上将为世界上所有人口集中的地区提供进入宽带网络基础设施的接入系统。
Celestri是由9颗地球静止轨道（GEO）卫星和63颗低地球轨道（LEO）卫星集群组成的混合系统。
9颗ＧＥＯ卫星可覆盖地球全部地区。被设计成用来提供高数据率传输，美国联邦通信委员会（FCC）已经批准了9颗GEO卫星中的4颗，它们将覆盖北美、中美和南美洲。其他5颗将用来覆盖欧洲、非洲、澳洲和太平洋地区。这些GEO卫星的工作频率是20GHz至30GHzKa频段。它们是以低轨道设计为基础的，包括相同的卫星公用舱（或平台），可以20Mbps的速率下载信息，专门用来为世界上任何角落的任何人提供地区性广播、多频道视频广播以及数据传输业务。
63颗低轨道卫星群，分布在1400公里上空的7个倾斜轨道平面上，每个轨道平面上有9颗卫星。这些卫星也工作在20GHz至30GHzKa频段。用以提供实时交互式和多媒体应用。当为终端用户提供桌面视频会议和电子商贸业务时，允许有与光纤一样的延时。为了提供可靠的联接，每颗LEO卫星有6个光跨接链路（一个向前、一个向后、两个向左、两个向右）用来与邻近的卫星进行通信。这样就可以达到坚实、可靠而且高弹性的全天无缝网络。每一个跨接链路可以4.5Gbps的速率传输信息，整个Celestri系统的总容量数为80Gps。
Celestri系统将在一系列结合了GEO和LEO卫星功能的先进终端设备中运用一个独特的控制算法。系统在40GHz至50GHz Ｖ频段运行。提供的业务包括：交互电视、家庭购物、软件分销、电子图书、证券价格发布以及拍卖等。
Celestri的地面系统分为网络运营控制中心（NOCC）、分布式虚拟网络部分（DVNS）及双向替能终端产品和系统（CPE）三部分。
网络运营控制中心将形成卫星系统与网络经营者之间的初级联系。NOCC负责整个Celestri网络的管理，包括：网络容量的指配、网络架构、安全、计帐和故障排除等。
分布式虚拟网络部分与NOCC相连。这使得业务分销商可以独立管理，可以对Celestri全球网络的各部分进行加密，进行网络供应、名录及连结管理业务。其中包括电话监听和给终端用户开账单。
双向智能终端产品和系统（CPE）又被称为用户居所设备。它使得用户可以进入Celestri网，摩托罗拉公司将提供5种主要类型的设备。其容量范围从64kbps至155Mbps。这5种类型设备是：
1）将CelestriDVNS与公共载体、因特网和主要广播中心相连的载体网关；
2）连接用户高容量数据节点到Celestri网的宽带数据传送终端；
3）提供Celestri系统进入多个居民区、商业大楼、旅馆、学校和大学的多租户服务器；
4）支持接入LANS、计算机、本地电信设备等用户分布式信息环境的信息服务器；
5）将家庭和诸如个人电脑、电话、电视机等小的商业设备连接至Celestri网的直接通信终端。
Celestri系统被设计成可以与公共交接电话网、私营公司网、因特网协议（IP）以及异步传送模式（ATM）无缝连接。天线系统将与每一类CPE的需的功率和数据率相匹配。
在家里，个人和家庭可获得一个可接通世界范围信息的菜单，内容包括教育、娱乐和一系列为增加知识而设计的业务。
鉴于摩托罗拉拥有已被证明的成熟技术和丰富经验，人们相信Celestri将会成为一个更有效的全球宽带通信网络系统。
SkyBridge----天桥系统
SkyBridge（天桥）卫星系统，同由华盛顿的天桥公司正在开发的一项低轨道卫星计划。这一计划的创始者为阿尔卡特和美国卫星专业户劳拉公司及日本东芝公司。另外还有5家合作者，包括日本三菱、夏普及加拿大和法国的几家公司。
SkyBridge系统由64颗低轨道卫星组成，现已发射32颗，计划于2001年底投入使用，整个计划耗资39亿美元。
SkyBridge的64颗卫星在近地轨道上可以用户地面蜂窝网络的同样方式重复利用频谱，用一系列较小的覆盖取代一颗大的地球同步卫星的覆盖。每一颗卫星将“照亮”一个3千公里半径的区域，在每个区域内可以与45个可偏向的“点波束”对准，每个“点波束”与系统地面站网关的覆盖区域相对应。卫星信号往返上下插入的延时仅为20毫秒。因此，SkyBridge系统不仅克服了同步卫星的延时，也能够用蜂窝式频谱重复使用技术提供大量的带宽。
SkyBridge设计中的关键部分是它应用了众所周知的地球静止轨道卫星系统采用的Ku频段工作。这种设计能满足电信运营者宽带接入的需求。可将用户的数据直接返回到地面站网关，并进入运营者的网络。其他系统设计在Ka频段内工作，所以地面站设备开发中必须满足这些频段工作的特殊需要。每个用户都将通过一系列不同的终端选择连接起来，到达一个单一的地方连接网关。当卫星进入轨道范围时，网关通过调节不同卫星点波束的使用，管理由350公里半径区域内的用户产生的全部通信量，并通过按需提供分配带宽来与各种不同的数据率有效的匹配，它采用的异步传输模式（ATM）可以处理所有不同类型的数据流量，统一不同类型的通信量，例如，对于视频点播这样的高带宽住宅区的应用，由于到过的数据远大于发送数据，显示出极不对称。因此，该系统可以给用户提供16kbps至60mbps的下行业务，并提供16kbps至2mbps的回传路径，以达到合理按需分配带宽的目的。
整个系统的容量为144Gbps。可支持1500万至2000万个多媒体用户。每一个350公里的服务区可以使用2.5Gbps。由网关接入子系统，子系统可有4副直径在2.5米至4.5米的天线，用于跟踪卫星。子系统有一个切换和路由系统，以通过IP（因特网协议）提供与地面网络的联系，并通过其他接口到达窄带，宽带切换网络和租用线路。居民用户的终端天线直径大约50厘米，可以60Gbps的速率接收数据，并以2Mbps的速率回传数据。团体用户终端天线直径约100厘米。并可容纳更高的数据流量。
SkyBridge系统将在提供宽带接入方面的一个重要特点是特别适应世界上那些尚未开发接入设施的地区，或因地理条件给发展地面设施带来困难的地区。尤其是在亚洲，大部分人口居住没有很好开发的地区。这些地区的人们随着经济的高速发展，也渴望先进通信设施能日渐增长。
Spaceway（太空之路）中轨道卫星系统
Spaceway（太空之路）系统是一个中轨道宽带卫星系统。它是由休斯通讯公司投资30亿美元筹建的。期望到2003年提供全球服务。
Spaceway系统将要覆盖地球上的四个区域：北美洲；亚太地区、拉丁美洲；欧洲、非洲和中东。每个地区由地球同步轨道（GEO）和中地球轨道（MEO）卫星共同服务。
Spaceway系统有两种结构。第一种叫做Spaceway EXP(SE)。它是一个由8颗在地球同步轨道运行的卫星组成的系统。可以提供高数据率传送业务。由于SE将“按需提供”宽带，避免了专用频道的需求，从而降低了用户的业务费用。第二种叫做Spaceway NGSO(S-NGSO)。它是一个由20颗在非地球同步轨道运行的卫星组成的系统。S-NGSO卫星群分布在离地面高度为10352公里的4个圆形轨道平面上，每个平面上有5颗卫星，它可以处理交互式宽带多媒体通信业务。
Spaceway系统使用Ka频段在20Ghz至30Ghz频率间运作。用于太空至地球的传送的频估为18-8GHz至19.3GHz，用于地球至太空的传送频段为28.6GHz至29.1GHz。
Spaceway系统的显著特点是使用多点波束来提供到达被称作超小孔径终端（USAT）的交互式语音、数据以及视频服务业务。可提供高达6Mbps的上行速率，超小孔径终端的直径约为66厘米。用60GHz频率在卫星间链路传送卫星之间的信息流。在卫星上处理与切换的播出信号将依靠一个虚拟格式网络，这一网络连接VSAT与USAT以，而不需要地面中心。通过点波束技术和双重可重复使用Ka频段20GHz至30GHz这段频谱达20次。用户使用USAT就能够与私营和公共网络相连，无论这些网络是内部网、广域网、局域网，还是ＡＴＭ主干网或ＰＳＴＮ。对于小用户终端，天线即使小到直径为32厘米，也可以提供高达2Mbps的数据率。对于天线直径为52厘米的大终端，将可提供高达10Mbps的数据率，当终端天线达到2米时，将可提供高达155Mbps的双向数据率。
Spaceway以完善现有的地面宽带方案，并通过本地接入宽带网络来按需提供带宽。其主要市场是中小型商和，处于不具有宽带连接地区的遥远分支机构，以及在家办公的工作人员。由于商业需求的变化，特别是随着因特网应用的增长，更多的信息量实际上都是宽带和多媒体的。如果你是不停地将大量的数据从Ａ点传送到Ｂ点，那还是敷设光纤线路比较合算。然而，对于那些偶尔需要使用宽带通路，并且需要说用就用的急务客户来说，Spaceway的使用费用可以比地面接入网更低。另一方面Spaceway系统可以用于发展中地区的乡村电话，以及因特网访问、电话会议、远程教育、电子医疗和其他交互式数据、图像和视频业务。
卫星通信新时代
“铱”星和“全球星”系统虽然可以达到“全球通”，实现全球范围内的个人移动电话通信，但是由于其速率低，带宽窄，还满足不了信息高速公路的要求。在与宽带光纤通信接口时会形成“瓶颈”。Teledesic、Spaceway这两种低轨道卫星通信系统能提供高速率宽带通信业务，能加速建成全球空间信息高速公路，从而实现低成本、高速度、高质量的全球计算机之间的信息交流 。
中低轨道卫星通信系统的发展，将为人们提供新的通信、信息、娱乐服务。家中的电视不必通过有线系统就能收到200多个频道的电视节目，而且比现在的图像更清晰，音质更悦耳，效果更优良。个人电脑也可用卫星接因特网，尽情采集所需信息。人们将在地球上的任何地点任何时间相互发送文本信息，往返世界各地的人们能在任何一个地方任何时间内使用手机打电话，人类社会的思维、工作和生活方式都将发生巨大的变化。
摘自《卫星与网络》2001.9期
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