陳耀銘

摘要：高通量衛(wèi)星為目前主流的海洋網(wǎng)絡(luò)通信覆蓋方案，本文通過Femtocell的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)介紹，提出與高通量衛(wèi)星組網(wǎng)方案，實現(xiàn)地面運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)覆蓋補(bǔ)充，以解決海洋經(jīng)濟(jì)通信的瓶頸問題。

關(guān)鍵詞： Femtocell;高通量衛(wèi)星;海上衛(wèi)星;海洋寬帶

中圖分類號：TN927.2? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）02-0037-02

Abstract： high flux satellite is the current mainstream ocean network communication coverage scheme. This paper introduces the network architecture of Femtocell， and proposes the network networking scheme with high flux satellite to realize the network coverage supplement of ground operators， so as to solve the bottleneck problem of Marine economic communication.

Key words： Femtocell; High-throughput satellite; Maritime satellites; Ocean broadband

1? 引言

習(xí)主席在黨的十九大報告中指出：“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設(shè)海洋強(qiáng)國。”的目標(biāo)，建設(shè)海洋強(qiáng)國成為中國特色社會主義事業(yè)的重要組成部分。自然而然的，海洋經(jīng)濟(jì)成為海洋強(qiáng)國的重要一環(huán)。包括海洋交通運(yùn)輸、海洋漁業(yè)，海上油氣業(yè)，濱海旅游業(yè)等項目隨之得到飛速發(fā)展，然而，伴隨而來的是海上通信的瓶頸問題。

海洋產(chǎn)業(yè)由于距離陸地遙遠(yuǎn)，往往無法獲得地面網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋，只能通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)海上通信。然而由于國內(nèi)衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲，傳統(tǒng)海洋經(jīng)濟(jì)的通信中，往往只能采取國外衛(wèi)星運(yùn)營商的高價低速率方案，如20M套餐需要400美元，此外若需要使用衛(wèi)星電話，亦要支付數(shù)美元一分鐘的使用費(fèi)用。

近年，隨著交信集團(tuán)引入Inmarsat的第五代星，以及中國衛(wèi)通及旗下的鑫諾衛(wèi)星的大力發(fā)展，海洋經(jīng)濟(jì)的通信迎來了真正的寬帶時代，一般海上通信的需求得到滿足。然而，由于缺乏地面網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，需要依賴運(yùn)營商交換域的功能，包括語音通信、短消息服務(wù)、及基于移動核心網(wǎng)認(rèn)證的功能缺失，導(dǎo)致如基于短信驗證的軟件注冊，用戶驗證，和基于電話號碼的緊急來電的等服務(wù)依然無法實現(xiàn)。

本文提出一種Femtocell的覆蓋方案以解決此問題。

2? Femtocell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

Femtocell，又被稱為“飛蜂窩”、“飛基站”。是在2013年起被運(yùn)營商用作推廣4G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋方案，是一種小型化、低功率的微蜂窩基站。Femtocell被3GPP定義作為HNB（Home Node-b，家庭基站）的特殊方案，采用互聯(lián)網(wǎng)方式與移動核心網(wǎng)進(jìn)行電路域與數(shù)據(jù)域的交換，從而實現(xiàn)特殊區(qū)域的2G、3G、4G的移動網(wǎng)絡(luò)覆蓋。其基本原理如下圖所示：

Femtocell有著設(shè)備體積小，造價低的優(yōu)勢，同時單個femtocell HNB最高支持16個用戶附著，4-6個用戶同時使用，因而特別適合遠(yuǎn)洋船舶、海上作業(yè)平臺等對場景。另外，F(xiàn)emtocell可通過管理系統(tǒng)實現(xiàn)多個HNB網(wǎng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)，以形成分布系統(tǒng)，以實現(xiàn)郵輪等多用戶場景的覆蓋。

另外由于Femtocell必須依托互聯(lián)網(wǎng)，且由于目前基于4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的相關(guān)軟件的普及、移動用戶自然對于帶寬需求自然越來越高，F(xiàn)emtocell如若使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入的交換，必然需要較高的帶寬資源。傳統(tǒng)衛(wèi)星資源自然無法滿足這種需求。

3? 高通量衛(wèi)星與Femtocell組網(wǎng)

高通量通信衛(wèi)星（HTS，High Throughput Satellite），亦稱作高吞吐量衛(wèi)星，就是為了滿足航空、海洋及偏遠(yuǎn)地區(qū)高流量覆蓋需求發(fā)展而來的，相比傳統(tǒng)衛(wèi)星，高通量衛(wèi)星一般采用Ka、Ku等高頻段，結(jié)合多點(diǎn)波速、頻率復(fù)用、載荷分配等特有技術(shù)，實現(xiàn)對區(qū)域針對性覆蓋。

中星16衛(wèi)星是我國的第一顆高通量衛(wèi)星，是首次在中國衛(wèi)星上應(yīng)用Ka頻段多波束寬帶通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星配置26路轉(zhuǎn)發(fā)器及用戶波束，其通信總帶寬超過20Gbps。可以有效實現(xiàn)航空運(yùn)載、海洋運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的用戶需求。

即將發(fā)射的亞太6D通信衛(wèi)星，是我國第一顆Ku/Ka頻段的高通量衛(wèi)星，設(shè)計覆蓋區(qū)域為東亞區(qū)域，星上轉(zhuǎn)發(fā)器1220臺，設(shè)計波束99個，設(shè)計總帶寬50Ghz。作為新一代高通量衛(wèi)星，技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先國內(nèi)外現(xiàn)有衛(wèi)星水平。

至于船端方面，目前在船端或海上作業(yè)平臺上，主流方案是使用的是0.6米至1.5米的動中通天線，動中通天線通過捷聯(lián)慣導(dǎo)技術(shù)加信標(biāo)跟蹤方式相結(jié)合實現(xiàn)對高通量衛(wèi)星的跟蹤，并內(nèi)置GPS模塊，保證船舶在行駛過程天線始終精確地對準(zhǔn)衛(wèi)星，同時，動中通天線配置三軸穩(wěn)定平臺，保證天線性能的穩(wěn)定。支持Ka、Ku頻段的船載動中通天線安裝便捷，由專業(yè)人員進(jìn)行實施，一天內(nèi)可完成焊接安裝。

Femtocell采用HNB+HNB網(wǎng)關(guān)方式，利用雙網(wǎng)線傳輸實現(xiàn)MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多輸入多輸出），滿足了高帶寬、高速率的覆蓋要求，同時HNB與家用路由器大小相仿，HNB網(wǎng)關(guān)大小與一般交換機(jī)相仿，便于小空間安裝布線;且若有大空間需求，亦可通過多HNB方式進(jìn)行分布式覆蓋。

Femtocell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的互聯(lián)網(wǎng)接入方式，可以經(jīng)由高通量衛(wèi)星實現(xiàn)，組合后的架構(gòu)圖如下：

現(xiàn)階段，高通量衛(wèi)星通常通過保障帶寬的形式提供限定帶寬的形式提供服務(wù)。根據(jù)各運(yùn)營商的業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，基本的Femtocell單用戶語音功能覆蓋帶寬不低于64kbps，網(wǎng)絡(luò)功能大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可以挖掘出更多的價值，并能獲取有效的信息，為管理者提供可靠的決策依據(jù)。

4? Femtocell與衛(wèi)星組網(wǎng)的優(yōu)勢和缺陷

在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的部署階段，可以通過于地面運(yùn)營商的合作，引入Femtocell資源，同時由地面運(yùn)營商分擔(dān)建設(shè)成本，減少船東或衛(wèi)星運(yùn)營商的前期投入費(fèi)用，降低衛(wèi)星網(wǎng)的建設(shè)成本。與此同時，增加Femtocell的覆蓋可以填補(bǔ)運(yùn)營商用戶覆蓋的空白，擴(kuò)充海上寬帶網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景，增加衛(wèi)星寬帶資源的利用率，同時為衛(wèi)星運(yùn)營商、船東創(chuàng)造更多的營收渠道，優(yōu)勢明顯。

當(dāng)然，由于高吞吐量的需要，高通量衛(wèi)星采用Ku或Ka等高頻段，高頻段更容易受大氣環(huán)境和地面微波干擾，影響傳輸質(zhì)量;同時，由于衛(wèi)星鏈路傳輸距離，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)必然存在一定的時延。因而會對Femtocell組網(wǎng)質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。

5? 結(jié)束語

本文根據(jù)船端或海上作業(yè)平臺等特殊場景引入Femtocell網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并提出Femtocell與高通量衛(wèi)星結(jié)合實現(xiàn)地面運(yùn)營商的海上覆蓋，本方案可作為建設(shè)單位、使用單位、運(yùn)營單位的一種選擇，在降低成本、提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋、增加衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)資源利用率的基礎(chǔ)上，便于用戶能夠享受高通量衛(wèi)星覆蓋所帶來的好處，解決“海洋強(qiáng)國”的通信瓶頸問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]王傳江 余剛 徐紅波一種分布式Femto用戶側(cè)多模HNB設(shè)備及其應(yīng)用[J]，移動通信，2017（22），14-17

[2]徐雷 Femto 技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]，信息通信，2016（10），229-230