多媒体与卫星通信系统详细过程分析-尚大教育软考学院

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多媒体与卫星通信系统详细过程分析

来源：尚大教育-通信学院作者：辉辉时间;2013-01-02 点击数：尚大软考交流群：376154208

大家知道，多媒体包括文字、数据、图形、图像、视像和声音等媒体，其传输速率从2kbit/s到十几兆比特每秒不等。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，其频宽较小，因而目前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，将多媒体技术和卫星通信技术相结合，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要低

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。移动通信卫星系统只是传输声音，是窄带传输，而多媒体系统需要传输声音、图形、图像以及视频等，是宽带传输（带宽按需要可变）。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。

一、实现多媒体卫星通信系统的关键技术

1.多媒体PC机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、动画和视橡等多媒体信息，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。随着多媒体计算机日益普及和信息高速公路的相继建成，用户对多媒体网络通信的需求也在不断增加。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。

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，其技术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）、国示电报电话咨询委员会（CCITT）陆续制定了各种数据压缩与通信的标准和协议，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 C在职0918）和对运动图像压缩编码的MEPG标准（ISO/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MPE62已被一些多媒体通信系统采用。

3.卫星技术由于多媒体系统对频宽的需求相当苛刻（依目前欧美各家设计的系统而言，至少需要500MHz带宽，有些系统甚至需要2 500MHz），所以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。地面用户系统基本用VSAT方式，天线直径最小0.5m，可大至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根高的工作量。

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、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/IEC JTC1/SC29/WG12与CCITT SG Ⅷ/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“信息技术一一多媒体与超媒体信息对象的编码表示”，并于1993年将此作为ISO 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。

5.多谋体同步多媒体信息的同步大致可分为两类：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（用于单媒体向步）以及时间戳法（用于媒体同步）实现信息同步。目前针对各种应用已经开发出了大量的多媒体同步模型和方法。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Lakshman提出了“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。

6.网络技术现有的各种通信网，都只能在一定程度上支持多媒体通信。如采用传统电路交换方式字带综合业务数字网（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，却很难传输高分辨力电视（HRV）、直播电视、电话会议等。未来的宽带综合业务数字网（B-ISDN）是最适合多媒体通信的网络，它采用异步传输模式（ATM），能够灵活地传输、交换不同类型（如声音、图像、数据、文本等）、不速率、不同性质（如实发性、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。

二、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。下面介绍两个有代表性的已向美国联邦通信总署申请的多媒体卫星通信系统。

Teledesic系统是在1993年第一个问世的低轨系统。它由840颗均匀分布在空间的低轨卫星组成，位于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），相邻轨道面在赤道上相隔9.5°。该系统有很大的覆盖余量，任何时候在地球的大多数地区至少有一颗接收仰角大于40°的卫星，且一旦有一颗卫星发生故障，系统会在两小时内修复全系统。

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缺点，但是综的覆盖面大，全球覆盖所需的卫星数少，因而系统成本低于低轨系统。现在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Astrolink系统，从理论上讲，只需在赤道上均匀分布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，考虑到在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个位置均匀布置了两颗星（1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，但系统比较复杂；同步轨道系统虽然时延大，但覆盖全球所需卫星数少，系统成本也较低，星上功率已能达到十万瓦。美国的TRW公司在综合分析了同步轨道系统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系统和同步轨道系统的优良性能。

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