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多媒体卫星通信系统

发布: 2010-10-20 00:52 | 作者: | 来源: | 字体:  小  中  大 

size=4>多媒体卫星通信系统













  作 者
：龙廷国
罗伦 计科峰
  关键词
：
size=2>多媒体 卫星 多媒体卫星通信系统  压缩 编码
 同步 网络
  文章摘要：
size=2> 介绍了多媒卫星通信系统的基本概念,论述了多媒体卫星通信系统的关键
技术,并西方国家的多媒体卫星通信 系统的概况作了介绍.



　　大家知道，多媒体包括文字、数据、图形、图像、视像和声音等，其传输速率
从２ｋｂ燉ｓ到十几兆比特燉ｓ不等。８０年代，由于数据压缩和解压缩技术的发展成熟，使得多
媒体计算机技术走向实用化。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网络是完全可能的，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。因此，目前欧美正在发展各自的全球性或区
域性的多媒体卫星系统，以解决宽带信息服务中的“最后一公里”服务难关。

　　多媒体卫星通信系统有别于广播电视卫星系统和移动通信卫星系统。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，使用的新技
术也更多。

１　实现多媒体卫星通信系统的关键技术

１．１　多媒体ＰＣ机的发展

　　随着计算机技术的发展，８０年代出现了多媒体计算机的概念和技术，使计
算机能实时处理语音、文字、图形、图像、动画和视像等媒体信息，并且具有交互性。不同层次的
多媒体计算机软硬件标准也相继出台。由于多媒体计算机日益普及和信息高速公路的建设，用户对
多媒体网络通信的需求也在不断提高。时至９０年代，多媒体计算机系统已是计算机发展的一个主
流方向，应用多媒体技术则是９０年代计算机系统的时代特征。

１．２　压缩技术

　　到目前为止，数据压缩技术已发展得相当成熟。数据压缩可以为通信系统在
时间、频带、能量上带来高效率，它也随着通信手段的发展而发展。自１９８０年以来，国际标准
化组织（ＩＳＯ）、国际电工委员会（ＩＥＣ）、ＩＴＵ陆续完成了各种数据压缩与通信的标准和
协议的制定，为多媒体技术的实用化作出了巨大贡献。其中ＩＳＯ对静止图像压缩编码的ＪＰＥＧ
标准（ＩＳＯ ＣＤ １０９１８）和对运动图像压缩编码的ＭＥＰＧ标准（ＩＳＯ燉
ＩＥＣ １１１７２）以及ＣＣＩＴＴ的Ｈ．２６１标准已成为多媒体压缩编码的公认标
准，特别是ＭＰＥＧ－２已被一些多媒体通信系统采用。

１．３　卫星技术

　　由于多媒体系统对频宽的需求相当苛刻（依欧美各家目前设计的系统而言，
至少需要５００ＭＨｚ，有些系统甚至需要２５００ＭＨｚ），使得多媒体卫星通信系统所能选择
的频段极为有限。从国际电信联盟（ＩＴＵ）的规划看，多媒体卫星通信系统选择Ｋａ波段（上行
频率为２８ＧＨｚ，下行频率为２０ＧＨｚ）比较合适。但Ｋａ波段的降雨衰减相当大，因此在多
媒体卫星通信系统设计中应慎重考虑卫星功率受限问题。

　　地面用户系统基本采用ＶＳＡＴ方式，天线直径最小０．５ｍ，最大可至
２．５ｍ（依传输数据速率而定）。低轨系统的接收天线要有追踪的功能。天线系统设计以蜂窝式
天线覆盖图做同频再用。在低轨系统中，星上可用相控阵天线，同步轨道系统则可用多馈源或相控
阵天线形成蜂窝式覆盖图。因为系统采用蜂窝式覆盖，为求得高的传输效能，蜂窝间的联系应是机
动的，每一个通信邮包必须在星上处理后再发射回地面，因此要求卫星上的处理器具有很高的工作
量。

１．４　多媒体数据格式

　　由于多媒体信息包括语音、数字、图形、图像和视频等各类信息，功能要求
千差万别，数据压缩方法各异，所以为了有效读取各种数据并使其协调工作，需要制定特定的多媒
体数据格式对多媒体系统加以支持。另外多媒体数据可能存放在分布网络（ＤＮ）上，为了支持多
用户读取，也需要多媒体数据有统一的格式。为此，ＩＳＯ燉ＩＥＣ ＪＴＣ１燉ＳＣ２９
燉ＷＧ１２与ＣＣＩＴＴＳＧⅧ燉Ｑ９成立了“多媒体与超媒体信息编码专家组”（ＭＨＥＧ）。
ＭＨＥＧ首先将声、文、图、形等基本信息单元抽象为“多媒体与超媒体信息对象”（简称ＭＨ对
象），然后提出了“信息技术——多媒体与超媒体信息对象的编码表示”，并于１９９３年作为Ｉ
ＳＯ ＣＤ１３５２２标准草案，简称“ＭＨＥＧ标准”。该标准的目标是为各个领域开发
出来的多媒体应用确立一个通用基础，因而它特别注重交互性和多媒体同步、实时表现、实时交
换、最终形式表现等几方面。ＭＨＥＧ在标准的设计中采用了面向对象的方法，但它对于标准的实
施却并不是必须的。

１．５　多媒体同步

　　多媒体信息的同步大致可以分为两类：一类是连续同步，即两个以上实时连
续媒体流之间的同步，如音频与视频之间的同步；另一类是时间驱动同步，即一个或一组相关事件
发生与因此引起的相应动作之间的同步。在多媒体通信中，可采用缓冲和反馈法（用于单媒体同
步）以及时间戳法（用于媒体间同步）实现信息同步。目前针对各种多媒体的应用已经开发出了大
量的多媒体同步模型和方法，譬如Ｅｓｃｏｂａｒ等人提出了一种基于近似同步时钟的多业务流同
步协议，支持分布式应用同步和不同多媒体流之间的同步；Ｙａｖａｔｋｅｒ和Ｌａｋｓｈｍａｍ
提出了一个“多信息流会话协议”支持分布式协作应用中的时间和因果同步。

１．６　网络技术

　　在现有的各种通信网络中，都只能在一定程度上支持多媒体通信，而不能完
全满足多媒体通信的需要。如采用传统的电路交换方式的窄带综合业务数字网

（ＮＩＳＤＮ），其基本速率接口只能传输音频和可视电话质量的视频信号，
很难传输高分辨率电视（ＨＲＶ）、直播电视、电话会议等。宽带综合业务数字网（ＢＩＳＤ
Ｎ）是最适于多媒体通信的网络，它采用异步传输模式（ＡＴＭ），能够灵活地传输、变换不同类
型（如声音、图像、数据、文本等）、不同速率、不同性质（如突发性、连续性、离散性）、不同
性能要求（如延迟、抖动、误码等）、不同方式（如面向连接、无连接等）的信息。

２　国外多媒体卫星通信系统概况

　　到目前为止，欧美已有十几个多媒体卫星系统设计方案相继问世。已出台的
多媒体卫星系统主要有低轨大数量卫星群、同步轨道大功率卫星和中轨卫星群３种方案。它们针对
不同的区域和用户，采用不同的轨道，各有特点。下面分别介绍有代表性的已向美国联邦通信总署
申请的低轨系统、同步轨道系统以及中轨（ＭＥＯ）系统。

　　Ｔｅｌｅｄｅｓｉｃ系统是在１９９３年第一个问世的低轨系统。它由８４
０颗均匀分布在空间的低轨卫星组成卫星群，分布在２１个高度为６９５～７０５ｋｍ的太阳同步
倾斜（约９８．２°）的圆形轨道平面上。每一轨道平面至少有４０颗工作卫星至多４颗备份星，
相临轨道面在赤道上相隔９．５°。该系统有很高的覆盖余量，任何时候在地球的大多地区中至少
有一颗接收仰角＞４０°的卫星，且一旦有一颗卫星发生故障，系统会在２ｈ内修复全系统。

　　继Ｔｅｌｅｄｅｓｉｃ系统之后，出现了一批低轨和同步轨道多媒体卫星系
统设计方案。与低轨系统相比，同步轨道系统具有时间延迟大的痼疾，但是同步轨道的覆盖面大，
全球覆盖所需的卫星数少，因而系统构成成本优于低轨系统。因此更多的计划和设计中的多媒体卫
星系统采用同步轨道方案，如Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ公司的多媒体卫星系统方
案。以Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ公司的Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ系统为例（参见图
１），从理论上讲，只需在赤道上同步轨道均匀分布３颗卫星即可覆盖全球（除极地），但为了使
信道有一定的冗余，并且有尽量高的接收仰角，Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ采用了９颗星，并且将卫星分
布在５个位置上，分别服务于对应的区域。其中，考虑到太平洋上的通信量较小，因而在该位置只
布置了１颗星，而在另外４个位置均布置了２颗星（一颗星还不足以负担全部可能的通信量）。

　　低轨系统延迟时间小，对地球两极的覆盖能力高，地面接收仰角大，星上功
率要求也较小，但比较复杂；同步轨道系统虽然时间延迟长，但覆盖全球所需卫星数少，系统成本
也较低，在星上功率已能达到１００ｋＷ的今天，这仍是十分吸引人的选择。美国的ＴＲＷ公司在
综合分析了同步轨道和低轨系统的优缺点之后，提出了一个以１２颗卫星组成的中轨多媒体卫星系
统——Ｏｄｙｓｅｃｙ，该系统既经济又具有低轨和同步轨道系统的优良性能。

　　表１集中罗列了１０个欧美计划和设计中的１０个多媒体卫星系统的参数，
可供比较。

      在表１所列的系统中，有３个同步
轨道系统和２个中轨低轨系统是全球覆盖的（如Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ，见图１），其它仅对某些区
域提供区域性服务。这些系统所能提供的服务包括双向通信：传呼、普通电话、对空电话（地面对
飞机）可视电话、临时通信；中速数据：金融信息、软件传递、数据搜索；高速数据通信：电子信
件加传真、商务通信、全球Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、宽域网络、私用网络、ＶＳＡＴ服务；视像传播：
高分辨率电视（ＨＲＶ）、直播电视、多媒体、电话会议、远距离学习和培训、娱乐节目、新闻获
取等，见表２。

３　结语

      在这个信息爆炸的时代，人们对多
媒体通信的需求日益增高，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世纪初享受到由多媒体卫星系统建起的信息高速公路的丰富且及时的信息服务，全球一
体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。


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