信息产业部电信科技第四研究所
何淑贞
摘要：世界已进入移动多媒体个人通信时代，多媒体通信需要宽带，宽带给卫星通信的发展带来勃勃生机。本文就宽带卫星与多媒体业务、宽带卫星与互联网、宽带卫星与个人通信时代等问题加以论述。
关键词：卫星宽带、多媒体业务、卫星互联网、个人通信
一、宽带卫星与多媒体
多媒体包括文字、数据、图形、图像、视像和声音等，其传输速率十几兆比特每秒，所需带宽非常宽。在８０年代，由于数据压缩和解压缩技术的发展成熟，使得多媒体传输才能得以实现，多媒体计算机技术也走向实用化。基于多媒体ＰＣ机技术的进步和用户的需求，建立多媒体大型网络已成为当务之急。但ＰＣ机间的通信主要是靠普通的电话线路，频带较窄，因而目前的电话网无法满足多媒体系统的要求，而现在的卫星技术已可轻易地将宽频信号传送给用户。可以预见，把多媒体和卫星这两种新技术结合起来，建立一套全球性或区域性的多媒体通信系统是非常必要的，且其价格较使用光纤低廉得多，市场前景也较使用光纤广阔得多。
多媒体卫星通信系统与传统的广播电视卫星系统和移动通信卫星系统不同。广播电视系统是针对一个区域发送同样的节目，而多媒体卫星系统能够为每一个用户提供特别服务，允许每个用户通过多媒体卫星通信系统与其他用户实时交换信息，是双向交互式的通信。现在的移动通信卫星系统是只传输声音和寻呼的窄带传输，而多媒体系统要传输声音、图形、图像以及视频等，是宽带传输（按需要可变带宽的宽带传输）。因此多媒体卫星系统的服务灵活性更好，是实现个人通信的较好方案。
21世纪是信息爆炸的时代，人们对多媒体通信的需求将日益增高，多媒体技术也随着用户需求和各项新技术的发展而发展。对用户来说，可望在２１世纪初就能体会到由多媒体卫星系统建起的信息高速公路的神奇，享受到丰富且及时的信息服务，全球一体化的多媒体通信将会真正使地球成为名副其实的“地球村”。人们预测，到本世纪末，整个信息产业的产值将达到１万亿美元，其中，多媒体所占份额将举足轻重。加速发展我国的多媒体技术，尤其是多媒体卫星通信技术，将使我国的电子技术水平产生飞跃，有助于使中国迅速走向现代化的工业强国。
二、宽带卫星互联网
二十世纪九十年代互联网商用化以来，互联网已经发展成为全球最大的信息基础设施。互联网已成为全球最大的多媒体网络，几乎所有的通信系统都成为了互联网的组成部分，如先后出现了基于SDH/DWDM的光纤互联网、基于WAP/GPRS的移动互联网、基于Cable Modem的有线电视互联网。同样，基于VSAT，出现了卫星互联网。
(一).卫星通信与互联网的必然结合
卫星通信与互联网的结合是由互联网应用环境的变化以及卫星通信的功能和属性所决定的。
互联网是全球最大的信息库。信息内容的数字化使得所有内容都能上网，特别是数字音视频（DAB/DVB—数字音频广播/数字视频广播）技术使得在互联网上看电视、听广播成为可能。ICP/IDC的发展、互联网和广播电视网的融合，使得互联网成为第四媒体或网络媒体。与传统媒体相比，网络媒体具有交互式、实时、异步访问、多媒体等独特的优势，因而它将成为全球最大的数字媒体。
互联网是一个网间网（Internet），它是由许许多多IP自治域系统通过互联构成的复合网络系统。传输带宽的增加、交换速度的提高以及流量工程的引入，并没能从根本上改变信息传递过程中需要多跳的模式，因而阻塞现象的发生难以避免。不仅如此，这样的网络系统在网络和内容分布两个方面都具有不平衡性。一方面，发达地区的网络设施较为健全，而边远地区网络设施稀少；另一方面，信息内容主要集中在少数发达国家和地区,IDC的大规模建设和流媒体的涌现将加剧这种不平衡性。
总之，互联网的大规模商用化、网上内容的爆炸性增长、特别是流式媒体的流行，给互联网带来骨干阻塞、远程接入困难、内容分发/传递速度慢等诸多问题。这种困境主要来自于骨干网、接入网、服务器三种瓶颈。
由于卫星通信具有空间跨越、远程通信和广播等独特的功能，因而成为互联网摆脱目前困境的一个重要途径。
可见，卫星通信与互联网的结合是一种必然的趋势。事实上，针对互联网存在的以上问题，比较有效的解决方案是内容投递网（CDN，Contents Delivery Network）。CDN工作的基本原理是服务提供商在各地设立自己的、主要由缓存服务器构成的服务点，通过自己的专用网络将内容向网络的边缘分布，即尽可能地将内容本地化，以有效地解决了骨干阻塞、接入困难、内容分发效率低等诸多问题，从而起到对互联网进行加速的作用，并进一步改善服务质量。
CDN的实现途径主要有地面网络和卫星网络两种，这两种内容投断CDN各有千秋，实际使用中的CDN有不少是由两者混合而成的，但是基于卫星通信的CDN在数量上更多。因为，基于卫星的CDN不仅具有一般意义上的CDN的功能，而且还具有其独特的应用。
卫星通信与互联网的结合是互联网商用化、信息内容数字化、互联网媒体化、广播电视数据化的必然结果。如果说卫星通信发展的第一个动力来自于话音/电视传输，第二个动力来自于企业联网，那么,第三个动力就是今天的全球移动通信、互联网。特别是互联网的发展使得卫星通信的应用范围从骨干传输、企业联网、移动电话、电视直播，扩大到宽带接入、内容传送、多媒体广播、网上学习、交互式多媒体等新的应用领域。这些新的应用反过来又在不断推动卫星通信和互联网的发展。
(二)、卫星互联网的结构、原理及应用
近一两年来，媒体中“卫星互联网”的概念和名词已屡见不鲜，但至今没有一个一致的定义。在此，将基于VSAT系统、以IP为网络服务平台，以互联网应用为服务对象，能够成为互联网的一个组成部分，并能够独立运行的网络系统称为卫星互联网。从系统结构上看，卫星互联网由一个专用的数据中心和一个星状的VSAT卫星网构成。
数据中心的主要功能是：1、信息处理，信息内容的获取、接收、存储、封装、发布；2、系统管理，包括用户管理、用户认证、网络管理、计费。卫星网的主要功能是：1、双向通信，即为远程用户提供互联网接入服务；2、单向广播，完成数据广播、组播和投递；3、交互式通信，介于双向通信和单向广播之间，信道和非对称性配置的卫星通信和内容丰富的互联网是交互式应用的发展动力。根据用户的不同需要，远端设备可以在DVB接收机、路由器、PC卡、甚至机顶盒等中作选择。
顾名思义，卫星互联网是以IP为业务平台，以卫星线路为物理传输介质的IP网络系统。在IP层和物理层之间还需要一个链路层协议，如ATM、FR、PPP等。在卫星互联网中，这个链路层通常就是DVB/MPEG-2。这样，卫星互联网在体系结构上就形成了卫星、DVB、IP、应用四个层次。其中应用层的表现形式可能是WWW（万维网）、FTP(文件传送协议)、MPEG-1～4（活动图像专家组编标准）、JPEG（图片编码联合专家组标准、静态图像编码标准）、MP3（MPEG-1音频第三层标准）等。
DVB是对MPEG-2的扩展。MPEG-2是一套关于视音频压缩、编码、复用的标准，它以188个字节为一包，其中4个字节为包头，包头中含有13比特PID（包识别符），另外184个字节为净荷，净荷可以有几种格式，其中，流格式通常用于音视频数据，净荷是纯音频和视频数据，包头含有一个时间戳，用于接收端的信息同步。数据格式通常用以传输TCP/IP数据，数据被封装在MPEG-2数据包中，184字节净荷中的12字节用来标识数据，其中6个字节是MAC地址，允许发送方将数据送到指定的接收方。DVB通过扩充MPEG-2的复用部分和业务信息说明等功能，提供了视频、音频和数据复用的集成传输机制，使得DVB系统成为集视频、音频和数据于一体的多媒体系统。
对于IP应用来讲，通过数据封装/复用，将原始IP数据转换到DVB/MPEG-2传输流（TS），从而使DVB成为支持互联网应用的一种重要载体。其中IP封装器构成了沟通IP世界和DVB世界之间的桥梁。DVB标准的制定，对互联网和广播电视网的融合以及卫星互联网的发展，产生了极大的推动作用。
DVB定义了卫星、有线、地面无线三大传输媒体中的信道编码和调制标准，以及与其它网络的接口，分别形成DVB-S、DVB-C、DVB-T三个系列标准。DVB-S标准采用QPSK调制技术，通过54MHz转发器可达45Mb/s左右的数据传输速率。
有高达几十Mb/s的传输速度、再加上其广播和复用功能，使得基于DVB/MPEG-2的卫星互联网可提供如下应用：1、宽带互联网接入，其出境速率可达50Mb/s，根据用户的需求，可分别通过地面网络（外交互）和卫星线路（内交互）回传；2、多媒体广播，典型应用有Web内容投递、商务电视、流式音视频、软件分发、远程教学等；3、交互式应用，典型应用有视频点播、网上学习、网上游戏等。
卫星互联网既是互联网的延伸和补充，又是互联网的强化系统，它的出现加快了通信多媒体化、个性化服务的进程。音视频的数字化、互联网的媒体化、卫星通信的网络化，使得互联网宽带接入、数字卫星直播业务、交互式电视以及内容投送的界限越来越模糊。卫星互联网已成为信息服务产业中的重要组成部分，一个以卫星互联网为产业方向的企业群体业已形成。国际上，服务提供商主要有电信公司（如NTT、荷兰电信、法国电信）、ISP（如美国在线、欧洲在线、微软网络）、卫星公司（如Astra、Loral、Eutelsat）、新兴公司（如iBEAM、Cidera、Edgix、Tachyon）四大类型。国内的卫星互联网服务也已经开始，其中比较有代表性的公司有中广卫、双威网络、上海建华、广电数据广播中心等单位。 卫星互联网中的关键技术、卫星互联网是数字音视频、卫星直播、互联网的有机结合，它为一系列新的应用提供了统一的服务平台，其中包括数据封装、条件接收、交互操作、卫星直播、数据缓存等多项关键支撑技术。
三.宽带卫星将真正实现全球个人通信
( 一)全球个人通信
随着21世纪的到来，卫星通信将进入个人通信时代，这个时代的最大特点就是卫星通信终端达到手持化，个人通信实现全球化。个人通信的最终目标是在任何时间、任何地点可与任何对象（人或计算机）互通任何信息（语言、图像、文字和数据）。而只有利用卫星通信覆盖全球的特点，通过卫星通信系统与地面通信系统的结合，才能 实现名符其实的全球个人通信。
今后十年，预计全世界总共发射的卫星约350颗。这些全球卫星移动通信系统大致可分为两类：一类是以提供话音和低速数据为主的系统，另一类是以提供图像传输及高速数据为主的系统，又可进一步分为同步轨道系统和中低轨道系统。
(二)、多媒体信息系统简介
在这里简单介绍一下卫星宽带移动多媒体个人通信系统来意图。
图1 卫星宽带多媒体移动个人通信系统示意图
（1）.卫星互联网部分
由图1可见，Internet网上的信息通过数据中心进行信息的一系列处理，进入卫星地面站，由地面主站发往卫星，远端的用户，无论是集体用户还是个体用户，都可以通过卫星信道获取所要的信息内容；另一方面卫星也可以将用户所需的内容推送到用户的硬盘上，这一切也可以通过卫星Internet网运营商来完成。根据用户和业务的需要，卫星Internet网可以通过增加上行载波数、卫星数、上行站数来保证网络的可扩展性。此时的卫星Internet网可以作为一个开放、宽带、具有实时广播功能的网络平台，可以提供更广泛的服务。
（2）.多媒体信息服务（简称MMS部分）
多媒体信息服务（即MMS—Multimedia Message Service），是目前短信技术的一种。它最大特点是可以支持多媒体功能，借助高速传输技术EDGE（GSM用的增强理数据速率）和GPRS（通用分组无线业务），用WAP（分发应用协议）传送视频、图片、声音和文字，不仅可以在手机之间进行多媒体传输，而且可以在手机和电脑之间传输。具有MMS功能的移动电话内置媒体编辑器，可以编写多媒体信息，如果再安装上一个内置或外置的照相机，还可以制作并传送信息或电子明信片。
a. MMS系统结构
多媒体信息业务系统包括MMS终端、多媒体信息业务中心、MMS用户数据库、外部应用服务器。为配合多媒体信息平台提供多媒体信息服务，需要WAP网关、GSM/GPRS等设备的支持、还需要与网络中计费系统、网管系统互联。
多媒体信息业务中心是整个多媒体信息系统的核心，对多媒体信息进行存储和处理，包括信息的输入输出、地址解析、通知、报告等。
MMS用户数据库，用于存储用户服务信息、服务类型、个性化服务信息等。外部应用服务器用于MMS与外部多种应用接口、可以将一些已存在的信息系统扩展到多媒体信息应用上。WAP网关在技术上遵循WAP论坛定义的MMS规范，以支持多媒体信息业务。
b. 多媒体信息服务的流程
以系统向手机发送信息为例，分析一下多媒体信息服务的流程：当有一条多媒体信息发往一个用户时，信息以WAP的WSP（无线会话协议）进行编码，通过无线网络传送到WAP网关。WAP网关以HTTP（超文本传送协议）与MMS-Relay进行通信，将文本内容传送给MMS-Relay，MMS-Relay将文件送往MMS服务器，在服务器内多媒体信息内容将转换成MIME（多用途因特网邮件扩展）的格式，并存储在信息存贮器中。在服务器中进行数据分析，得到路由信息、用户终端信息等。在分析过程中会调用用户数据库中的信息。系统将判断用户的终端是否能支持MMS，并根据用户的终端的承载能力进行不同的处理。举例说明如下：当用户终端不支持MMS时，系统会把多媒体信息中的多媒体信息去掉，只把信息的文字部分以短消息的方式发给用户。
以上处理确认之后，系统通过被叫用户的MSISDN号码进行路由。MMS-Relay将通过WAP网关与外部网络进行通信。在没有被确认用户已经收到信息之前，该信息始终保存在信息存储器中。保存的时间长短由运营商通过软件来设定时间的长度。系统服务器生成计费信息，传送给计费中心进行计费。
四.卫星宽带多媒体业务的发展前景
（一）.卫星产业是高新技术产业的重要组成部分
卫星应用是高新技术产业的重要组成部分，是实现国家信息化必不可缺少的途径之一，卫星应用对带动国民经济发展和推进信息化建设起到越来越重要的作用。
卫星产业与其他产业的融合成为必然的发展趋势。各种卫星通信网与多种地面传输网将进一步互连互通，成为地面业务传输网不可缺少的补充和延伸，并与地面通信网组成全球无缝覆盖的海陆空的立体通信网。
（二）.卫星宽带多媒体产业是卫星通信产业新的增长点
卫星应用产业是直接为消费者服务的产业，必将成为市场的主体，并朝着个性化、多样化方向发展。其中卫星宽带网与互联网的融合正在扩展卫星通信应用的新领域，卫星宽带多媒体业务正在兴起，将成为市场繁荣的新动力。
卫星宽带数据接入将出现重大发展。Ka频段卫星将得到发展，在未来10年，地球同步轨道上Ka频段卫星转发器的数量将增加10倍以上，总数将达到2700多台，非同步轨道上Ka频段卫星转发器的数量近400台，权威公司调查报告显示，卫星宽带连接在未来四年内将有大幅度增长。
到2005年，我国卫星应用产业将实现如下指标：实现年产值1000亿元人民币，占GDP的比例接近1%。其中：
卫星固定/移动通信（包括边远地区）100亿元；
卫星电视直播500亿元；
卫星导航200亿元；
卫星宽带传输及互联网接入100亿元；
空间环境应用40亿元；
卫星数字音频广播10亿元；
卫星遥感、卫星数据采集等其他50亿元。
卫星地面设备和终端产品在国内市场占有率达到50%以上。
卫星产业迎来了发展的春天，宽带卫星多媒体产业是卫星产业的先行官，愿在新的一年里使卫星产业融入信息产业之中，使卫星网与地面网更好结合，早日实现天地一体化，发挥卫星难以替代的特点，使卫星产业上一个台阶，争得卫星产业在信息化建设中的应有地位，为全面建设小康社会作出贡献。
----《卫星通信广播电视》
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