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1、漫谈卫星通信一、前言依目前市场上的讯息反映，卫星通信在面临光纤通信及地面紧密的蜂巢式通信竞争时是种冷门应用的通信方式，但谈到卫星通信就不得不从纳莉水灾及921大地震谈起，在这种天灾发生时唯一能发挥正常通信运作及达成紧急通信效果的就只有使用卫星通信者。或者是在人祸上，当中美海缆被渔船作业拖断时，大部份的因特网使用者都被拥塞的线路所影响，唯有卫星线路的使用者安然无恙。以下的论述也进一步证明它所扮演的角色及未来的方向是难以被取代的。 二、目前的应用方式本文在此并不谈及卫星GPS及中、低轨道卫星(如卫星大哥大、资源卫星及卫星影像等)及Inmarsat的应用，而是针对一般商用同步卫星中的卫星电视广播应用
2、（DVB、DTH或Direct TV、DVB/IP）、远程教学、卫星的因特网连网、跨国企业的内部连网、军事或紧急救灾系统及移动通信等应用做一说明。 1.卫星于电视广播应用在此要谈的应用有DVB、DTH、DVB/IP及远程教学等，因卫星通信最大的优点就在于其无人可及的广播性，所以在电视广播应用上卫星通信具有绝对优势，以下就应用面分别探讨。DVB（Digital Video Broadcasting ）此规范为欧洲ETSI(European Telecommunications Standards Institute)所定义的，基本上是将影音压缩编码技术建立在MPEG-2标准上，事实上依不同的传输
3、方式分为DVB-S(Digital video broadcasting over satellite)、DVB-T(Digital video broadcasting over Terrestrial)及DVB-C(Digital video broadcasting over cable)，也就是数字影音若以卫星作为传输路径时是使用DVB-S标准，若以地面无线传输广播方式是以DVB-T为标准，若以有线方式传输的话则以DVB-C为标准，在此则仅以DVB-S的应用为主。一般DVB-S的应用如图一，电视台的影音讯号透过地面专线送至上链站，再由上链站将影音讯号按DVB-S的标准将影音讯号数字压缩
4、及编码多工后传输至卫星，在卫星涵盖范围之下的头端业者及个人用户都可将卫星讯号利用IRD接收还原成原来的影音讯号，甚至电视台本身也可以用来监看影音讯号是否正常；至于SNG车或Flyaway则为小型化的上链站，可将现场实时影音回传至电视台播放，在卫星涵盖范围下，电视广播的发射与接收可以在不同的国家。同样的广播电台的声音讯号也可以透过相同的处理方式传送至不同国家。一般标准上链站的基本系统方块图如图二。图一、一般DVB-S的应用图示图二、 DVB-S上链站系统方块图DTH (Direct to Home)或Direct TVDTH在欧美、加拿大及日本等国是十分普及而且成功的应用方式（如图三），DTH也
5、是DVB-S的应用方式之一，只是接收对象不同而已，一般家庭都装设小的卫星接收天线及机顶盒，来接收卫星电视讯号，影音品质较一般Cable到户清晰，但因考虑接收天线不宜太大以免造成用户架设不易的情形，故大部份皆使用KU频段为传送频率，但在雨季时却容易面临雨衰而造成断讯，导致收视户看不到画面。图三、DTH可藉由上链站将电视影音讯号送至每户人家台湾有线电视普及率达82.2%以上(交通部电信总局公布2001年调查资料)，在亚洲地区中排名第一，而且收费不贵，加上主要人口大都集中在都会区，且台湾在地理环境上为岛形，对卫星上发展DTH商业应用来说并无可用的优势，故目前并无成功的案例。有些业者鉴于在本地区无法与
6、有线电视抗衡，即向大陆、东南亚或美西地区提供DTH服务，如此可充分发挥卫星广播的优势。DVB/IP 与远程教学事实上DVB/IP与卫星应用的远程教学皆为利用DVB-S变化的应用，DVB/IP是将数字影音及Internet(或者是Intranet)连结使用，也就是使用者除了可以接收从卫星而来的影音数据外，在同时也可以使用从卫星而来的因特网，或者是企业内部网络，可以是档案或者带IP的任何资料，如果是企业内部要做远程教学，只要将影音数据压缩成档案模式就可以广播发送至所有分支机构，当分支机构将档案接收下来后，即可利用计算机播放影音数据完成教育训练。通常DVB/IP有两种不同的双向连接方式，如下图四及五
7、：图四、卫星链路做下行单向广播，分支机构由地面公众网络上行单向连接主站图五、由卫星链路做上下行连接一般DVB/IP在图四上的应用是目前的主流应用，原因是图五使用卫星双向连结就必须在分支机构上架设一个可以收发的卫星小站，技术较复杂且成本较高，使一般企业无法普遍接受的应用。至于远程教学的应用可以不一定需要DVB/IP的平台，直接利用DVB-S应用做单向的广播教学即可，缺点是少了双向互动。DVB/IP平台技术主要下列两种，如图六及图七图六、结合影音及数据以DVB格式的数字串送出图六的技术起源于DVB-S一般都是利用MCPC (Multi channel per Carrier)的多任务方式，由于其中
8、有许多无效的封包(Null Packet)在内，与其白白浪费，不如拿来以Data的封包替代，如此在不增加转频器频宽之下，又可多一项服务项目；但因DVB内无效的封包(Null Packet)并非固定的数量，而是动态的变化，所以所传输的数据量多寡也会随之变化，但基本上都会维持一定的比例值。由于DVB-S的载波皆为大载波，故卫星接收装置不需要太复杂且便宜，对一般用户而言是可以接受的应用。图七、将数据以DVB格式的数字串送出图七只是单纯将数据处理以后，以DVB格式的数字串送出，而在后端再和其它经MPEG-2编码器处理后以DVB格式送出的影音数字串以MCPC方式结合送出(或者不与其它影音数字串结合成MC
9、PC方式，而单独送出DVB格式的纯IP封包载波也可以)，在此数据是被当成一路影音讯号的角色，而非替代其中无效的封包(Null Packet)。目前DVB/IP的平台有几家较知名的厂牌如 Skystream、CyberStream、Norsat、Harmonic、Logic Innovation及Thomcast等，在台湾有年代电通的IDTV及其远程教学，台亚卫星提供给国泰人寿的远程教学及档案传输，大陆的”绿网工程”的应用等皆属于此平台的应用方式。 2. 卫星的因特网连网卫星的因特网连网的连结方式主要分成两种，一种是点对点的连接方式，另一种是多点对多点的连接方式；点对点的连接方式点对点的连接方式
10、用于跨国ISP联机，或偏远地区及多岛屿地区的因特网连网干线，但此种方式不具备卫星广播的优点。目前只要海缆或者是陆缆普及的地区或国家，在价格的竞争性上，卫星是无法令客户满意的，且基本上因地球与卫星距离遥远（约有36000km），所以卫星在传送数据时，大约会有250ms280 ms的时延，对于卫星传输因特网数据(使用TCP/IP的通信协议)时，就会针对每个USER的流量(Throughput)有速率上的先天限制，一般的影响程度如下表一：表一：TCP的Window size设定大小与使用卫星时流量关系在此情形下卫星的优点是无法被突显出来的，所幸有许多厂商已针对此问题开发出相对的设备用于卫星通信上，可
11、大幅改善时延造成流量限制的问题。在一般较注重通信品质的因特网提供者而言，通常会考虑到不同路由的连接，故除海缆的单一路由方式而言，若考虑使用另一种无线路由如卫星，则可避免当单一路由中断服务时，造成无法提供服务的窘境，以目前而言卫星只要价格具竞争力，此市场对卫星而言仍大有可为。多点对多点的连接方式一般是以VSAT(Very Small Aperture Terminal)系统为主，此种系统是最能利用卫星优点的通信方式，最主要是使用TDMA(Time Division Multiple Access) 及DAMA(Demand Assigned Multiple Access)通信技术，此种技术最主
12、要的是可以让卫星频宽资源充分得以利用，不会像专线一样就算没有流量在内还是一样要保持固定频宽造成浪费，它可以弹性提供频宽，且可以按使用者提出需求调整频宽，通常其网络拓朴(Topology)结构分成两种，一为网状网络(Mesh Topology)，另一为星状网络(Star Topology)结构，如图八；此种卫星因特网连接的通信方式有些类似于地面的VPN网络，除可弹性调整频宽外，更可以快速建立新的连网地区。图八(a) 网状网络连接示意图图八(b) 星状网络连接示意图3. 跨国企业的内部连网一般跨国企业所需的内部连网因需确保通信品质及能达成快速沟通的方式，皆以专线式的连接方式居多，当然跨国的通信路径
13、可以选择海缆或卫星，在此则以卫星的通信论述为主，其通信的连接方式同卫星的因特网的连接方式一样，有点对点的连接方式及多点对多点的连接方式。点对点的连接方式较适用跨国分据点少的企业，因为每一个点对点的网络要通信就必须要有一套通信设备，若有三点需网网相连，每个跨国分据点皆需二套设备，其连接线路为三条，若有四点需网网相连，每个跨国分据点皆需三套设备，其连接线路为六条，以此类推若需要n点需网网相连，每个跨国分据点皆需(n-1)套设备，其连接线路就需为(nx(n-1)/2)条，故通信设备及通信线路的增加，对企业内部的管理也更加烦索。多点对多点的连接方式应用就较适合跨国分据点多的企业使用，因为使用VSAT通
14、信系统加上TDMA及DAMA通信技术，除了可有效利用卫星频宽资源外，并可大幅减少通信设备；至于其网络拓朴结构是要使用网状网络，还是要使用星状网络，则要依据下列不同的考量来选定(请参考图八)：网状网络优点：可以提供每个小站对任一小站的通联。缺点：设备皆是单一套的(包含企业总部的小站设备)，若发生故障时需较长的处理时间(视维护中心至故障处的距离而定)。星状网络优点：主站的设备因置放于卫星公司，故备份完整，故障时处理时间快速，总部只需用地面专线连接至卫星公司即可。缺点： 所有小站如要与另一小站做通联时，需经主站再透过主站至另一小站才能沟通，这就是卫星术语所谓的双跳模式，此种模式并不适合使用语音来通信
15、，因为会有两倍的语音时延问题(约0.60.8秒)。以目前跨国企业的内部连网应用方式而言，应于ERP、语音、传真、Intranet及视讯会议皆可。 4. 军事或紧急救灾系统的应用事实上卫星的特点就是不受地形地物的限制，因此在军事通信运用上，卫星通信无疑是最佳的选择，其应用有侦查、定位、导航及通信等应用，通信方式从低轨卫星到固定卫星都有，此应用不在本文讨论范围。至于卫星通信在紧急救灾系统的应用更是可以发挥所长，当921大地震及纳莉水灾发生时，唯一能提供紧急通信服务的只有卫星通信，卫星通信优点在于建制时间短，无地形限制，能快速提供通信服务。其应用的方式除可以连接视讯会议外，一般的语音、传真甚至于因特
16、网皆可。如果再配合移动式通信车，则紧急救灾系统可更加完善，紧急救灾系统的应用示意图如图九。图九、紧急救灾系统的应用示意图5.移动通信应用要将移动通信应用在目前的固定卫星通信上有着极大的挑战，一般通信站都是固定在定点，亦或是移动式通信车也是将车辆开至定点固定住后再进行通信作业，但目前此种运用方式越来越不能满足现代的通信需求，固定卫星通信较其它种无线通信方式的优点在于涵盖范围广，缺点就是无法像其它无线通信一样有着移动通信的功能，所以不论是在一般商业应用或者是军事及紧急通信运用上总有一些遗憾，故国外一些厂商针对陆、海及空发展一些可以在移动中应用的载具，提供通信服务。陆地移动式应用一般在陆地上应用于移
17、动式通信的载具设计较海空应用难，因为如果车辆开到颠颇路面时，上下左右的移动频繁通常都无法进行正常通信，因此会要求通信时路面的品质，车辆的时速等相关条件。在欧美一般运用于移动接收DTH讯号，在大客车或个人休旅车上加装接收载具，即可在行驶中收看电视节目(此方式是收卫星DTH，而非接收BVD-T的讯号)，KVH公司能提供相关载具；若要做双向的通信运用于陆地上，中国重庆航天研发的动中通有此功能。海上移动式应用海上的通信在目前一般皆以Inmarsat为主，因为在海上要做长距离的通信是很困难的，但由于Inmarsat的通信费用较昂贵，故才有海上的固定卫星通信的应用，如SeaTel公司就为其中代表，安装于大型船只上可提供海上无间断的通信服务。空中移动式应用空中移动式应用最典型的是美国应用于全球鹰(Global Hawk)上提供通信服务，藉由卫星的涵盖范围广的优势，可将侦查结果实时回传总部。
