星链为什么采用DVB-S2X详解

美卫星通信的优先发展领域，主要包括四个方面：增长、开放商用标准的采用、系统可用性，以及简化。（以开放获得发展动力，降低成本，实现商业化）。美卫星通信的创新趋势，主要包括数字中频、频分复用（FDMA）单路单载波（SCPC）调制解调器的进步，以及地理分散的战略射频入口点。

美卫星通信带来了新的挑战——主要包括对开放商业标准的理解与实践，市场规模（仅仅美国防部卫星通信市场可能远远不够，而是全球的通信覆盖，已经通信商业化）。

美卫星通信确认并开发必要的卫星与地面资源分配与控制方法，系统工程的优化，以及在所有链路上实现大规模地理分散所需的地面网络容量。美国鼓励卫星通信供应商按照商业利益最大化路线采用开放商业标准，实现优化开发，解决各种优先问题。

2014年，欧洲DVB组织正式发布了最新一代DVB卫星电视广播标准DVB-S2X。相比DVB-S2，DVB-S2X具有更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力提供、更小成本。

DVB-S2X的背景

2005年，DVB第二代数字卫星电视广播标准DVB-S2标准被发布[1]，最新版为2013年3月发布的第1.3.1版[2]。目前已成为全球应用最广泛的下一代卫星电视广播标准[3]。从2005年~2014年之间，数字卫星电视广播行业发生了很大的变化，主要包括：

（1）需求变化

包括：UHDTV（Ultra-High Definition TV，超高清电视）的卫星直播到户、基于电视广播卫星的“电视无处不在”、基于电视广播卫星的高速IP数据接入、提供基于电视广播卫星的多/全业务服务以增加收入、在VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口径终端）应用场景中增加用户数目以获得更多收益，同时以更高的服务等级协议来大幅提高用户体验。

（2）外部竞争形式的变化

引起上述的需求变化的原因，一方面是卫星电视广播运营商自身的自然演进，一方面是由于外部竞争形式的变化——主要来自于地面的有线数据网络的大发展——越来越多的人认为地面的高速有线数据网络迟早会取代卫星通信，另一方面是一些诸如NS3的非标准化的专有技术在频谱效率上较大程度地（30%~60%）超过了DVB-S2[4]。

在上述背景下，卫星电视广播技术就需要与时俱进，进行升级，在更高频谱效率、更大接入速率、更好移动性能、更强健的服务能力提供、更小成本这5方面取得新的突破[5]。为此，卫星电视广播行业一边发展高容量卫星，一边发展新一代数字卫星电视广播标准DVB-S2X。

2012年，由Newtec牵头，DVB卫星电视行业的运营商、设备制造商、卫星专家等成员单位及成员（主要分布于欧洲、美国、远东地区[6]）开始着手研究DVB-S2X标准并加强相关产品的互通性[3]、[5]。

具体工作由DVB的TM-S2（DVB-S2技术组）及CM-BSS（卫星电视广播及宽带业务商务组）开展，目标是在DVB-S2的基础上再次较大幅度地提高频谱效率，并增加诸如可联网的无人驾驶智能汽车等应用场景及发展Ka频段卫星、宽带转发器等新的高容量卫星技术[7]、[8]、[9]。DVB-S2X在此前被业界成为DVB-S3（DVB第三代数字卫星电视广播标准）[10]。

2014年2月27日，在DVB指导委员会第76次大会上，DVB-S2X标准被正式批准[6]。2014年3月4日，欧洲DVB组织正式以A83-2号文件的形式发布了DVB-S2X技术规范[9]。

DVB-S2X不能与DVB-S2后向兼容[9]，因此也可说成是DVB第三代数字卫星电视广播标准。

采用DVB-S2X后，卫星直播到户业务的频谱效率可提高20%~30%[6]，某些专业应用的频谱效率甚至可提高50%[6]（准确的数值为51%[5]），超过了NS3等专有技术[5]。DVB-S2X标准正式发布之后，预计市场上将会很快出现用HEVC编码的UHDTV卫星直播到户（通过Ku或Ka频段）的芯片及设备[6]、[9]、[11]、[12]。2014年3月的DVB全球大会也将就DVB-S2X的应用部署进行探讨[13]，

2014年3月的全球卫星应用大会也将探讨DVB-S2X的应用前景

（5）更高阶的调制

卫星电视广播是通过非线性信道进行的，所以常采用包络恒定的PSK（PhaseShiftKeying，相移键控）调制方式，另外，PSK也可以方便地实现变速率调制。DVB-S2就采用了4APSK、8APSK、16APSK、32APSK这4种PSK调制方式。而DVB-S2X则采用了更高阶数的PSK调制——最高可达256APSK。因此，DVB-S2X比DVB-S2更容易对卫星转发器的非线性进行补偿、频谱利用率更高。另外，星载天线可以做得更大，卫星的转发功率可以得到提高，这对于实现Ka频段的点波束区域广播具有重大意义。

由于可以采用更高阶的调制方式，加之采用了更小粒度的MODCOD与FEC，如上文图4所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的频谱效率提高了51%，更接近香农极限。

（6）面向移动应用的VLSNR技术

DVB-S2X的一个应用场景是陆地、海洋、航空里的低速及高速移动环境。为保证在这些环境中以更小的接收天线来更稳定地使用DVB-S2X链路所提供的服务，DVB-S2X采用了VLSNR（VeryLowSignal-to-NoiseRatio，极低信噪比）技术，在BPSK与QPSK调制中增加了9个额外的MODCOD。

DVB-S2X技术规范中，BPSK的MODCOD采用了频谱扩展技术，信号的功率/频谱被扩展到很宽的频带，频谱密度得以降低，抗外部干扰能力得以提高，陆地、海洋、航空里的低速及高速移动接收器就可以使用更小的接收天线并获得更高的信噪比。另外，整个卫星链路的可用性及安全性能也得到提高。

VLSNRMODCOD帧加入了一个扩展的物理层首部，提高了纠错能力，可把SNR数值降低至-10dB。

（7）分别考虑了线性MODCOD与非线性MODCOD

DVB-S2的MODCOD仅聚焦于卫星直播到户，所以其星座就很适合于准饱和转发器的分发应用。而与之不同的是，DVB-S2X技术规范里面则分为线性MODCOD与非线性MODCOD，聚焦于高速数据应用及分发应用，增益可提高0.2dB。另外，虽然线性MODCOD与非线性MODCOD可能会使用相同的代码/名称，但两者之间却是不可互换的。

（8）WBT单载波技术

卫星广播传统的处理方式为把一个宽带转发器的带宽划分成多个小信道，并用相应数量的多个载波去调制，这种方式容易降低转发器的下行功率，从而不能获得最优的效率。

而如图5所示，DVB-S2X技术规范支持采用WBT（WideBandTransponders，宽带转发器）单载波技术，WBT单载波技术可减小转发器的功率回退从而最大限度地利用好整个转发器的容量，目前已开始用于卫星的高速数据链路。DVB-S2X里的WBT的带宽一般为从72MHz（典型的C波段转发器带宽值）到几百MHz（Ka波段高容量卫星的转发器带宽值。带宽为250MHz~500MHz）。DVB-S2X接收机里的解调器直接接收解调整个转发器宽度（72MHz、250MHz~500MHz）内的信号，从而获得非常高的数据率。

图5 WBT多载波与WBT单载波的比较

但是，WBT单载波技术的应用也面临诸如接收机滤波、对超高速率数据的解码、FEC解码等技术难题，为此，DVBTM-S2就研发了基于时间分片的“虚拟载波”技术来予以解决，如图6所示，频谱占据整个转发器的单载波被若干个时间分片划分成了相对应的相同个数的虚拟载波（物理帧），接收机只对其所需的虚拟载波进行接收及后续处理，从而大大减小了接收机的实现复杂度。

图6 降低WBT单载波实现复杂度的“虚拟载波”技术

由于采用了WBT单载波技术，DVB-S2X的频谱效率比DVB-S2的提高了约20%。另外，Newtec面向DVB-S2X推出的Equalink预失真技术，可在采用WBT单载波技术时带来2dB增益，从而可以采用64/128/256APSK高阶调制方式，可将处于饱和状态下的非线性转发器的频谱效率提高10%左右。

（9）信道绑定/转发器绑定技术

目前，卫星电视直播到户业务发展得如火如荼，下一个相关的蓝海业务是超高清电视的卫星直播到户。然而，当采用相同信源编码方式（如H.264/MPEG-AVC）时，超高清卫星直播电视的码率（40Mbit/s）是高清卫星直播电视码率（10Mbit/s）的4倍，即使采用更先进的编码方式H.265/MPEG-HEVC，超高清卫星直播电视的码率也高达20Mbit/s。

一个36MHz宽度的卫星转发器的总容量为60Mbit/s，因此：（1）可同时传输6套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目（60Mbit/s÷10Mbit/s/套=6套），如果采用统计复用方式，可获得20%的容量增益，从而可同时传输7套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目（60Mbit/s×1.2÷10Mbit/s/套≈7套）；（2）仅可同时传输3套由H.265/MPEG-HEVC编码的高清电视节目（60Mbit/s÷20Mbit/s/套=3套），如果采用统计复用方式，只可获得12%的容量增益，但仍只能同时传输3套由H.264/MPEG-AVC编码的高清电视节目（60Mbit/s×1.12÷20Mbit/s/套≈3套），而且还白白浪费了12%的带宽容量。

为此，DVB-S2X技术规范采用了信道绑定技术来提高统计复用的频谱利用效率，而且主要的应用目的是提高超高清卫星电视直播的信道容量/频谱利用率。又由于DVB-S2X采用了上文所述的WBT单载波技术，所以，这种信道绑定又可以被称为“转发器绑定”。此时，几个被绑定的转发器的容量全部融合在了一起，并被同时下行与接收。可以计算一下：如果绑定了3个转发器且进行统计复用，则其容量增益可达（180+60×0.12×3）/180=12%，从而就可以额外地多传输（180×0.12）/20≈1套超高清电视节目。

DVB-S2X所能绑定的转发器可达到3个。

（10）重新定义的扰码序列

目前，卫星电视直播到户的业务类型越来越多（电视直播、富媒体业务、数据接入等），加之点波束高容量卫星逐渐开始应用到这个市场，CCI（Co-ChannelInterference，同信道干扰）现象变得越来越显著。为此，DVB-S2X技术规范采用了相关的技术来更好地区分各相邻业务，从而消除CCI。

该技术之所以能区分各业务、消除CCI，是由于DVB-S2X在物理层新增了扰码序列。DVB-S2的物理层仅有一个缺省代码——0#扰码序列，而DVB-S2X则新定义了6个代码，当DVB-S2X接收机接收到加扰的信号后，会先使用缺省代码，然后再使用新定义的代码来对信号进行解扰操作。

DVB-S2X的技术创新包括更小的滚降系数、高级滤波技术、更灵活的网络应用配置等，下文分别进行介绍。

（1）更小的滚降系数

滚降系数是信号占用带宽及频谱利用率的决定因素之一。DVB-S2系统所采用的滚降系数分别有0.35、0.25、0.20，而DVB-S2X系统所采用的滚降系数分别降为0.15、0.10、0.05，所以从如图1所示的频谱看来，DVB-S2X信号要比DVB-S2信号陡峭。由于DVB-S2X的滚降系数更小，加之DVB-S2X还采用了高级滤波技术，使得DVB-S2X系统的频谱效率相对于DVB-S2系统的提高幅度可达15%。

图1 DVB-S2X与DVB-S2频谱的比较

但有试验表明，如果每个DVB-S2X网络或链路均采用0.05的滚降系数，则需要进行逐一调试，而且不容易获得最佳频谱效率的效果，在某些情况下，把滚降系数设置成0.10时，频谱效率更好。

（2）高级滤波技术

在一个卫星电视物理频道信号频谱的左右两边存在旁瓣，若滤波做得越好，则旁瓣所占的频谱宽度就越小，各个物理频道之间的频谱间隔就可以越小而且不会相互间产生干扰，从而可提高频谱利用率。

如图2所示，DVB-S2X系统采用了高级滤波技术，将频谱左右两边的旁瓣滤除，节约了一个频道所占用的实际物理带宽，各相邻物理频道间的间隔可以小到符号率的1.05倍（在某些特定的应用场景下，该数值还可以更小）。加之DVB-S2X系统的滚降系数更小，使得DVB-S2X系统的频谱效率相对于DVB-S2系统的提高幅度可达15%。

图2 DVB-S2X采用高级滤波技术后的效果

另外，即使DVB-S2X系统的滚降系数为0.35、0.25、0.20，采用高级滤波技术也能获得比DVB-S2更好的滤波效果。现场试验表明，当卫星地球站的高功率放大器在接近饱和点处工作时，采用高级滤波技术的滤波效果更好，所余旁瓣更小。

（3）更灵活的网络应用配置

DVB-S2X所采用的更陡频谱滚降与高级滤波技术可使其支持更灵活的卫星网络应用配置。总的来说，DVB-S2X的卫星链路应用场景包括：单载波（此时仅采用更陡频谱滚降）、多载波（此时采用更陡频谱滚降与高级滤波技术）、与其他卫星电视运营商（可能采用DVB-S、DVB-S2、DVB-S2X等标准）共用同一个转发器（此时采用更陡频谱滚降与高级滤波技术）。在最后一种应用场景中，如图3所示，由于DVB-S2X载波采用了更陡频谱滚降与高级滤波技术，与在同一转发器内的其他相邻载波能以频分的形式共存而不会产生相互干扰。

图3 DVB-S2X载波与其他载波共同承载于同一个转发器内

（4）更小的MODCOD粒度

DVB-S2的MODCOD（modulation and coding，调制与编码）分辨力粒度为28，而DVB-S2X的MODCOD分辨力粒度为112，从而，DVB-S2X可实现所有应用场景下的最佳调制，卫星电视广播运营商就可以更好地根据应用/服务的类型来优化卫星链路（MODCOD由系统自动地选择）。

另外，DVB-S2X相比于DVB-S2，FEC（Forward Error Correction，前向纠错）也有较大改进。加之采用更小粒度的MODCOD与ACM（Adaptive Coding and Modulation，自适应编码与调制。Newtec面向DVB-S2X推出的FlexACM解决方案，为了更好地实现ACM功能，还加入了噪声及失真预估技术），如图4所示，DVB-S2X相比于DVB-S2的频谱效率提高了51%，更接近香农极限。

图4 与DVB-S2相比，DVB-S2X的频谱效率更接近香农极限

优秀卫星通信离不开优秀的地面系统，一颗卫星无论多么先进、设计容量多大，如果没有好的地面系统来配套，那一切都是徒劳，所以咱们讨论下一代卫星的时候都往往包含相配套的地面系统。目前地面系统有4个应用趋势：高带宽服务计划、柔性卫星（“flexible” satellites）、大型网络部署、馈电波束使用更高的频段。

趋势1：更高的服务计划

新卫星能为特定区域提供超过500MHz的通信频谱，但如果这段频谱要提供Gbps级别的传输速率，小站终端需要支持更高阶的调制、更复杂的纠错处理。许多地面系统的出向DVB-S2X载波已能支持64APSK或更高阶调制，500MHz频谱理论上应该可以实现超过1Gbps的传输容量。但是，大多数地面系统由于小站终端的前向纠错（FEC）解码器能力受限而无法很好地支持100Mb/s通信服务，这些系统没有足够大的能力支持大型网络的高速率通信。

将来的地面系统会将FEC解码速率显著提升至2Gbps或更高，并支持更高的数据包处理速率，以更好地支持消费者期望的高带宽速率通信服务。

趋势2：柔性卫星

许多卫星制造商已经推出柔性卫星（如SES-17、Inmarsat G7/8/9），卫星能在轨调整波束覆盖区域和容量分配。这种特性非常适合于动中通应用。

以邮轮应用为例：在冬季，加勒比海域的邮轮活动非常活跃；而在夏天，邮轮要转移至阿拉斯加海岸。北美上空的GEO卫星可以同时覆盖这两个地区，关键是要能适时把星上的带宽和能量转移到最需要的地方，而不是让其闲置。

为配合柔性卫星的星上资源实时调整，地面系统要与卫星资源管理系统紧密配合，共同完成对星上资源的管理和重新调配。一次星上资源的重新调配必须要在几秒钟内完成，整个地面系统的调制/解调部件必须非常迅速地完成调整，并切换至新的工作信道。时间同步至关重要，卫星要与地面系统精确协调，关口站、小站之间也要步调一致。

趋势3：大型网络部署

卫星通信网络的规模和复杂性在不断增长，需要更强大的智能地面系统来支撑。高通量卫星（HTS）在过去十年数量激增，每个卫星网拥有数千、甚至上百万个小站，每个关口站由数百台设备将数据路由到地面网络。由休斯运营的HughesNet网络目前拥有150万套在线小站。

如此大型网络上的每个节点，无论是一个远端小站还是关口站，都需要由功能强大的智能管理平台来监控其设备的操作和运行状况。日益庞大的网络部署对传统的FCAPS（故障处理、配置、统计、性能和安全）网络管理系统提出了挑战。

为了应对这一挑战，运营商（比如休斯）从网内设备提取信息，并上传到“云”端（cloud），然后应用人工智能和机器学习，对设备性能数据和突出问题进行挖掘、分析。比如从中可以分析远端小站的天线指向是否出现偏差，或者中频线缆是否受潮。更重要的是，通过对各个环节（如outroute）性能进行长时间分析，可以帮助发现其潜在的性能或效率问题。

趋势4：馈电波束采用更高频段

卫星工业的核心原则是最大限度地利用最宝贵的频谱资源。优化频谱使用的方案之一是对不同的应用采用不同的频段。

例如，为了把尽可能多的Ka频谱资源留给用户波束，休斯Jupiter-3（或叫EchoStar-24）卫星地面系统的馈电波束采用了Q/V频段。Q/V频段比Ka拥有更宽的频谱，提升了每个关口站的Gbps吞吐能力，甚至进而减少所需建设的关口站数量。然而，Q/V频段的使用也带来了挑战，主要是在硬件架构和雨衰克服方面。

解决雨衰问题的其中一种方案是将射频电路从雨区关口站切换至非雨区关口站。实现关口站射频系统（RFT）1:1冗余（每个关口站都有一套备份RFT供切换）成本上不划算，所以大家采用关口站m:n冗余方式（有个关口站RFT池，可以根据需要切换使用）。

为此，运营商将数据处理集中在数量较少的数据中心，以减少RFT方面的负担。当发生关口站切换的时候，软件定义网络（SDN）可以极大简化业务流的快速重路由。网络功能虚拟化（NFV）技术的迅速使用将进一步减少硬件占用并简化硬件使用。所有方案结合起来，可以实现在雨衰情况下快速完成关口站切换，为用户的通信服务保持无缝连接。

支持未来的复杂网络

个人、企业对通信的需求量不断增长，而且需求类型也不断变化，这些都在推动整个卫星行业的高速创新发展。柔性卫星、大型网络应用、馈电波束采用新频段等技术措施，将促进卫星通信满足用户需求的不断提高。

即将出现的还有采用混合接入技术（包括卫星和地面传输）的高度复杂网络，采用更高的智能以在正确的时间决定利用正确的传输方式。在持续的创新周期中，卫星技术的发展推动地面系统技术的发展，从而使未来的卫星通信更加强大和先进。

DVB协议详解

DVB指导委员会近日已通过了最新的DVB-S2扩展版技术规范。据悉，DVB-S2X的频谱效率能够有效提升20%-30%，有些条件下可以达到50%。另外，像通道绑定等新的操作模式可以提高DVB-S2的适应性。这个技术规范将送往欧洲电信委员会做标准化的核实，而DVB-S2X蓝皮书也即将发行。DVB指导委员会表示，一旦新的技术规范得到了批准，就意味着未来DVB或将采用HEVC标准。

DVB-S2X在滚降系数、额外调制和正向纠错等方面提供了更多选择，这将会提高卫星传输信道的利用效率。如果绑定的频道超过三个的话，就会因超高清电视等服务而得到更高的聚合数据和额外的统计复合增益。新的技术规范也对同信道干扰广播有更好的顺应力。DVB-GSE/GSE-Lite协议将给DVB未来完全进入IP服务带来便利，特别是对家庭网络上的广播、宽带服务带来便利。

星链申报的Ku频段及用途

第一期星链空地链路采用DVB-S2X的物理层协议，在较高空中损耗链路情况下预计采用BPSK调制方式。

在空中损耗较低的条件为提高数据容量预计采用32/64或者128APSK调制方式。

使用嗅探手段模拟解析星链下行载波的示意图如图八、图九所示。

图八：星链下行载波的频谱图

图九：星链单载波功频瀑布分布

经过长期收集足够多的星链卫星的下行时域频域以及波束的空间分布数据必将得到其电磁特征。

1、增长

增长对于美国防部用户与利益相关人而言就是：少花钱多办事儿。美军希望在预算层层受限的情况下仍能得到更多的链路数量、更大的链路容量、更宽的带宽、各种新能力，以及更多的接入点。这种情况下，新技术创新是有效改进卫星通信能力并满足作战人员需求的重要手段。而对于卫星通信厂商而言，能力与市场的增长也意味着收入和利润更有保证。

2、采用开放商用标准

商业标准更符合经济原理的创新规模与节奏。美国防部一直不遗余力地鼓励和推动标准化与互操作性，鼓励技术供应商至少在各战斗司令部之间开发兼容系统。IEEE 802.3以太网标准就是一个美国防部卫星通信采用的开放商业标准典范。一种单一IP方式的卫星通信不仅可以从以太网接口互操作性中获益匪浅，也有力撬动了不断增长的容量传送商业化路线图。这一类型的商业技术模型的标准化可以降低成本门槛、支持能力增长，并改善系统性能。

3、系统可用性

改善系统可用性可最大程度降低资源限制的负面影响。这必须克服频谱访问故障、用户错误、连续运行受到破坏等各种资源断供难题，还需要在降低标称卫星功耗代价的条件下有效地应对天气变化因素。地面段创新可改善链路可用性，并降低昂贵空间段资源的使用频率。

4、简化

简化贯穿了整个需求、开发，以及最终硬件的生命周期。简化的内容包括各种已交付的系统，合适测试方法的采用、部署前培训负担的降低，以及链路规划、运行与维护的简化。对于各种卫星通信设施而言，简化意味着系统集成度更高，用更少的机架空间提供更多的功能。

创新领域

数字中频、FDMA调制解调器，以及地理分散的战略射频入口点是当前美国防部卫星通信领域备受关注的创新领域。

1、数字中频

数字中频采用标准数字信号处理新技术支持各种卫星通信终端系统的重新分配。调制解调器的创新包括最新的协议、接口的减少、全数字化实现、编码调制设备的订制、响应流量请求与链路条件的自动功率与编码调制方案，以及对人性化因素的细致关怀。地理分散的战略射频入口点则通过地面中频传送提供了地理分散的实现方式。这些创新趋势将促进美国防部卫星通信能力、带宽、链路预算以及系统可用性的增长。而开放商业标准的采用也更利于简化开发、设备、测试过程、计划以及运行。

数字中频将原来的终端、调制解调-射频转换，从L波段模拟系统转换为数字系统。L波段终端带宽有限，而且由于L波段开关与合路器的容量原因，也难以在链路数方面有显著增长。美国防部希望利用数字化技术提升容量与性能，在为美军提供能力增长的同时，降低设备尺寸和成本，同时推动消费市场扩张，实现一种理想的卫星通信长期增长。基于这一主张，美国防部认为只有采用共用开放的商业标准，才能利用数字中频实现卫星通信的优势最大化。对厂商而言，这一方面提供了动机，另一方面也提供了手段，可以更好地调整经济规模并确保互操作性。为此，在国防部协调的FAST项目下，工业联盟制定了ANSI/TIA-5041标准。它充分参考了ANSI/VITA-49——一种用于数字化射频波形分组的标准，现已被多个厂商用于卫星通信数字中频接口。

数字中频提供了三种系统可用性改进途径。第一，数字中频提供了从调制解调器到射频转换器等各种终端装置的全数字实现，为混合信号数字设备（L波段调制解调器）以及全模拟设备（L波段开关、合路器、分路器等）带来了数字设备所固有的高可靠性。第二，数字中频通过分组式开关和路由器设备而不是模拟式开关简化了故障转移机制。第三，针对单个终端或者卫星资源丢失的故障，采用了地理分散方式实现故障转移。

此外，数字中频还可以简化设备生命周期的各个方面。这也意味着降低了需求，简化了开发。测试也将越来越基于全数字思想，从而降低了测试设备需求并支持更高程度的自动化。随着网络化数字中频的实现，从终端内部，到各种远程终端之间，都将受益于标准组网做法。

增长与变化总是带来各种挑战。对于数字中频而言，一个重要的挑战是市场规模。开放的商业标准更适于大型市场。美国防部已经开始制定卫星通信数字中频的ANSI/TIA-5041 FAST OSDI标准。但要取得开放商业标准的规模经济效应，必须实现其最大化的商业增值。

2、FDMA调制解调器

过去十年，FDMA SCPC调制解调器的能力增长惊人，已经可以提供多数据接口与中频波段，集成加密，响应变化信道条件的编码调制方案，响应信道条件与天线移交的发射功率。下文介绍当前FDMA SCPC调制解调器演进的趋势——其中一些也适用于MF-TDMA系统。

业务接口更少。在业务侧，以太网业务接口一直作为多串行接口的补充。随着串口全面过渡到IP组网，新调制解调器将最终彻底取消串行数据接口而全面采用IP 业务接口。

数字中频接口。在中频侧，新调制解调器将很快提供数字中频接口。短期来看，采用双中频接口过渡方式似乎更为合理。长远而言，市场力量将推动更低成本的全数字FDMA设计。

编码调制方案选择。随着调制解调器越来越复杂，采用更大调制格式组合与码速率成为可能，但其中仅有一部分能充分体现Eb/N0（比特级信噪比）性能与频谱效率。未来，大多数编码调制方案选择将通过调制解调器自身实现算法优化。对任意码元速率与发射功率组合，调制解调器都将自主实现最佳可用吞吐量与Eb/N0性能的平衡。这在商业标准中已经实现，DVB-S2X与链路双向自适应编码与调制（ACM）组合时，就可以将链路吞吐量提高40~ 50%而无需增加空间段负担。

功率与编码调制方案适应性。今天，编码调制方案是预先选定的，发射功率中已经考虑了链路余量。但在业务容量与发射功率受到限制的情况下，额外的容量与功率并未得到利用。在不远的将来，调制解调器将可以测量业务需求和链路条件，按需改变功率以满足测得的业务需求。IP业务协议已经得到使用，可以更好地协调用户业务速率与调制解调器波形适应性。调制解调器可以根据业务需要相应调整，用户可以得到所需的业务吞吐量，同时并未对地面或者卫星上的高功率放大器提出过高要求。

干扰识别与消除。目前已开发了多种消除接收信号中干扰的手段，随着调制解调器应用的发展，美军将很快具备清除各种主要已知和未知传输干扰的能力。

美国防部永远希望以同样的资金采购，或在同样的机架中装下更多的调制解调器。未来FDMA调制解调器的成本、空间与复杂度的权衡将得到进一步优化。这不仅仅意味着调制解调器价格的降低，更意味着一个同样大小的部件可实现更高的能力以及更优化的成本密度。

调制解调器业务接口正逐步向以太网迁移，中频接口也将很快开始采用ANSI/TIA-5041标准。但这仅仅是采用开放商业标准的开始。在MF-TDMA领域，用户已经享受到开放商业DVB-RCS标准带来的好处。FDMA-SCPC调制解调器则有望受益于DVB-S2X标准，带来更多的频谱优化、更宽的编码调制方案范围，以及新型自适应编码与调制选择（ACM）。

接口的减少与全数字设计还可提高调制解调器的可靠性。发射功率与编码调制方案能够响应业务需求与链路条件可保持链路可用性，也可保护地面与卫星功率资源。这对整个卫星通信网络的可用性也有积极影响，可有效保护有限的资源。设备配置项的减少以及配置参数的简化还可降低操作人员的负担，减少操作人员犯错的几率。同样的卫星通信资源可以提供更多容量，每条链路都更加可靠。消除干扰可增加了容量，改善频谱重用能力，提高可用性。

3、地理分散的战略射频入口点

今天，美国防部的各种卫星通信战略网关天线分布在全世界数十个站点，未来将达到数百个。执行任务中，可能需要将链路从调制解调器重新指向地理分散的站点的多天线组。美国防部希望通过指定调制解调器，实现多条链路“终接（terminate）”，从而利用地理分散的资源——地面或是空间，对其射频实现数字式路由。这一能力将通过系统范围的数字中频资源及其无处不在的IP与以太网地面连接，通过地面传送实现地理分散。相关支持技术将很快部署。其中，数字中频终端正在规划，本地卫星通信终端数字中频网络将通过地面传送连接。调制解调器将利用地理分散的射频设备实现地面与空间资产的故障转移与负载平衡。

随着基带设备集成度越来越高，底板空间对于调制解调器与开关而言已经足够。现在的关键是如何把空间留给更多的射频终端。一种解决方案是在原有“父站点”周边一定范围建立最少维护射频接入站点。站点间隔距离满足天气影响下的负载平衡。这需要一个数字中频父终端、周边数字中频终端资产以及地面连接。这种方案采用可以切换到地理分散的备份天线的方式，降低对某些天气余量的需求，也可以支持尺寸更小、更便宜的天线。另一个方案是利用商业“电信港”资源，利用地面数字中频传送支持使用商业设施，而无需军用基带、加密或者调制解调器设备。

地理分散的战略射频终端基于数字中频的实现，同样适用ANSI/TIA-5041 FAST OSDI标准。地理分散方式可提高链路可用性，提供故障转移选项，以应对各种链路问题，包括因天气原因降级、操作失误，或者物理损失。地理分散还可通过在各分散的资源上共享负载提高网络的整体可用性。地理分散方式貌似复杂——需要新站点、地面高速连接以及针对替代射频路径进行额外规划。但实际上，射频分散可通过支持基带设备（开关、调制解调器以及波形安全）聚集实现简化，仅仅分散了射频地面资产。基于数字中频的射频地理分散方式是实现负载均衡的最简单方案，对于实时再平衡同样如此。

图1 地理分布式战略射频入口点的数字中频实现

注：左侧数字中频调制解调器库可收发接入到右侧的主站天线（右上）与地理分散的远端天线（右下）

实现地理分散的战略入口点仍面临多项挑战。数字中频终端的开发必须有利于远端射频入口点。这需要在数字中频终端开发中就考虑地面传送问题。此外，目前的规划过程对每一跳链路都将地面和空间资源分配给单一路径。未来将考虑多条射频路径，以便实现故障转移与负载均衡。另一挑战是确定规模、位置以及周边射频入口点的管理，这需要对地理分散的射频接入能力与间隔距离进行成本有效性分析。考虑到DSP对波形采样率与采样规模的要求，分布式数字中频所需网络容量可能超过原生IP业务率一个量级，这是某些地面网络容量目前无法承担的。对于非专用地面网络而言，拥塞也会降低数字中频的链路性能。近期的工作是改进ANSI/TIA-5041以降低地面传送载荷。近期，实现地理分散射频入口方式还只限于需要最高可用性的关键链路。长远来看，地面容量增长远快于卫星通信容量。通过商业手段实现射频地理分散能力只是时间问题。

1. GEO – Geostationary-地球静止轨道卫星

GEO在36,000公里高空环绕地球运行，由于与地球自转同步，看起来在天空中处于一个固定的位置（这也是它们经常被称为地球同步轨道卫星的原因）。理论上一颗GEO卫星可以覆盖整个地球表面的1/3。

2. LEO/MEO/NGSO – 低轨卫星（LEO）/中轨卫星（MEO）和非静止轨道卫星（NGSO）

NGSO指的是任何不在静止轨道上的卫星。

LEO（比如OneWeb星座）在距地面不到1,200公里的轨道上运行，能覆盖全球，包括两极地区。

MEO离地面5,000-20,000公里，支持机载宽带、船载海事通信、通信中继（Trunking）和GPS导航等应用。

3. COTM – Communications on the Move-动中通，指机载、船载、车载等在移动载体上的卫星通信应用。

4. AI – Artificial Intelligence -人工智能

计算机、设备或网络通过模仿人类智能来执行任务或解决问题。休斯应用人工智能和机器学习（machine learning）加强网络管理，提高系统工作效率。

5. DVB-S2X是第二代卫星数字视频广播

（DVB-S，Digital Video Broadcasting by Satellite）标准，休斯贡献了多项DVB-S2X专利。休斯JUPITER系统在业内首个支持DVB-S2X的Single Stream工作方式，单个DVB-S2X出向载波能工作在500MHz的卫星带宽信道上，区别于其他同行采用的Multiple Stream工作方式。

6. FMI – Flexible Modem Interface-柔性(灵活)调制解调器接口。

在多种调制解调器、卫星和服务提供商协同工作的应用环境下，休斯柔性调制解调器接口（FMI）利用先进的人工智能(AI)和软件定义网络技术，使卫星站根据任务优先级、卫星可用性、成本等各种因素自主选择调制解调器和网络服务。

7. NOC - Network Operations Center-网络运营中心

NOC人员使用各种工具、手段监控网络工作性能和运行状态，并排除故障和解决问题。

8. SOC - Security Operations Center-安全运营中心

SOC团队使用安全技术，如反病毒工具和入侵检测/响应技术保护企业免受网络威胁。他们的目标是防止攻击，并且在出现网络问题时将影响降到最低。

9. SD-WAN – Software-Defined Wide Area Network-软件定义广域网

SD-WAN是客户分支机构网络互联的最佳方案。休斯连续三年被Frost & Sullivan评为SD-WAN业务市场的领先者。

在Featuredcustomers的2022年冬季报告中，休斯再次被评为SD-WAN市场的领导者。

10. VSAT – Very Small Aperture Terminals-甚小口径终端是卫星地面系统的主要组成部分，由一个"碟形"（天线）和一个卫星终端组成。自从发明了VSAT并为沃尔玛（Walmart）部署全球首个企业VSAT网络，休斯已向全球提供了9百多万套终端。

参考文章

此篇原文刊登在《satmagazine.com》，原名为《Three Trends Driving The Evolution Of Intelligent, Next-Gen Satellite Ground Systems》。

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本文转载自“太空安全”，原标题《星链为什么采用DVB-S2X详解》。

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