寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

馮少棟 唐慧 徐志平 李煥貞（.解放軍9660部隊(duì)，.解放軍769部隊(duì)，.解放軍9675部隊(duì)）

寬帶多媒體衛(wèi)星（BSM）系統(tǒng)是以傳輸高速寬帶多媒體業(yè)務(wù)為典型特征的一類新型衛(wèi)星通信系統(tǒng)，此類系統(tǒng)與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)最大的不同在于承載的業(yè)務(wù)由低速的數(shù)據(jù)及話音（64kbit/s以下）轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像、聲音、視頻相結(jié)合的高速率、交互式寬帶多媒體業(yè)務(wù)，這類業(yè)務(wù)也稱為衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)。

1 概述

針對系統(tǒng)終端的傳輸能力，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織基于終端所能夠提供的基本信息速率對寬帶多媒體衛(wèi)星給出了界定 ：①固定終端（如小型甚小口徑天線等）應(yīng)不低于2.048Mbit/s；②移動(dòng)終端（如手持機(jī)等）應(yīng)不低于64kbit/s；③可搬移式終端（如便攜站等）應(yīng)與固定終端大體相同。

衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)范疇

傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)根據(jù)承載業(yè)務(wù)不同可分為廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)（BSS）系統(tǒng)、固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）系統(tǒng)和移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)（MSS）系統(tǒng)等。然而寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn)打破了原有基于業(yè)務(wù)對衛(wèi)星系統(tǒng)的劃分，無論是廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)的高清電視（HDTV）業(yè)務(wù)、固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)的寬帶因特網(wǎng)接入業(yè)務(wù)，還是移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)都可以劃歸衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)的范疇。衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的三大業(yè)務(wù)系統(tǒng)（廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)、固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)、移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)）當(dāng)中，而且在衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)的推動(dòng)下，三大業(yè)務(wù)系統(tǒng)不斷融合，已超出了原有系統(tǒng)業(yè)務(wù)定義的范疇，如移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)與廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)促生的移動(dòng)多媒體廣播業(yè)務(wù)、固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)與廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)促生的直播到戶（DTH）業(yè)務(wù)，移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)與固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)促生的寬帶“動(dòng)中通”業(yè)務(wù)等等。

當(dāng)前，寬帶多媒體業(yè)務(wù)在固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)系統(tǒng)中應(yīng)用的最為成熟。該類系統(tǒng)大都基于多頻時(shí)分多址接入（MF-TDMA）和基于衛(wèi)星的第二代數(shù)字視頻廣播（數(shù)字視頻廣播－S2）標(biāo)準(zhǔn)，采用Ka或者更高頻段。它無需鋪設(shè)昂貴的地面基礎(chǔ)設(shè)施便可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的快速部署，從連接邊遠(yuǎn)地區(qū)的信息孤島到災(zāi)后的應(yīng)急通信都具有天然的優(yōu)勢，是全球信息基礎(chǔ)設(shè)施不可缺少的一部分。該類系統(tǒng)的主要特色，一是能夠無縫承載因特網(wǎng)中的各種多媒體業(yè)務(wù)；二是系統(tǒng)用戶容量大，運(yùn)行效率高。

2 典型系統(tǒng)

根據(jù)美國工業(yè)協(xié)會(huì)（SIA）和富創(chuàng)（Futron）咨詢公司2011年8月聯(lián)合發(fā)布的衛(wèi)星工業(yè)發(fā)展報(bào)告，截止2010年，北美的寬帶衛(wèi)星用戶已經(jīng)超過100萬。據(jù)估計(jì)目前北美約有1400萬的人居住在現(xiàn)有地面寬帶網(wǎng)絡(luò)無法覆蓋的地區(qū)，而歐洲目前約有1500萬人無法通過地面光纖或ADSL接入地面寬帶網(wǎng)絡(luò)。美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）最新公布了一項(xiàng)國家寬帶計(jì)劃，其目標(biāo)是在未來10年內(nèi)使1億美國家庭享受到100Mbit/s速率的寬帶服務(wù)，其中利用寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)寬帶接入是其重要組成部分。

北美寬帶衛(wèi)星用戶數(shù)統(tǒng)計(jì)

2004年以來，世界各國有關(guān)寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的研制和發(fā)射活動(dòng)接踵不斷，太空之路－3（Spaceway－3）、Amerhis、“超高速因特網(wǎng)衛(wèi)星”（WINDS）、“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）、國際通信衛(wèi)星－14（Intersat－14）等寬帶多媒體衛(wèi)星的成功發(fā)射標(biāo)志著美國、西歐、日本都已具備寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的研制與發(fā)射能力。2009年以來，北美和歐洲針對寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的投入掀起新一輪熱潮，國際知名衛(wèi)星運(yùn)營商、制造商紛紛推出新的寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)計(jì)劃。從寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展可以看出，2009年以前的寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)大都基于星上基帶交換，交換方式涵蓋了從電路交換到分組交換再到IP路由等各種體制。2009年以后，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展使寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的應(yīng)用模式，主要集中在寬帶接入、廣播和組播3個(gè)方面。由于用戶終端之間直接互通的需求較小，系統(tǒng)容量及可靠性成為衛(wèi)星運(yùn)營商關(guān)心的主要技術(shù)指標(biāo)，為了保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性并盡可能減輕有效載荷的質(zhì)量，這些衛(wèi)星又重新采用了透明轉(zhuǎn)發(fā)器，相比傳統(tǒng)透明轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星，高等效全向輻射功率和密集多點(diǎn)波束技術(shù)使整星容量可達(dá)幾十吉比特每秒甚至上百吉比特每秒，典型的代表是2011年發(fā)射的衛(wèi)訊－1（Viasat－1）、“Ka頻段衛(wèi)星”以及計(jì)劃中的國際移動(dòng)衛(wèi)星－5系列，衛(wèi)星工業(yè)界將這類衛(wèi)星統(tǒng)稱為高吞吐量衛(wèi)星。在終端多址接入方式上，所有寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)基本都以多頻時(shí)分多址為主，與其他多址方式相比，多頻時(shí)分多址方式更適合大容量寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的管理和海量用戶終端的高效接入，在前向廣播模式上，大都采用成熟的數(shù)字視頻廣播－S2標(biāo)準(zhǔn)。

“超高速因特網(wǎng)衛(wèi)星”在軌示意圖

寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)概要匯總

3 標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

2000年以來，全球各標(biāo)準(zhǔn)化組織加大了寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，包括國際電信聯(lián)盟、歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織、美國電信工業(yè)協(xié)會(huì)、因特網(wǎng)工程任務(wù)組、數(shù)字視頻廣播組織和衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)室等。其中，國際電信聯(lián)盟無線電通信組出臺的S.1709建議給出了寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及空中接口的一般性描述，S.1711建議給出傳輸控制協(xié)議（TCP）在寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)中的優(yōu)化解決方案。

相比較而言，影響力最大的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織下屬的衛(wèi)星地面站與系統(tǒng)技術(shù)委員會(huì)。該組織從傳輸控制協(xié)議/IP分層設(shè)計(jì)的角度對寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)體系架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)劃分為獨(dú)立于衛(wèi)星的層面和與衛(wèi)星相關(guān)的層面，獨(dú)立于衛(wèi)星層包括基本適用于所有衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層功能如IP尋址、組播及服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障等；衛(wèi)星相關(guān)層包括與衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)相關(guān)的功能，主要指物理層（SPHY）、媒體接入控制（SMAC）和邏輯鏈路控制層（SLC）的相關(guān)功能等。

獨(dú)立于衛(wèi)星層和與衛(wèi)星相關(guān)層之間通過獨(dú)立于衛(wèi)星的服務(wù)接入點(diǎn)相連。作為獨(dú)立于衛(wèi)星層和與衛(wèi)星相關(guān)層之間的公共接口，服務(wù)接入點(diǎn)主要完成獨(dú)立于衛(wèi)星和與衛(wèi)星相關(guān)層之間服務(wù)的承接與映射。為了使獨(dú)立于衛(wèi)星層和與衛(wèi)星相關(guān)層能夠通過服務(wù)接入點(diǎn)進(jìn)行很好的銜接，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織在獨(dú)立于衛(wèi)星和與衛(wèi)星相關(guān)層又分別定義了獨(dú)立于衛(wèi)星的適配功能層（SIAF）和與衛(wèi)星相關(guān)的適配功能層（SDAF），各層之間的交互通過原語進(jìn)行。獨(dú)立于衛(wèi)星的服務(wù)接入點(diǎn)通過寬帶多媒體衛(wèi)星-ID進(jìn)行地址管理。獨(dú)立于衛(wèi)星的適配功能層和衛(wèi)星相關(guān)的適配功能層功能：①獨(dú)立于衛(wèi)星的適配功能層：位于網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議到獨(dú)立于衛(wèi)星層的服務(wù)接入點(diǎn)的適配；②與衛(wèi)星相關(guān)的適配功能層：位于鏈路層，負(fù)責(zé)完成衛(wèi)星相關(guān)層協(xié)議族到獨(dú)立于衛(wèi)星層的服務(wù)接入點(diǎn)的映射。

獨(dú)立于衛(wèi)星的服務(wù)接入點(diǎn)完成的功能從邏輯上可以劃分為用戶面、控制面和管理面3個(gè)部分。其中，用戶面完成數(shù)據(jù)傳輸功能；控制面完成地址解析、組播組管理、資源管理、流量控制和安全性等功能；管理面完成網(wǎng)絡(luò)及安全管理方面的部分功能。

從實(shí)現(xiàn)方式上，衛(wèi)星相關(guān)層協(xié)議族可以分為基于星上基帶交換（RSM-A、B）和透明轉(zhuǎn)發(fā)（TSS-A、B）兩大類。這些標(biāo)準(zhǔn)的共同點(diǎn)在于：下行（或前向）的廣播均采用時(shí)分復(fù)用模式（TDM）廣播體制，除RSM－A之外，廣播均基于數(shù)字視頻廣播－S/S2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)；上行（或反向）鏈路均基于多頻時(shí)分多址為主的體制。特別需要指出的是，各標(biāo)準(zhǔn)針對物理層接口和各種消息信令格式進(jìn)行了規(guī)范，但對物理層以上尤其是IP業(yè)務(wù)到鏈路層的映射及帶寬管理相關(guān)算法并未涉及，設(shè)備制造商可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)協(xié)議棧

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織判定的寬帶多媒體衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)命名規(guī)則

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的寬帶多媒體衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)分類

寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)匯總

國際電信聯(lián)盟無線電通信組在I.112建議中給出兩類寬帶網(wǎng)絡(luò)典型業(yè)務(wù)，一是電信業(yè)務(wù)，二是承載業(yè)務(wù)。其中承載業(yè)務(wù)主要涉及OSI模型的1～3層，這種業(yè)務(wù)通常是在用戶到網(wǎng)絡(luò)的接口（UNI）、網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的接口（NNI）或網(wǎng)絡(luò)到網(wǎng)絡(luò)的接口與用戶到網(wǎng)絡(luò)的接口之間。在地面基礎(chǔ)設(shè)施被破壞的情況下可以利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的回程傳輸，這使得寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)與各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的需求越來越迫切；為了支持移動(dòng)用戶在不同寬帶網(wǎng)絡(luò)中的無縫切換，美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）802.21定義了獨(dú)立于媒介的切換（MIH）架構(gòu)，針對不同的鏈路層技術(shù)定義了統(tǒng)一的接口，寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)作為重要組成部分也在其中。因此包括寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)在內(nèi)的各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)SLA提供統(tǒng)一的服務(wù)質(zhì)量保障成為今后發(fā)展的方向。為了保障寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)中各種IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織根據(jù)國際電信聯(lián)盟、因特網(wǎng)工程任務(wù)組對IP服務(wù)質(zhì)量的相關(guān)定義（G.1010，Y.1541，Y.122等）結(jié)合寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的特殊性劃分了8個(gè)服務(wù)等級，并給出不同處理方式的建議。

寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)業(yè)務(wù)類型劃分

4 結(jié)束語

在寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的推動(dòng)下，寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)與移動(dòng)及寬帶網(wǎng)絡(luò)融合的趨勢越來越明顯，強(qiáng)大而豐富的業(yè)務(wù)分類使寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的因素日益增多，基于標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行寬帶多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的開發(fā)建設(shè)是必然趨勢。