国内外卫星宽带多媒体传输发展

徐碧越　陈绍山

卫星通信技术投入商业运营后，历经30多年的发展，已经由洲际通信、区域通信、集团或专用通信进入到当今全球移动卫星通信和全球宽带通信的新阶段。卫星宽带多媒体是采用宽带卫星通信链路来承载多媒体业务的通信方式，其特点是数据速率高、业务面广、覆盖面大、通信成本低廉、网络维护简单，是目前流行的一种远程通信手段，成为卫星通信发展的新热点。

随着视频会议、远程医疗、远程教育、电子购物、远程监控、应急通信等交互式多媒体应用的日趋普及，用户的多媒体业务需求快速增长，卫星宽带多媒体传输逐渐成为世界各国卫星通信研究的新热点。近年来，欧美一些发达国家陆续建设了多个卫星宽带多媒体系统，中国的卫星宽带多媒体传输技术虽较欧美有一定差距，但已将推进卫星宽带多媒体系统建设作为未来卫星通信的重要发展方向之一。

欧奠：先进技术带来更多服务

欧美地区发达国家早在20世纪80年代就全面开展了卫星多媒体传输技术的研究，90年代开始进入规模商用阶段。1997年，美联邦通信委员会（FCC）启动多媒体卫星通信系统牌照申请工作，各公司可以自主申请卫星多媒体专用频段，包括Ka频段、Q/V频段和Ku频段。

进入21世纪后，全球卫星宽带多媒体进入了快速发展阶段.欧美发达国家陆续建设了多个卫星宽带多媒体系统.较有代表性的有：麦考通信公司的Teledesic系统、休斯公司的太空之路（Spaceway）系统、欧洲卫星通信组织的Eutelsat系统、欧洲航空局的Artemis卫星系统、EuroSkyway卫星系统、美国Viasat公司的Ka宽带星系统等。

Teledesic系统是由微软公司和麦考通信公司筹建的一个着眼于宽带业务发展的低轨道卫星通信系统。系统原计划由840颗卫星组成，均匀分布在21个轨道平面上，实际使用后简化到288颗：Teledesic系统的每颗卫星可提供lo万个16kb/s的话音信道，整个系统峰值负荷时，可提供超出100万个同步全双TEl速率的连接。该系统同时支持视频会议、交互式多媒体通信以及双向高速数据业务。Teledesic系统以卫星为通信节点，构建星间交换网络，具备全球覆盖能力，是名副其实的“全球空间互联网”，但由于其后续投入巨大.投资回报率低，发展受到了很大的制约。

休斯公司从2000年起开始研制太空之路（spaceway）卫星宽带多媒体系统，采用分阶段部署的方案。2005年，由休斯公司和波音公司共同研制的太空之路1号（SpacewayF1）成功进入预定轨道，这是美国直播电视公司DirectTy的首颗Ka频段高清直播卫星，标志着电视直播进入高清时代。2006年，太空之路2号（Spaceway F2）发射升空，为DirectTy的八个新市场提供本地高清电视节目广播服务。太空之路1号和2号一同工作，使得DirectTV公司具备传送1500多个本地高清频道和150多个国家高清频道的能力。2007年发射的太空之路3号（spaceway-3）是第三代卫星宽带技术的代表，其星载转发器全部为Ka频段，数据传输能力可达到同期Ku频段卫星的五到八倍，支持全网格结构的多媒体IP接入。其核心技术为星上IP交换处理技术和多点波束技术、在星上即可完成对地面用户数据的接收、处理和路由等功能，实现数据的单跳传输，大大降低数据延迟，从而使卫星网格传输成为可能，点对点速率高达440Mbps。

2010年，欧洲卫星通信组织和美国卫讯公司合作开发的Eutelsat卫星是欧洲首颗全Ka频段大容量宽带多媒体通信卫星，该星采用了最先进的Ka波段点波束设计，用于向欧洲、中东及非洲部分地区提供高速宽带、视频和数据应用等服务。Eutelsat系统的地面网络由10个与互联网骨干网相接的地面站组成，地面站采用了美国卫讯公司的SurfBeam技术和设备，搭载82个Ka波段237MHz宽带转发器，即82个点波束，每个点波束数据吞吐量为457Mb，卫星频率复用率极高，可达20次，总吞吐量达到70Gb/s，是标准Ku波段通信卫星的38倍，用户终端数量可达200万。

2011年，美国卫星通信设备及宽带服务提供商Viasat的首颗宽带通信卫星Viasat 1升空，这是全球首颗总数据吞吐量超过100Gbps的全Ka波段的大型宽带多媒体卫星，其总容量超过140Gbps，超过北美地区其他所有商用卫星容量总和。作为下一代宽带通信卫星的代表，Viasat 1卫星应用Ka波段多点波束和频率复用技术，使卫星总带宽增加到最大限度。该卫星的超大容量可满足未来十年加速增长的多媒体互联网接入服务对卫星带宽的需求，并可以更快的数据传输速度和更高的数据量，使用户能以合理的价格获得更好的宽带体验。

Viasat 1卫星共有72个点波束，其中63个点波束为美国本土提供多媒体宽带互联网业务，其他9个点波束则为加拿大农村地区用户提供宽带服务。该系统由星上系统以及SurBeam2地面系统组成，地面系统包括卫星用户终端（Ka波段蝶形天线和卫星调制解调器）、网关卫星地面站及网络操作中心，提供多种形式的多媒体业务。该系统不仅满足地面用户的媒体密集型网站流量、视频通话、流媒体视频剪辑、新闻采集、动态HD视频共享等住宅型多媒体应用需求，还可以满足各种专业多媒体应用的需要，如SNG、HDTV直播等，可为飞机和火车上的乘客提供多媒体接入服务。借助该系统，用户无论在何处居住或工作，都可以获得等同DSL的多媒体通信服务。

中国：从卫星电视起步

我国卫星多媒体应用的起步，源于卫星广播电视。1985年，中央电视台通过租用国际通信卫星向全国传输模拟电视信号，正式拉开我国卫星广播电视业务的序幕。进入21世纪、我国迎来了数字卫星电视直播的快速发展阶段。2001年，中国空间技术研究院开始研制新一代大型通信卫星平台——“东方红四号”，该平台可适用于进一步研制大容量通信广播卫星和大型直播卫星。2003年，该平台的关键技术全部研制完成。2006年，采用该平台的“鑫诺二号”直播卫星发射，这是我国首颗电视直播卫星，配置22路Ku频段高功率转发器。其后陆续成功发射鑫诺三号、中星9号、中星10号、中星6A、中星2A等多颗广播和直播电视卫星。目前，我国大陆地区已实现几十套卫星高清电视节目和100多套标清数字电视节目的广播，“村村通”和“户户通”直播卫星用户超过3000万户。

与卫星广播相比，其他宽带卫星多媒体应用在我国虽得到一定的发展，但普及面不大。较有代表性的有双威通信网络有限公司经营的高速Turbo 163平台、中国通信广播卫星公司经营的“中星宽带”平台和“中星在线”系统、东方家园信息公司使用的电子商务卫星网络系统、上海建华卫星网络公司等单位经营的“宽带之星”系统、中国卫星通信公司的IPSTAR～.星宽带系统等。Turb0163系统自2001年起开始运营，定位为全国性空中宽带网络服务平台，转发卫星采用“亚太3号”同步轨道卫星。该系统采用休斯公司的DirectPG信息接入技术，为用户提供高速上网、多媒体远程教学、多媒体证券行情传输等业务。中国通信广播卫星公司研制的“中星宽带卫星多媒体”平台集成先进的视频会议系统，集音视频和数据协同操作为一体，能提供多种方式的数据共享功能，采用DVB标准进行传输。其功能包括卫星多媒体节目实时传输和投递、卫星广播/组播模式视频会议、远程教育等。中国卫通IPSTARTJ星宽带系统是基于IPSTAR卫星的低成本、高容量卫星宽带平台，该系统将卫星通信与基于IP的宽带业务结合，与地面宽带网络互为备份和补充，能同时满足千万级用户的宽带多媒体传输需求。其主要业务包括MPEG4视频流直播、双向互动视频、新闻采集和TV回程服务、视频点播、应急可视信息采集、视频监控、移动中继、链路备份等。

总体上看，我国卫星多媒体业务还是以卫星广播和直播业务为主，其他卫星多媒体应用规模相对较小，大多集中在特定行业内，并未形成大规模普及应用。

未来走向何方？

从国际卫星通信发展来看，Ka频段卫星通信已成为下一代宽带多媒体卫星通信发展的主要方向。Ka卫星通信系统将发展成远程空间宽带信息传输的主要形式，其与地面无线宽带通信、地面有线宽带通信共同构成覆盖全球的信息高速公路网。预计5年后，Ka新星数量将为现在5倍以上，单颗Ka星的容量可高达几百Gbps，Ka资源将占固定轨道卫星资源的80%以上。目前，我国卫星多媒体业务基本上还是承载在Ku频段和c频段上，由于这些频段已属于过度开发，拥挤不堪，严重制约我国卫星宽带多媒体的进一步发展。所以，全面开发Ka频段多媒体卫星系统迫在眉睫。

完整的卫星宽带多媒体系统包括空间段、地面段和用户段三部分，其中空间段由一颗或多颗专用宽带多媒体卫星转发器组成，地面段由网络管理中心以及多个卫星信关站组成.用户段由多种形态的多媒体业务终端组成。从空间段上看，我国尚缺乏自主研制的Ka频段多媒体卫星，拥有专用的宽带多媒体卫星是地面应用规模开展的前提。目前，国外运营的宽带多媒体卫星系统主要有低轨道、中高轨道和同步轨道三种类型。其中，同步轨道卫星系统具有单颗星覆盖面广，技术相对成熟、研制成本和后续运营成本低等优点，更适合我国在发展Ka宽带多媒体卫星初期采用。同时，我国应开展星上处理和交换技术的研制和应用，逐步转变卫星透明转发的角色，实现真正的“空中网络交换”。

我国卫星多媒体的发展在地面段上也面临着极大的挑战。首先，中国在网络架构、空中接口标准方面缺乏统一成熟的标准，需进一步消化吸收国际主流的卫星宽带通信标准，制定适合我国国情的Ka卫星宽带通信系统的通信体制，并设计完整的空中接口协议和地面信关站接口协议，研究多波束卫星的组网方式，优化资源配置，增加系统容量，为网络运营商提供灵活的运营模式：其次，信关站是卫星宽带多媒体网络的通信枢纽，卫星宽带多媒体网络与地面通信网络是互补的关系，必须着重实现信关站与Internet及移动通信网的互联互通，提供多媒体业务在网际问的无缝传输，这是实现天地一体化的宽带多媒体网络的关键：另外，Ka频段卫星终端的发展方向是小型化、低成本、低功耗，这需要全面掌握终端的天线、射频以及基带等部件关键技术才能实现。目前，射频前端的器件设计和制造技术仍被国外厂商垄断，需加强与国外卫星厂商的联合开发和技术合作，采取集成创新和自主研发并举的技术路线，推进大功率器件、低噪声放大器、有源和无源滤波器、变频器等射频关键器件的自主创新。基带以及应用部分的关键技术可以更多地在传统卫星频段终端的成熟技术基础上进行开发，着重设计具有自主知识产权的基带信号处理算法以及基带芯片。

从国外卫星通信发展的趋势看，Ka频段卫星宽带系统将是今后卫星宽带多媒体的主流。建设自主研发的Ka频段卫星宽带多媒体系统对消除我国信息化发展不平衡、构建覆盖全国的信息高速公路网络具有重大战略意义，这是我国未来卫星通信的重要发展方向之一。虽然我国在该领域上起步较晚，与国际先进水平有一定的差距，但依托国家对新型信息产业的政策支持，凭借在传统卫星通信上积累的经验和技术力量，大力开展Ka频段宽带多媒体卫星通信的各项关键技术的深入研究，推动Ka频段卫星设备的产业发展，不久的将来一定能开创我国卫星宽带多媒体的新局面。