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行業(yè)新聞
前沿 | 高通量衛(wèi)星新技術(shù)（上）
2021-03-23 / 閱讀次數(shù)：3316
文 | 任佳熙 郭威
轉(zhuǎn) | 衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)
前言
面對(duì)世界形勢(shì)所發(fā)生的深刻復(fù)雜變化，以習(xí)近平總書記為核心的黨中央經(jīng)過深邃思考和統(tǒng)籌謀劃，于2020年11月3日發(fā)布《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》，明確“要把科技自立自強(qiáng)作為國家發(fā)展的戰(zhàn)略支撐”，“要堅(jiān)持總體國家安全觀，加強(qiáng)國家安全體系和能力建設(shè)”。由火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、空間飛船以及深空探測(cè)器制造和發(fā)射構(gòu)成的航天產(chǎn)業(yè)不僅是推動(dòng)科技進(jìn)步和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要力量，也成為大國博弈的戰(zhàn)略高地和全面維護(hù)國家安全的戰(zhàn)略基石，其中衛(wèi)星作為重要的空間基礎(chǔ)設(shè)施是服務(wù)于國防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的戰(zhàn)略資源。加快加強(qiáng)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展既是打好核心技術(shù)攻堅(jiān)戰(zhàn)，實(shí)施前瞻性、戰(zhàn)略性重大科技項(xiàng)目的優(yōu)先領(lǐng)域，也是加強(qiáng)國防和軍隊(duì)現(xiàn)代化建設(shè)，全面加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全保障體系和能力建設(shè)的重要依托。
高通量衛(wèi)星（High Throughput Satellite，HTS）憑借超越傳統(tǒng)通信衛(wèi)星的高吞吐量和逐漸成熟的運(yùn)營服務(wù)模式，成為未來衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)，擁有廣闊的商業(yè)化前景。隨著制造技術(shù)更加成熟，發(fā)射成本日益低廉，應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富，高通量衛(wèi)星經(jīng)過近些年的密集發(fā)射階段，在衛(wèi)星數(shù)量、通信容量、市場(chǎng)需求和運(yùn)營收入等方面都實(shí)現(xiàn)了快速增長，邁入了產(chǎn)業(yè)化階段。
當(dāng)前，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)的風(fēng)口下，不僅國際通信衛(wèi)星公司（IntelSat）、環(huán)球衛(wèi)星公司（SES）等老牌衛(wèi)星通信運(yùn)營商相繼推出GEO高通量衛(wèi)星計(jì)劃，空間探索技術(shù)公司（SpaceX）、一網(wǎng)公司（OneWeb）等新興科技公司也在加速布局LEO/MEO高通量衛(wèi)星星座。與此同時(shí)，隨著中國發(fā)展和改革委員會(huì)將衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)規(guī)定為“新基建”信息基礎(chǔ)設(shè)施，2020年成為中國衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)元年，在國家大力實(shí)施“新基建”的政策支持下，在資本市場(chǎng)的持續(xù)關(guān)注下，中國的高通量衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)必將在“十四五”期間進(jìn)入放量增長階段，迎來歷史性的發(fā)展機(jī)遇和萬億級(jí)的市場(chǎng)規(guī)模。
相比于傳統(tǒng)通信衛(wèi)星，高通量衛(wèi)星雖然使用相同的頻率資源，但通過多點(diǎn)波束、頻率復(fù)用和高波束增益等關(guān)鍵技術(shù)有效提升了通信容量和傳輸速率，大幅降低了單位帶寬的租用成本。隨著第五代移動(dòng)通信（5G）從標(biāo)準(zhǔn)走向應(yīng)用，人類正在邁入智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，高通量衛(wèi)星所具備的廣覆蓋、大帶寬和高速率，不僅能夠提供回傳服務(wù)、射頻延伸等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與地面蜂窩通信的互補(bǔ)互通，而且可以突破無線連接對(duì)地面網(wǎng)絡(luò)的依賴，通過競(jìng)爭來促進(jìn)地面網(wǎng)絡(luò)更好地發(fā)展。展望未來，基于5G的地面網(wǎng)絡(luò)和基于衛(wèi)星的天基網(wǎng)絡(luò)將共同組成天地一體化網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高網(wǎng)絡(luò)彈性，為用戶提供任意時(shí)間、任意地點(diǎn)的融合性接入服務(wù)。
在3GPP R16 TR 22.822中，已經(jīng)明確了針對(duì)衛(wèi)星接入的12個(gè)應(yīng)用案例，充分表明了衛(wèi)星通信在未來天地一體化通信網(wǎng)路中的重要地位。高通量衛(wèi)星是未來衛(wèi)星通信發(fā)展的重要方向，關(guān)注和研究高通量衛(wèi)星發(fā)展趨勢(shì)和新興技術(shù)具有重要意義。本文將首先簡要回顧國內(nèi)高通量衛(wèi)星的發(fā)展歷程，認(rèn)識(shí)我國高通量衛(wèi)星的實(shí)際狀況，然后重點(diǎn)介紹高通量衛(wèi)星系列(IntelSat EpicNG)，了解國外先進(jìn)的高通量衛(wèi)星通信平臺(tái)，最后分析傳統(tǒng)衛(wèi)星通信存在的相關(guān)問題，提出高通量衛(wèi)星支持的衛(wèi)星通信解決方案。
一、中國高通量衛(wèi)星發(fā)展歷程回顧
從1970年發(fā)射“東方紅一號(hào)”，歷經(jīng)50年的發(fā)展，中國已經(jīng)形成完整的衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)鏈，其中第一顆通信衛(wèi)星“東方紅二號(hào)”于1984年發(fā)射，1997年發(fā)射的“東方紅三號(hào)”開啟了中國衛(wèi)星通信的商用時(shí)代，在2016年、2020年和2021年發(fā)射的“天通一號(hào)”01、02、03星，標(biāo)志著中國進(jìn)入移動(dòng)通信衛(wèi)星俱樂部。高通量衛(wèi)星問世以來，中國緊隨Intelsat、SES、Eutelsat等世界主要通信衛(wèi)星運(yùn)營商的腳步，經(jīng)歷收購運(yùn)營和自主研制兩個(gè)階段，高通量衛(wèi)星領(lǐng)域取得快速發(fā)展。
（一）收購運(yùn)營階段
成立于1991年的泰國信衛(wèi)星大眾有限公司（Shin Satellite PLC.，SSA）于2005年發(fā)射IPSTAR-1，于2006年投入使用，預(yù)期壽命16年。該衛(wèi)星由美國勞拉空間通信公司（Loral Space&Communications，Inc.）設(shè)計(jì)制造，重量為6505kg，功率為14.4kw，總帶寬容量為45Gbps，約為20顆傳統(tǒng)衛(wèi)星的帶寬容量，相當(dāng)于1000個(gè)36MHz轉(zhuǎn)發(fā)器的容量，是第一顆組合使用Ka和Ku波段以及IP技術(shù)的通信衛(wèi)星，可以為亞洲20個(gè)國家和地區(qū)的1000萬互聯(lián)網(wǎng)和語音用戶提供服務(wù)。2001年成立的協(xié)同通信集團(tuán)（Synertone）于2013年收購IPSTAR-1在中國（包括港澳）的帶寬資源進(jìn)行運(yùn)營，并改名為“協(xié)同一號(hào)”衛(wèi)星，這是中國第一顆使用Ku波段點(diǎn)波束的高通量衛(wèi)星。
“協(xié)同一號(hào)”衛(wèi)星解決方案
“協(xié)同一號(hào)”衛(wèi)星軌道位置位于119.5oE，共有84個(gè)Ku波段點(diǎn)波束，3個(gè)Ku波段成形波束和7個(gè)Ku波段廣播波束，18個(gè)Ka波段饋電波束，衛(wèi)星平臺(tái)為星狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中中國地區(qū)通信容量約為20Gbps，包括22個(gè)Ku波段雙向點(diǎn)波束覆蓋中國中東部地區(qū)，2個(gè)附加波束，1個(gè)雙向成形波束覆蓋中國西部地區(qū)，1個(gè)Ku波段單向廣播波束重疊覆蓋中東部地區(qū)，在北京、上海和廣州建有3個(gè)關(guān)口站，關(guān)口站使用Ka波段，端站使用Ku波段。
“協(xié)同一號(hào)”覆蓋情況
（二）自主研制階段
中國高通量衛(wèi)星的發(fā)展離不開政策的大力支持和企業(yè)的積極參與。政策方面，2015年出臺(tái)的《國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長期發(fā)展規(guī)劃（2015-2025年）》和2016年出臺(tái)的《2016中國的航天》提出的“衛(wèi)星通信以商業(yè)化模式為主，保障公益性發(fā)展需求”帶動(dòng)了高通量衛(wèi)星快速發(fā)展，促進(jìn)了衛(wèi)星制造發(fā)射向商業(yè)化模式轉(zhuǎn)變。
企業(yè)方面不僅有中國航天科技集團(tuán)與北京中交通信科技公司進(jìn)行強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合組建運(yùn)營公司，而且在2016年7月亞太衛(wèi)星、中交通信、國新（深圳）等聯(lián)合發(fā)起成立亞太衛(wèi)星寬帶通信（深圳）有限公司（亞太星通），打造集衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接和服務(wù)于一體的衛(wèi)星通信巨頭。此外，新研股份、華訊方舟、星空年代等民營企業(yè)也都提出了自己的高通量衛(wèi)星計(jì)劃，瞄準(zhǔn)我國及一帶一路沿線國家龐大市場(chǎng)，積極參與高通量衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)，為高通量衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)注入新活力。
高通量衛(wèi)星的用途很廣
第一顆由中國自主研制的Ka波段高通量衛(wèi)星于2015年9月發(fā)射升空進(jìn)行測(cè)試，隨后我國自主研制的首顆Ka波段的高通量衛(wèi)星“實(shí)踐十三號(hào)”（中星16號(hào)）于2017年4月由長征三號(hào)乙運(yùn)載火箭發(fā)射升空，該衛(wèi)星是東方紅3B平臺(tái)全配置首發(fā)星，實(shí)現(xiàn)了100%的平臺(tái)產(chǎn)品國產(chǎn)化率，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了首次運(yùn)用Ka波段、首次運(yùn)用全電力推動(dòng)、首次在高軌道運(yùn)用激光通信，設(shè)計(jì)壽命為15年，由中國航天科技集團(tuán)公司五院研制，在完成技術(shù)試驗(yàn)驗(yàn)證后，將交由中國衛(wèi)通集團(tuán)運(yùn)營。
中星16號(hào)不僅代表著全新的衛(wèi)星通信技術(shù)，而且引發(fā)傳統(tǒng)通信衛(wèi)星運(yùn)營模式的變革。中國衛(wèi)通將改變傳統(tǒng)通信衛(wèi)星封閉式的商業(yè)模式，通過直接向用戶提供轉(zhuǎn)發(fā)器資源與監(jiān)測(cè)等服務(wù)進(jìn)行開放式運(yùn)營，中國衛(wèi)通將主要負(fù)責(zé)地面關(guān)口站以及運(yùn)營支撐系統(tǒng)的建設(shè)，面向用戶通過批發(fā)、代理、虛擬運(yùn)營等多種商業(yè)模式提供直接服務(wù)，打造全新的衛(wèi)星通信商業(yè)生態(tài)。
中星16號(hào)概況
雖然中國已經(jīng)能夠自主研制發(fā)射高通量衛(wèi)星，但核心技術(shù)和平臺(tái)性能仍與歐美有較大差距。2019年發(fā)射的中星18號(hào)由于工作異常，不具備正常通信服務(wù)能力，說明我國自主研制高通量衛(wèi)星的穩(wěn)定性需要提升。2020年7月亞太星通發(fā)射“亞太6D”（深圳星），衛(wèi)星容量達(dá)50Gbps，其帶寬是中星16號(hào)的2.5倍，但仍與西方高通量衛(wèi)星100Gbps左右的通信容量相差數(shù)倍。
中星16號(hào)使用的東方紅3B平臺(tái)屬于中型衛(wèi)星平臺(tái)，雖然使用全電力推動(dòng)，其載荷功率遠(yuǎn)小于歐美大型衛(wèi)星平臺(tái)，亞太6D使用的東方紅四號(hào)增強(qiáng)型平臺(tái)載荷功率為13.5kW，而國外主流高通量衛(wèi)星平臺(tái)已達(dá)到20kW。2019年發(fā)射升空的“實(shí)踐二十號(hào)”衛(wèi)星，首次采用東方紅五號(hào)衛(wèi)星公用平臺(tái)，可提供有效載荷功率22kW，達(dá)到世界主流水平。
此外，隨著GEO軌道資源接近飽和，LEO/MEO成為未來布局高通量衛(wèi)星的方向，長期以來我國在研制發(fā)射GEO衛(wèi)星積累了相對(duì)豐富的經(jīng)驗(yàn)，而對(duì)于LEO/MEO衛(wèi)星的研制發(fā)射、應(yīng)用開發(fā)和運(yùn)營服務(wù)方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)。
亞太6D概況
二、高通量衛(wèi)星系列(Intelsat EpicNG)
美國作為當(dāng)今世界頭號(hào)科技強(qiáng)國，一直引領(lǐng)通信衛(wèi)星的發(fā)展浪潮，早在1958年就發(fā)射第一顆實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星“斯科爾號(hào)”（SCORE），之后由美國主導(dǎo)的Intelsat在1965年發(fā)射了第一顆實(shí)用通信衛(wèi)星Intelsat-1。美國ViaSat在2011年發(fā)射高通量衛(wèi)星ViaSat-1，通信容量達(dá)到140Gbps，2017年發(fā)射的ViaSat-2通信容量達(dá)到300Gbps，是當(dāng)前世界上容量最大的高通量衛(wèi)星，計(jì)劃于2022年發(fā)射的ViaSat-3是包括三顆特高通量衛(wèi)星的星座有望實(shí)現(xiàn)1000Gbps的通信容量。實(shí)際上，不僅是通信容量，美國在通信衛(wèi)星的各技術(shù)領(lǐng)域都處于世界領(lǐng)先水平，了解美國主流衛(wèi)星通信運(yùn)營商的高通量衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)于認(rèn)識(shí)高通量衛(wèi)星技術(shù)趨勢(shì)和加快我國高通量衛(wèi)星發(fā)展具有重要意義。
國際通信衛(wèi)星公司（Intelsat）的前身國際通信衛(wèi)星組織（International Telecommunications Satellite Organization，ITSO）是由美國于1964年發(fā)起成立的國際性通信衛(wèi)星組織，并從最初的11個(gè)成員國發(fā)展到1973年的149個(gè)成員國。為了適應(yīng)市場(chǎng)化競(jìng)爭的需要，該組織于2000年11月通過了成立Intelsat公司的私有化決議，并于2001年7月發(fā)布《ITSO/Intelsat公共服務(wù)協(xié)定》完成了由政府間組織到私有化公司的歷史變革。
雖然Intelsat長期背負(fù)著巨額債務(wù)，并于2020年5月提交破產(chǎn)保護(hù)申請(qǐng)進(jìn)行重新整頓，然而該公司依舊擁有可持續(xù)的客戶群、穩(wěn)定的運(yùn)營收入、大量的訂單，此外一旦公司能夠順利參與FCC為推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加速清理C波段計(jì)劃，并成功收到C波段拍賣產(chǎn)生的數(shù)十億美元收益，Intelsat依舊擁有可期待的未來。Intelsat作為全球第二大衛(wèi)星運(yùn)營商，建立了第一個(gè)商業(yè)化的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并且在高通量衛(wèi)星領(lǐng)域已經(jīng)完成全球布局，本文將重點(diǎn)介紹Intelsat EpicNG高通量衛(wèi)星系列的運(yùn)營方式，與“傳統(tǒng)”衛(wèi)星的主要差異，以及其新特性給客戶帶來的益處。
經(jīng)濟(jì)全球化使電信供應(yīng)商、海事、航空以及政府部門對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸和衛(wèi)星帶寬的需求不斷增長，現(xiàn)實(shí)需求和傳統(tǒng)衛(wèi)星服務(wù)能力間的差距呼喚著衛(wèi)星通信技術(shù)的革新，正是基于這種背景，Intelsat設(shè)計(jì)開發(fā)了EpicNG衛(wèi)星平臺(tái)，旨在為日益多元化的客戶群體提供更高的吞吐量和通信效率，同時(shí)為現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)和新建網(wǎng)絡(luò)提供企業(yè)級(jí)的下一代通信能力。2016年初IS-29e衛(wèi)星作為EpicNG系列的第一顆衛(wèi)星發(fā)射升空，宣布Intelsat加入高通量衛(wèi)星陣營。根據(jù)Intelsat射頻運(yùn)營中心主任Ruben Marentes介紹，IS-29e技術(shù)創(chuàng)新主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：多點(diǎn)波束（Multi-spot Beam），模數(shù)轉(zhuǎn)換（Analog to Digital converters,ADC）以及數(shù)字負(fù)載（Digital Payload）。
（一）多點(diǎn)波束設(shè)計(jì)
EpicNG通過衛(wèi)星上標(biāo)準(zhǔn)的多陣列天線成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)波束的信號(hào)覆蓋。這些點(diǎn)波束的帶寬范圍在62.5-500MHz之間，極化方向是通過調(diào)整波束饋源的指向來進(jìn)行調(diào)節(jié)的，而頻率范圍則是由上行鏈路和下行鏈路的波束濾波器來進(jìn)行隔離的。點(diǎn)波束更加聚焦和密集的好處是提高前向和反向增益，降低射頻信號(hào)的發(fā)射功率，從而實(shí)現(xiàn)終端天線的小型化。此外，通信業(yè)務(wù)的愈發(fā)不對(duì)稱性也在改變衛(wèi)星通信的運(yùn)營模式，近期所發(fā)現(xiàn)的客戶需求均呈現(xiàn)出4∶1或6∶1的比例，而更好的G/T和EIRP性能則意味著能夠以更高的效率推送更多的兆比特?cái)?shù)據(jù)量，從而大大超出客戶預(yù)期，而非僅僅滿足基本需求。
EpicNG通過衛(wèi)星上標(biāo)準(zhǔn)的多陣列天線成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)波束的信號(hào)覆蓋
為了在固定的傳輸時(shí)隙內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的吞吐量，必須對(duì)時(shí)隙內(nèi)所分配的頻段進(jìn)行高復(fù)用。頻率復(fù)用已經(jīng)被衛(wèi)星通信廣泛應(yīng)用，EpicNG衛(wèi)星系列通過半球性和區(qū)域性的覆蓋區(qū)域在C頻段實(shí)現(xiàn)了6倍的頻率復(fù)用，產(chǎn)生了4Gbps的吞吐量。
EpicNG衛(wèi)星系列通過半球性和區(qū)域性的覆蓋區(qū)域在C頻段實(shí)現(xiàn)了6倍的頻率復(fù)用，產(chǎn)生了4Gbps的吞吐量
對(duì)比普通HTS使用的4色頻率復(fù)用方案和EpicNG運(yùn)用的8色頻率復(fù)用方案，可以說明多點(diǎn)波束技術(shù)可以將頻率根據(jù)地理特征進(jìn)行更高效的復(fù)用。根據(jù)衛(wèi)星工程總監(jiān)納特·喬納蘭的介紹：“小波束的使用意味著與傳統(tǒng)衛(wèi)星相比，在可比較的地理范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較低的噪聲溫度和較高的EIRP，這將明顯帶來更好的通信性能和更高的吞吐量?！盓picNG能夠達(dá)到25-60GBps的吞吐量，這是傳統(tǒng)衛(wèi)星的10倍。
普通HTS使用的4色頻率復(fù)用方案和EpicNG運(yùn)用的8色頻率復(fù)用方案
（二）信道化容量和數(shù)字負(fù)載
為了使得多點(diǎn)波束載荷具有高度的靈活性，在各個(gè)點(diǎn)波束之間都能夠進(jìn)行互連互通是十分必要的。為此，EpicNG衛(wèi)星系列在上行鏈路和下行鏈路的路徑之間置入了透明數(shù)字交換矩陣，將通信容量進(jìn)行了信道化處理，而經(jīng)信道化處理之后的載荷即被稱作數(shù)字負(fù)載，如下圖所示。
經(jīng)信道化處理之后的載荷即被稱作數(shù)字負(fù)載
首先，射頻頻譜信號(hào)經(jīng)下變頻后在L頻段（1.4-1.9GHz）由信道化器接收，而每個(gè)點(diǎn)波束又都會(huì)被連接到數(shù)字負(fù)載輸入處的某一接收端口上（見下圖）。每個(gè)接收和發(fā)射端口（500MHz）都是由192個(gè)子信道組成的，而每個(gè)子信道的帶寬則為2.6MHz。多個(gè)離散的或相鄰的子信道可以被組合在一起，以滿足帶寬大于2.6MHz的業(yè)務(wù)傳輸需求。所有的輸入信號(hào)在經(jīng)過信道化器的路由和增益控制后，數(shù)字負(fù)載就能夠以2.6MHz帶寬為單位，在任意波束之間進(jìn)行交鏈，從而建立網(wǎng)狀的連接。
射頻頻譜信號(hào)經(jīng)下變頻后在L頻段（1.4-1.9GHz）由信道化器接收，而每個(gè)點(diǎn)波束又都會(huì)被連接到數(shù)字負(fù)載輸入處的某一接收端口上
數(shù)字負(fù)載可以在波束之間建立四種不同類型的路由連接。其中，標(biāo)準(zhǔn)路由方式直接對(duì)一路或一組子信道進(jìn)行路由和下行傳輸；而“扇出”（fan-out）路由方式則是將一路上行鏈路子信道復(fù)制到多路下行鏈路子信道上；相應(yīng)的，多路上行鏈路子信道也可以合并到單路下行鏈路子信道上，創(chuàng)建“扇入”（fan-in）路由方式。最后，還可以通過對(duì)扇出路由和扇入路由方式進(jìn)行組合，創(chuàng)建組合路由（order wire route）方式。
數(shù)字負(fù)載可以在波束之間建立四種不同類型的路由連接
EpicNG數(shù)字負(fù)載與傳統(tǒng)衛(wèi)星之間的區(qū)別：
（三）頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
數(shù)字負(fù)載技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于頻譜監(jiān)測(cè)分析和地面控制操作都產(chǎn)生了影響。將傳統(tǒng)的頻譜監(jiān)測(cè)方法運(yùn)用到EpicNG衛(wèi)星系列面臨很大的困難，比如在IS-29e的所有45個(gè)Ku波段下行鏈路波束上安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備，以及對(duì)覆蓋墨西哥灣和大西洋地區(qū)的波束進(jìn)行監(jiān)測(cè)。為了能夠提供與傳統(tǒng)頻譜監(jiān)測(cè)相同的服務(wù)能力，Intelsat通過創(chuàng)新性的頻譜監(jiān)測(cè)方法克服了這些挑戰(zhàn)，在保證傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)服務(wù)的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步為任何特定類型的應(yīng)用程序提供關(guān)于特定服務(wù)、信道以及衛(wèi)星監(jiān)測(cè)點(diǎn)的更多詳細(xì)信息。
EpicNG衛(wèi)星系列的頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)衛(wèi)星有很大不同，通過數(shù)字負(fù)載技術(shù)可以獲取更準(zhǔn)確、頻繁的測(cè)量數(shù)據(jù)，充分解決了為覆蓋大西洋區(qū)域的波束建設(shè)地面監(jiān)測(cè)站的困難。EpicNG衛(wèi)星系列的頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括子信道功率遙測(cè)（Telemetry），頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SMS）和用于上行鏈路頻譜監(jiān)測(cè)的同步接收器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SRMS），以及針對(duì)下行頻譜的“扇出”測(cè)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（MFO）。
EpicNG衛(wèi)星系列的頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
1、子信道功率遙測(cè)
子信道功率遙測(cè)可以提供9216個(gè)上行和下行子信道功率測(cè)量值，以及48個(gè)上行和下行端口總功率測(cè)量值，可以與SRMS提供的各個(gè)載波功率測(cè)量值進(jìn)行交叉參考。子信道功率監(jiān)測(cè)值都來自ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，全部接收它們大約需要9.6秒。頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)單個(gè)端口的子信道功率遙測(cè)值進(jìn)行提取，從而將遙測(cè)數(shù)據(jù)與頻譜數(shù)據(jù)映射關(guān)聯(lián)起來。將頻譜分析儀設(shè)置為分辨率帶寬（RBW）2.6 MHz，可視帶寬（VBW）500 MHz，掃描時(shí)間9.6秒即可生成功率譜視圖，可以提供包括信道輸入退避（input back-off to the tube），下行EIRP，流量密度等信息。根據(jù)衛(wèi)星工程總監(jiān)納特·喬納蘭的介紹“子信道功率遙測(cè)數(shù)據(jù)量大約為傳統(tǒng)衛(wèi)星的50倍?！?
2、頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和同步接收器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SMS）依靠特殊的數(shù)字負(fù)載創(chuàng)建的同步動(dòng)態(tài)“扇出”連接來實(shí)現(xiàn)頻譜監(jiān)測(cè)功能。用于頻譜監(jiān)測(cè)的“扇出”帶寬包括24個(gè)子信道，共相當(dāng)于62.5 MHz。頻譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將在大約每分鐘內(nèi)對(duì)數(shù)字負(fù)載的所有接收端口進(jìn)行遍歷，并在每個(gè)“扇出”帶寬上停留大約200毫秒。該特殊數(shù)字負(fù)載是通過來自地面站的同步接收器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SRMS）的特定波束進(jìn)行接收和處理的。對(duì)于IS-29e，SRMS部署于Intelsat位于Mountainside的電信關(guān)口站。隨著用于頻譜監(jiān)測(cè)采樣的“扇出”62.5 MHz帶寬實(shí)現(xiàn)了下行連接，SRMS將對(duì)所有目標(biāo)載波的所有波束和端口的上下行頻段進(jìn)行重新校準(zhǔn)，并為目標(biāo)載波提供校準(zhǔn)后的功率測(cè)量值。
3、扇出監(jiān)測(cè)
數(shù)字負(fù)載技術(shù)還支持創(chuàng)建MFO（Monitor Fan-Out），充分利用基于RMS（Root Mean Square）數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)監(jiān)控器。這意味著可以通過數(shù)字負(fù)載將任何子信道或子信道組復(fù)制到Mountainside關(guān)口站網(wǎng)關(guān)波束中的保留帶寬，或任何有下行監(jiān)測(cè)能力的其他站點(diǎn)，這可以使我們使用監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行連續(xù)實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，有助于解決突發(fā)的射頻干擾（RFI）問題，并標(biāo)記信號(hào)峰值和極值。EpicNG的數(shù)字負(fù)載為每項(xiàng)服務(wù)準(zhǔn)備了多個(gè)目標(biāo)操作位置，可能是數(shù)字負(fù)載的輸入、輸出，甚至是HPA高功率放大器補(bǔ)償，可以使用其中一種或多種來處理RFI事件。子信道功率是基于射頻信號(hào)的精確測(cè)量值，可以為SMS/SRMS提供導(dǎo)頻參考和測(cè)量校準(zhǔn)。SMS是覆蓋整個(gè)接收頻譜的動(dòng)態(tài)“扇出”，積極主動(dòng)而非應(yīng)激被動(dòng)地不斷對(duì)全部頻譜進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
“扇出”監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
最后，EpicNG衛(wèi)星系列還增加了原有衛(wèi)星不支持的業(yè)務(wù)恢復(fù)和載波重置功能。例如，現(xiàn)在可以對(duì)單個(gè)連接和子信道進(jìn)行增益控制，而在過去只能依靠更改轉(zhuǎn)發(fā)器飽和通量密度（SFD）的衰減設(shè)置，當(dāng)多個(gè)客戶共用相同轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)會(huì)出現(xiàn)問題。如果客戶在遠(yuǎn)端站點(diǎn)的頻段上遭受了射頻干擾，ROC（RF操作中心）人員通過命令數(shù)字負(fù)載進(jìn)行載波重置，從而可以在上行鏈路不做任何更改的情況下遷移至遠(yuǎn)離干擾的不同頻段。
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