何淑贞
摘要本文从介绍宽带多媒体网络的技术要求开始，进一步分析宽带卫星多媒体通信系统如何符合宽带多媒体网络的技术奖求，卫星与Internet、卫星VSAT-CATV-Internet综合网络，最后介绍几种最新宽带卫星多媒体通信系统。
关键词 宽带多媒体网络 卫星通信系统 Internet VSAT-CATV-Internet
宽带似乎正在让各方面的人为之疯狂。投资商狂热地追捧投资，运营商大举进攻，企业家跃跃欲试，加之用户与媒体的望眼欲穿的企盼，使得竞带变成了一场正在酣畅淋漓地进行着的世纪大战。那么宽带为什么会变得如此之热，那是因为在通信领域，有了充足的带宽，就会高速传递数据、视频。音频等多媒体信息。就像有了合格的高速公路，就会跑起多种设备精良的汽车一样。从某种意义上说，有了宽带，就会有高速度，就会有多媒体的传送。
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了当今全球移动卫星通信和全球定带通信的新阶段。很显然，卫星通信技术的发展，是与全球经济同步发展，为全球经济的发展和信息化做出重要贡献。特别是作为未来全球信息高速公路的Internet的飞速发展和蔓延，交互式多媒体业务的迅速增加，全球定带多媒体通信必然成为对世纪卫星通信发展的热点。
首先介绍多媒体网络的技术要求，其次介绍卫星通信系统的技术优势，卫星一Internet、卫星VSAT－CATV－Internet构成地面、空中立体Internet，最后介绍当今最新卫星宽带多媒体通信系统的代表。
1 多媒体网络的主要技术要求
在多媒体技术出现之前，信息交流基本是通过文字、语音、图像或图形等单一媒体形式进行的。多媒体技术是一种新兴的信息、交流入式，它不是简单的把声音。文字、图形和图像等几种媒体叠加后呈现在人们面前，而是通过有机的信息集成，为人们提供最优的视听品质。随着多媒体应用的逐步普及，传统的网络框架已不再适用，全交换和高速接入已成为新型网络结构的两大特点，也就是说要传输多媒体信息，对网络技术的基本要求应包含以下内容。
1.1 足够的带宽
多媒体通信网络必须有足够的带宽，这是因为一方面是多媒体通信海量数据的要求，另一方面是只有高带宽才能确保实现用户与网络之间交流的实时性。一般情况下，多媒体信息包括多种不同类型的敌据，有图像的、文字的、高音质的音频、图形的数据，数据传输速率应该在100Mb1t／。以上，才能满足各类多媒体通信应用的需求。
1.2实时性和可靠性
网络必须保证多媒体通信的实时性和可靠性，以保证服务质量。为厂获得真实的现场感，语音和图像的延时都要小于0.25s，静止的图像要求小于
1s。对于共享数据要求没有误码。
1.3 同步要求
同步要求包括媒体间同步和媒体内同步的要乘。因为传输的多媒体信息在时空上都是相互约束、相互关联的，多媒体通信系统必须正确反应它们之间的约束关系，如在电视剧中，必须保证声音和图像间的同步。
1.4 交互性
没有交互性的系统就不是多媒体系统。例如，电视机虽然有图像、声音和文字显示，但观众只能被动地观看，没有交互能力，它不是多媒体系统。如果把电视技术具有的图像、声音、文字并茂的信息传播能力，通过多媒体技术与计算机结合起来，产生交互功能，从而形成全新的信息传播方式，这就组成了多媒体系统。
现有的电信网、计算机网和CATV网，虽然都可以用来传输多媒体信息，然而都各自存在不同的缺陷。加之全球范围内Internet接人。交互式多媒体业务、电视会议和其他带宽密集型应用的迅速增长，要求有更加灵活和成本低廉的宽带解决方案。地面解决办法已不能满足市场的需求，一些电信开发商把眼光转向天空——卫星通信。
2.宽带卫星系统的多媒体应用业务的优势
2.1宽带多媒体卫星通信时代的曙光已从地平线上升起
（1）宽带卫星接入市场迅速崛起：Internet接人和内联网的发展是推动宽带卫星业务迅速发展的主要因素。从商用卫星业务、直播卫星业务、甚小口径卫星终端（VSAT），以及在分组数据传输、专用网络通信和移动卫星通信的应用都已获得成功。
宽带卫星网络在满足Internet接人需求方面占有特殊的地位，在未来宽带网络市场占有重要份额，从全球多媒体卫星通信市场收人看， 1998年为1.8亿美元，到2005年将增加到1000亿美元。
（2）卫星将成为天空中的虚拟交换机：卫星Internet技术将解决应用需求与网络带宽之间的矛盾。卫星将成为空中的交换机，将大大减少部署新网络和业务所需的时间和成本，并提供大量多媒体应用所需的网络容量。多点传送、IP视频流多点传送、多种形式的多用户会议，都是卫星宽带技术所具有的广播和覆盖范围宽的特点所提供的新业务。
（3）宽带卫星网络将提供一种空中Internet：它不同于地面网络的显著特点是用户可以按需要使用网络带宽，而且能提供高速接入能力，它通过固定和移动终端，以兆比特以上的速率为用户提供高速话前、数据等各种新的业务。
（4）高级Internet多媒体业务：所谓高级Internet多媒体业务是通过宽带卫星系统，对直播卫星用户提供丰富多彩的新的数据和图像业务，目前这种业务分两大类：
①个人化多媒体业务：主要是提供个人化电视，通过软件和硬件增强性技术，用户就可点击屏幕角上的小图标，就能立即插播所需的体育、新闻、娱乐等信息。
②交互式多媒体业务：主要提供交互式Internet电视。
2.2宽带卫星系统的技术优势
宽带卫星通信网可以真正实现电话网、计算机网和有线电视网CATV的三网合一，宽带卫星具有以下几个方面的优势：
（1）具有广播和覆盖范围广的特点：一颗卫星的波束覆盖范围可达几十公里，由于卫星技术具有广播和覆盖广的特点，可以实现IP视频流多点传送。
（2）具有可快速部署性的特点：宽带卫星系统可以和地面系统相结合，例如可以和CATV相结合，也可以绕开复杂的地面网络建立独立的卫星网络，且快速实现部署完毕，特别是移动卫星终端可实现即插即用迅速实现全球通。
（3）具有带宽利用率高的特点：卫星系统可以配置成按需提供带宽，而且可以动态分配接入容量，以满足广播、多点传送和多媒体通信需求。
（4）具有低成本、高带宽的特点：卫星系统其成本与距离无关，能以较低的成本，提供较宽的带宽，随着使用宽带卫星多媒体业务的扩大，其接人价格将会进一步降低。
（5）对终端用户实现地址化管理，从而能为用
户及时提供所需的信息。
（6）宽带卫星多媒体通信网络可提供一体化网络：卫星网络因其覆盖面广、可快速布署、价格与距离无关、价格低、高带宽，又可与地面各种局域网、城域网，特别是CATV网相连，共同接人全球最大的 Internet，构成空中、地面，立体交叉、无缝连接的全球网，卫星网当之无愧地将成为全球宽带主干网。
3 卫星-CATV-Internet构成地面、空中立体多媒体综合信息网
3.1 VSAT－CATV－Internet
（1）VSAT系统的广泛应用促进了卫星通信的发展，VSAT系统是一种近十几年来发展起来的卫星通信应用新领域。它有以下特点：
①是传统卫星通信方式的重大突破和发展。VSAT系统叶以直接安装到用户，问时能提供高质量的数据、话音、图像和其他多媒体综合业务。目前广泛应用于寻呼业、证券信息业、报纸出版业、企业专网等行业。
②VSAT系统具有覆盖范围大、结构灵活、组网迅速方便、易于实现多级连接，用户终端接入方式灵活、经济实惠，既可以通过天线直接与终端设备相连，又可以通过地面接收站和相应的本地环路与用户相连。这些独特的优点使VSAT可以与地面网络系统在接人Internet方面进行全面竞争，又以独特的优势与地面网，例如CATV网连接起来共同接入 Internet，使它具有与光纤相近的服务等级和 IP广播服务等优点，已成为近期国际发展的重点。
（2）VSAT－CATV－Internet连接示意图如图1所示。由于卫星 VSAT网络其独特的优点，使它成为地面网的重要补充，甚至在某种场合成为唯一的方案是可行的。从图1可见，各种局域网或各种专网可以通过地面网，如 CATV网，和 VSAT网同时接入Internet，利用VSAT网络作为地面网的重要补充。有时由于种种原因，地面网会发生阻塞和故障，信道比较拥挤，此时可利用 VSAT网接入Internet，使业务不受影响，这样就实现了地面、空中互为备份或用户任选通道接人Internet。
3.2 卫星一有线电视一Internet的新颖结合
（1）新的思路：目前，上Internet已经不是什么新鲜事，上网已经成为当今一种时尚。不过现在与Internet的连接方法主要是电话线连接和专线连接。对于有PC机的用户，只要配备了调制解调器，就可以通过电话线拨入ISP的服务号码，就可以进入Internet的世界。但是，这种接入方式，受限于线路速度，最高不超过56kbit／S，且上网的费用对于老百姓来说还较高。专线的连接方式或是指利用光缆、电缆、或卫星及微波等无线信道，或租用DDN专线将个人用户或单位的局域网接入 Internet，专线连接其优点是叶以建立一个站点，传输速度快，但联网费用昂贵，只适合于业务量大的单位和机构团体用户，不适合广大个体用户。
为了寻求一种上网快、费用低、投资少、见效快的途径，我们发现了巨星与有线电视网相结合的新的上 Internet的方式。
（2）卫星与有线电视网如何相结合接入Internet：有线电视网的HFC网络是采用光纤和同轴电缆混合铺设，具有成本低、信号质量好、频带宽的特点，给家庭用户高速、快捷上网开辟了一条新途径，在某种意义上说有线电视网是架设到千家万户的信息高速路，所以用有线电视作为Internet的接人是一个十分理想的方式。
通过有线电视网接入 Internet，有线台要首先接人Internet，即有线台建有一个从Internet到有线网络的网关。有线台采用何种方法接入，将影响到整个网络用户的上网质量。显然，有线台采用普通电话线拨入是不行的，只能选择专线接入，DDN专线是接到本地电信部门的Internet网关，由本地到信息来源地（WWW站点）之间，要经过很多路山，而且会受到国内Internet主干线路的速率限制，因此，用户上网去外地或国外站点时，速度依然改变不了慢的缺点。再者，国内的许多中、小城市尚未开通Internet接人服务，无法申请到DDN专线。而利用卫星专线就可以解决这一难题。
这种新的接人Internet的方法，是充分利用现有的CATV网的现状和卫星不对称单向广播的特点，具体来说就是：有线电视网络仍然采用当前的单向传输，而卫星也采用单向广播传输，用户的回传信息则通过地面的Internet传送到信息源。这种方式，有线台就不必要建市卫星上行站，而有线电视网也不必要进行双向改造，这就大大降低了资金的投入，也大大地缩短了建网的时间，广大用户即可以提前享受上网快、费用低的实惠，真是一举多得的好办法。
（3）卫星与有线电视网相结合的系统框图：如图2所示。由于上Internet用户使用最多的操作是浏览WWW站点，具有下行数据量远远大于上行数据量的特点，这种卫星信道和有线网络都是单向传送下行数据，而利用拨号四传上行数据的结构正符合这一特点。
从图2中可见，框图由Internet的高速接入供应商、本地ISP有线电视台（CATV网络）和用户终端组成。图中的国际出口就是一个 Internet高速接人供应商，在这里建立卫星上行的主站，下行数据经过发射无线送到卫星转发器。在有线电视台设立卫星接收站，把收到的数据经过电缆数据调制器、上变频器，变成有线电视网络需要的射频RF，用户在家中使用带有数据广播接收卡的计算机，将电缆中的信号解调并接收。同时用户的计算机配普通电话调制解调器，拨号到本地 ISP，把用户的请求信息传送到对万。本地ISP在此起到路由的作用，沟通用户和远端的国际出口局。这样从地面 Internet上行到卫星与有线下行，构成了一条完整的双向数据通路。由于从卫星到有线整个信道具有宽带特点，且价格低廉，让用户享受到高速上网的服务。
卫星通信技术的发展与全球经济的发展是同步的，随着全球信息化的到来，交互式多媒体业务量迅速增加，全球卫星宽带多媒体通信成为国际上许多有远见的公司注目的焦点，已提出了多种全球定带卫星通信系统，将使卫星通信发牛一次质的飞跃。
新一代卫星宽带多媒体通信系统的突出特点是均以全球为出发点，放系统构成非常复杂，所需投资巨大，其运行时间大都需要相当长的时间。到目前为止，已公布的有20－30个系统。下面仅选取具有代表性的系统，从技术特点。系统规模和应用领域不久面加以介绍。
4.1 SpaCe Way系统
（1）开发单位：美国休斯公司。
（2）术特点与规模：该公司利用多颗工作在Ka频段（30－20GHz）的地球同步轨道卫星，建立一个全球宽带多媒体通信网，即Space Way系统，又称太空之路系统。
太空之路系统把全球分为4个服务区，它们是北美、拉广美洲、欧非中东和亚太，按阶段逐步有计划地开发，建立多颗卫星；司相互沟通的链路，以实现全球覆盖。该系统预计在2005年实现。
（3）太空之路系统的战略与心用领域：其战略考虑是扩充现有地面宽带通信领域，特别是面向发展中国家和地区，开展电话、Internet的接入、电话会议、远程教育、电子医疗以及其他交互式数据、图像和视频业务，但更侧重于那些难以接人宽带通路的大量小型商业机构和希望获得比地面接入网服务费低得多的广大在家办公人员。
（4）市场须测：仅亚太市场，每年可收入约30－40亿美元。
4.2 Teledesic系统
（1）开发单位：微软公司和麦考蜂窝通信公司提出的Teledesic系统，即泰里戴斯克系统。
（2）系统规模与目标：该系统规模宏大，拟投资90－100亿美元，其宏伟目标是构筑空中电信基础设施，为全球提供宽带多媒体业务。
该系统实施后，可以与目前光纤网的应用相比美，在服务费方面可以与地面宽带网络直接竞争，该系统还对与地面光纤网络标准互通。
（3）技术特点：该系统在设计上有许多不同于该类其他系统的独到之处，如设计者把几百颗卫星组成了卫星群，被设计成地球外围的“不动的空中光纤网”，因为尽管空中每颗卫星对地球是运动的，但卫星之间是相对静止的。这个“不动的空中光纤网”由300颗空间卫星群组成，其中有288颗低轨道卫星，轨道高度1375km，卫星运行在12个轨道平面上，每个轨道上直排24颗主用卫星，轨道上除主用卫星外，另外有12颗备用星。全球任何地方均能可靠地收发信号，其误码率可优于10（的负十次方）、其单路延迟小于20ms、双向单路延迟小于100ms，均已满足多媒体业务的传输。
4.3 Celestri系统
（1）开发单位：Motorola公司。
（2）技术特点：卫星工作在20－30GHZ频段，中继频率使用40－50GHz的V频段，该系统下载速率可达。20Mbit／S，系统总容量为80Gbit／S，系统可容纳多种类型终端，其业务项目包括交互电视、家庭售货、软件分配、电子订购以及债券交易等。其典型终端使用0.3－1.0m天线。
（3）系统规模及构成：Motorola公司投资129亿美元开发Celestri系统，称太空天国全球定带通信网络，这是一个高。低轨道混合星座系统，由9颗静止轨道卫星和63颗低轨道卫星群组成，静止轨道卫星覆盖全球，4颗星处于北、中、南美上空，5颗星处于欧、非、亚、澳洲以及太平洋区域上年，该系统向全世界任何地方提供区域性广播、多频道电视广播和高速数据传输。63颗低轨道卫星用于提供交互式业务和多媒体应用。63颗星分布在7个倾斜轨道平面上，每个轨道平面上有9颗卫星运行，低轨卫星轨道距地球表面有1400km。
泰里戴斯克系统与太空天同个球宽带通信网络是目前国际上开发的卫星定带通信网络小投资规模最大的系统。基于此两系统投资者双方的利益，开发泰里戴斯克的公司与Motorola宣布合作，两系统进行了合并，很明显，这是强强联合，将促进全球第一个“空中Internet”的诞生。
4.4 SkyBridge系统
（1）开发单位：美国华盛顿的天桥卫星通信集团提出开发SkyBridse系统，即大桥全球卫星宽带通信系统。该计划由法国阿尔卡特、日本东芝、美国劳拉空间通信等公司合作发起，其后日本三麦和夏普、加拿大SPar、法国航空航天等公司也积极加入。
（2）系统规模与构成：该系统投资为35亿美元，空间卫星数量为80颗低轨道卫星，轨道高度为1457km，拟采用Ku（10－18GHz）频段，每颗卫星照射3000km半径的范围，在此范围内由45个点波束覆盖，每个点波束的覆盖面与系统地面关口站覆盖区相对应，可支持全球各地1500－2000万个多媒体用户。
（3）技术特点：该系统投入运营后，不但能传送多媒体信息，其突出特点是解决一般手段难以解决的地区，例如岛屿之间的通信，它为全球网络运营商解决线路最后一段接入问题，成为全球宽带接入的卫星解决方案之一。
该系统列“以控制不同数据速率下的有效匹配，其方法是采用ATM技术及按需分配方式，该系统用户终端设计价格低廉、使用方便，只要室外安装一副0.5m口径的Ku天线，接上机项盒、PBX或LAN路由器，就可以接收速率高达60Mbit／S的数据。
从上述介绍的四种国际上有代表性的全球竞带卫星通信系统可明显地看出卫星通信技术一次质的飞跃，卫星通信技术由以话百为主的窄带卫星通信系统，一跃为支持宽带、高速、大容量、多媒体业务的卫星通信系统。这些宽带系统的出现，首先解决了Internet向前发展的难题，其次，进一步推动发达国家、发展小国家信息化设施建设的技术发展，扩大．卫星通信产业的规模，开辟卫星通信新市衡根据市场调研，到2005年，项计个球将有4亿用户要求使用宽带卫星通信，其营业额将达1000亿美元。
宽带卫星多媒体通信系统多数采用Ka波段，甚至也高频段，这已成为卫星通信技术的发展趋势。Ka波段增大传输频谱，支持小型地面终端的宽带数据传输，是基于标准的开放技术，且成本低廉。由于已经解决了 Ka波段传输雨表的问题，故国际卜大多数开发的宽带卫平通信系统，都运行在这个波段上，心用范围已从发达国家向其他国家和地区发展。
Ka波段系统的改进型增加了返回信道，即用户到卫星的传输采用Ka波段，而卫星到用户的传输则采用KU波段，以保证对商业、政府和企业用户提供高可靠的双向通信。这种双向卫星系统比ISDN、VSAT、宽带无线接入、XDSL等宽带接入系统更优越。更优越的是Ka波段的卫星带宽可以按需利用，真正适合多媒体数据的高速收集、处理和分发。
用户对更高容量和更高数据速率的益求，将促使卫星系统采用电高的传输频段。如V（50－70GHZ）、Q（36－46GHZ）、甚至是W（75－110GHZ）频段，如太空灵猫系统是属于V频段综合星座。马丁公司（Lock－heed Martifl）则提出Q／V频段的卫星系统，宽带广播和DTH国际卫星系统，已申请W频段。目前美国联邦通信委员会计划在17个应用领域使用Q和 V波段传输频率。卫星通信技术之所以向高频段延伸，一方面是因为宽带通信性质所决定，另一斤面也是因为低频段已拥挤不堪，人们把此举比作美国居民当年开发西部土地一样的重要。
宽带卫星多媒体通信系统的曙光正从地平线上升起，国际上开发的20－30种新系统，在21世纪初将相继开通运行，一个卫星宽带多媒体通信系统的发展高潮即将到来，卫导宽带Internet为Internet的发展开出了新路，卫星可以直接对用户提供高带宽，而无需中间节点，这一特点很重要，可以使Internet中的服务器节点直接连接到内联网服务器节点。
宽带卫星系统实现全球覆盖，首先要先制定标准来规范日益增长的市场需求和促进新技术的应用；其次是设法使卫星网络接入设备的费用和服务费降到最低，并能不断推出新业务，以增强与地面网络的竞争能力，也就是说采用效益高、低成本的宽带卫星传输技术。进一步考虑，可以用宽带卫星技术来取代造价昂贵的光纤技术，这已经成为ISP研究和解决的重大课题。
摘自《中国数据通信》2001.7
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