您现在的位置: Home > 新闻中心 >

美军卫星通信带宽不足 无人机部署已受严重影响

作者:admin   发布于:2013-09-12 11:03

    美国军方和国防部在预算上面临着前所未有的压力,与此同时,他们需要的卫星通信带宽却日益增加,这样一来,卫星通信带宽的需求和供应之间的矛盾就越来越大。对防卫部门来说,减小这种矛盾就成为了一个重大而紧迫的挑战。

  举例来说:一架“全球鹰”无人机大约需要500Mbps的带宽,这是“沙漠风暴”行动中美军需要的总带宽的5倍;在“持久自由”行动期间,五角大楼同时只能部署4架无人机(可用无人机数量的一半),原因就在于没有足够的卫星通信带宽供全部无人机使用;据估计,在2010年时,要进行一场现代化战争,五角大楼需要大约16Gbps的卫星通信带宽,而那时国防部可能只拥有大约2Gbps的带宽。这些事实强调了卫星通信带宽不足对全球范围内空中和地面军事行动造成的严重影响并说明了为什么我们迫切需要找到办法来缓解这种不足。

  在2012年迪拜航空展开幕期间,法国空军参谋长让-保罗•帕洛梅洛斯(Jean-Paul Palomeros)上将在空军领导人会议上强调了卫星通信带宽不足这一紧迫问题。他说,“我们需要新的通信带宽标准,因为目前的带宽已经被占满了。越来越多地使用“捕食者”、“死神”、和法国“雪鸮”等无人机产生了包括全动态视频在内的巨量数据,高清摄像机、激光指示器、成像雷达、地面移动目标指示器和多光谱成像器等复杂的传感器需要大带宽来传送数据。由于需要使用执行多种任务的无人机,而且很多遥控飞行器都是同时进行操作的,计划人员估计需要非常大的带宽。”

  根据《防务新闻》(Defense News)的一篇报道,要拥有20Gbps左右的带宽才能满足数量不断增多的无人机的需要,而目前卫星通信链路中的Ku波段带宽无法承受如此大的数据量。

  无人机部署愈演愈烈

  无人机在世界范围内的使用越来越广泛,因此通信带宽不足的问题可能会更加严重。从2007年起,英国军队就开始在阿富汗使用“死神”无人机了。2012年4月,英国国防大臣莱姆•福克斯(Liam Fox)调拨了1亿3500万英镑资金用于购买“死神”无人机,以使英军到2013年时拥有10架该型无人机(原有数量的一倍)。在美国,五角大楼近期宣布要购买至少50多架增程无人机,这表明五角大楼把注意力转移到了在未来几年内增强无人机的移动通信能力上。无可避免的是,这种注意力的转移会使当前美军无人机的数量增加一倍以上,这会导致卫星通信带宽不足的问题变得更突出。

  更糟糕的是,国防预算的大幅削减以及伴随世界范围内恐怖主义威胁迅速增长而日益激烈的政治动荡使通信带宽不足的问题变得更加严重。扣除物价因素后,英国未来4年的国防开支大约会削减8%。在美国,奥巴马总统要求国会在未来10年内将国防开支减少4500亿美元。

  希望的曙光

  那么,我们可以采取什么措施来缓解这一问题呢?幸运的是,一种突破性的第3代卫星调制新技术(NS3)让我们看到了希望。根据49名不同用户单独进行的测试,在同等条件下,与第2代卫星数字视频广播标准(DVB-S2)相比,使用这种提高频谱效率的技术能够使卫星的通信性能提高20%到78%。

  此外,NS3技术要比上一代技术更加可靠,尤其是在极端的、不理想的条件下(如存在较强的相位噪声或卫星功率不足的情况下)。卫星通信带宽不足是由两方面的原因导致的:首先,需要大量带宽的无人机部署的数量越来越多,这就需要越来越多的带宽;其次这些无人机与广播等行业针对可用的带宽展开了争夺,这些行业需要的带宽也在急速增长,因为它们采用了其他消耗大量带宽的技术,如高清和3D电视节目。这种争夺是在对卫星通信带宽的需求超过供应的背景下展开的,有些行业分析人员估计,这种供不应求的情况将会在2015年到达一个关键节点,那时候供应将会超过需求。

  为了解这种新的卫星调制技术的重要意义,我们有必要看一下卫星通信技术的发展演变。1995年,第一个卫星数字数字视频广播标准(DVB-S)被开发出来。这一技术提供了最高45Mbps的数据传输速度,成为了卫星产业发展的一个重要里程碑,并作为一种事实上的标准在全球得到了广泛使用。2005年,新的技术突破使得第2代标准得以产生,这一标准被命名为“DVB-S2”,与第1代标准相比,该标准在性能上有了25%到30%的巨大进步。2011年春,NS3出现在世人面前并为人们所接受,在此之前,很多人都不相信会有比DVB-S2标准先进整整一代的技术出现。

  下一代卫星通信技术

  最近出现了一项新技术——NS3,世界各地的一流操作人员已经对这项新技术进行了49次独立试验。尽管一开始开发人员保守地说这项新技术会带来20%的性能提升,但由世界各地不同卫星进行的测试却表明,相对于DVB-S2 标准,这项技术能使卫星通信性能提高28%到78%,数据传输速度高达358 Mbps。通过改善频谱效率,可以使同等大小的通道传输更多数据,使卫星通信性能得以大幅提高。

  使用这项技术后,与使用DVB-S2标准相比,传输相同的数据量会降低28%的成本,会使带宽严重不足的地区(如西欧和亚洲部分地区)的可用带宽增加28%或更多,能够在天线尺寸减少35%的情况下达到相同的数据吞吐量。 尽管单独来看这些数字不算巨大,但考虑到租用卫星转发器的成本在逐步上升,因此采用新技术后会节省大量资金。

  NS3技术能够利用一组载波实现全脉冲转发,因此可以大大降低带宽72 MHz的宽带转发器的使用成本。以往的地面设备通过一组载波无法支持带宽超过36MHz的转发器,必须要使用两组载波。随着第3代卫星通信技术的出现,利用一组载波就可以支持全宽带转发器了,这就意味着人们可以充分利用转发器,发挥它的全部潜力。

  这样一来,在很多转发器上进行的测试显示能够提高50%到78%的性能就一点也不奇怪了。采用新技术后,一个带宽为72MHz的转发器的数据传输速度达到了创纪录的358Mbps,这要比目前性能最好的调制解调器能够达到的最高数据传输速度(168Mbps)快得多。

  为说明节省成本的情况,让我们来看看租用卫星转发器空间段的平均成本。租用一个转发器的成本是每月每MHz 3-7千美元,也就是一年3.6-8.4万美元。我们假定采用新的NS3标准后租用一个带宽36 MHz的转发器的成本降低28%,这就相当于每年的租赁费用减少36-84万美元。与使用带宽72 MHz的转发器做一比较,使用新标准后,保守的说会节省62%的带宽,那么每年节省的租赁费用高达160-370万美元。

  而且,使用这种新的卫星通信技术不仅会给使用无人机带来好处,而且还会给地面作战带来好处。由于可用频谱有限、地形复杂或天候不良等原因,卫星信号在实施地面作战的地域上往往很弱。利用新的卫星信号调制技术的另外一种优势是能够扩大卫星信号覆盖范围,或者在信号接收质量低达2.5db的情况下保持相同的数据吞吐量,或者在链路预算、衰落余裕和功率相同的情况下将性能提高28%以上。

  地面部队和无人机遇到的另外一个问题是用来传输卫星信号的天线的重量和尺寸。对地面部队来说,天线尺寸能够缩小35%意味着单兵背包里面的天线尺寸和重量也会相应减少。对无人机来说,天线尺寸的缩小能够大大有利于改善飞机的气动特性,减少空气阻力和燃料消耗,提高航程和留空时间。最为重要的是,天线尺寸缩小后就使缩小飞机尺寸成为了可能(天线的最小尺寸往往会制约飞机的尺寸),飞机尺寸缩小能够使其更不容易被探测到。

  地球观测卫星在距离地面400千米的高度每90分钟绕地球一圈,因此其经过地面站上空的时间只有短短几分钟。采用NS3技术后,其数据下行传输速度会提高37%到50%。在地球观测卫星上也存在成本和可用带宽问题,卫星的性能问题也非常重要。地球同步通信卫星运转在高度为35786千米左右的轨道,与地球自转保持同步。这些卫星需要传输的视频(高清电视频道和3D电视频道日益增多)和数据越来越多。

  从本土安全的角度来看,在灾害救援期间,卫星通信可靠性的重要意义不能被低估。在2012年3月日本地震和海啸期间,有报道说有超过1万5千家企业和150万家庭长时间无法与外界联系。连接日本和美国的4条常用海底电缆和4条备用海底电缆全部损坏,无法使用。我们不能低估日本以第3代卫星通信技术为基础建立备用网络带来的巨大经济效益和强制性需求。

  随着美国国防预算削减隐约可见以及政府设法应对在全球范围内部署更多数字化武器带来的挑战,新的技术创新已经使一种过去认为不可能的技术标准改进得以实现。这种技术突破使我们有理由对解决卫星通信带宽不足问题从而在太空为那些保护地球的新式数字化武器提供足够空间感到乐观。


上一篇:EBU选择NovelSat卫星调制技术
下一篇:技能创新为军事动作淘汰卫星通信带脱期制
京ICP备11009922号 京公网安备11010802014888号 电话:8610-5881 8652 传真:8610-5881 8810 Copyright © 2007 - 2016 DWT Corporation,All Rights Reserved.