多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)

　　多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)有別于廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)和移動通信衛(wèi)星系統(tǒng)。廣播電
視系統(tǒng)是針對一個區(qū)域發(fā)送同樣的節(jié)目，而多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)能夠為每一個用戶提供特別服務，允許
每個用戶通過多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)與其他用戶實時交換信息，是雙向交互式的通信�，F(xiàn)在的移動通
信衛(wèi)星系統(tǒng)是只傳輸聲音和尋呼的窄帶傳輸，而多媒體系統(tǒng)要傳輸聲音、圖形、圖像以及視頻等，
是寬帶傳輸（按需要可變帶寬的寬帶傳輸）。因此多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的服務靈活性更好，使用的新技
術(shù)也更多。

１　實現(xiàn)多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

１．１　多媒體ＰＣ機的發(fā)展

　　隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，８０年代出現(xiàn)了多媒體計算機的概念和技術(shù)，使計
算機能實時處理語音、文字、圖形、圖像、動畫和視像等媒體信息，并且具有交互性。不同層次的
多媒體計算機軟硬件標準也相繼出臺。由于多媒體計算機日益普及和信息高速公路的建設，用戶對
多媒體網(wǎng)絡通信的需求也在不斷提高。時至９０年代，多媒體計算機系統(tǒng)已是計算機發(fā)展的一個主
流方向，應用多媒體技術(shù)則是９０年代計算機系統(tǒng)的時代特征。

１．２　壓縮技術(shù)

　　到目前為止，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)已發(fā)展得相當成熟。數(shù)據(jù)壓縮可以為通信系統(tǒng)在
時間、頻帶、能量上帶來高效率，它也隨著通信手段的發(fā)展而發(fā)展。自１９８０年以來，國際標準
化組織（ＩＳＯ）、國際電工委員會（ＩＥＣ）、ＩＴＵ陸續(xù)完成了各種數(shù)據(jù)壓縮與通信的標準和
協(xié)議的制定，為多媒體技術(shù)的實用化作出了巨大貢獻。其中ＩＳＯ對靜止圖像壓縮編碼的ＪＰＥＧ
標準（ＩＳＯ ＣＤ １０９１８）和對運動圖像壓縮編碼的ＭＥＰＧ標準（ＩＳＯ燉
ＩＥＣ １１１７２）以及ＣＣＩＴＴ的Ｈ．２６１標準已成為多媒體壓縮編碼的公認標
準，特別是ＭＰＥＧ－２已被一些多媒體通信系統(tǒng)采用。

１．３　衛(wèi)星技術(shù)

　　由于多媒體系統(tǒng)對頻寬的需求相當苛刻（依歐美各家目前設計的系統(tǒng)而言，
至少需要５００ＭＨｚ，有些系統(tǒng)甚至需要２５００ＭＨｚ），使得多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)所能選擇
的頻段極為有限。從國際電信聯(lián)盟（ＩＴＵ）的規(guī)劃看，多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇Ｋａ波段（上行
頻率為２８ＧＨｚ，下行頻率為２０ＧＨｚ）比較合適。但Ｋａ波段的降雨衰減相當大，因此在多
媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)設計中應慎重考慮衛(wèi)星功率受限問題。

　　地面用戶系統(tǒng)基本采用ＶＳＡＴ方式，天線直徑最�。埃�５ｍ，最大可至
２．５ｍ（依傳輸數(shù)據(jù)速率而定）。低軌系統(tǒng)的接收天線要有追蹤的功能。天線系統(tǒng)設計以蜂窩式
天線覆蓋圖做同頻再用。在低軌系統(tǒng)中，星上可用相控陣天線，同步軌道系統(tǒng)則可用多饋源或相控
陣天線形成蜂窩式覆蓋圖。因為系統(tǒng)采用蜂窩式覆蓋，為求得高的傳輸效能，蜂窩間的聯(lián)系應是機
動的，每一個通信郵包必須在星上處理后再發(fā)射回地面，因此要求衛(wèi)星上的處理器具有很高的工作
量。

１．４　多媒體數(shù)據(jù)格式

　　由于多媒體信息包括語音、數(shù)字、圖形、圖像和視頻等各類信息，功能要求
千差萬別，數(shù)據(jù)壓縮方法各異，所以為了有效讀取各種數(shù)據(jù)并使其協(xié)調(diào)工作，需要制定特定的多媒
體數(shù)據(jù)格式對多媒體系統(tǒng)加以支持。另外多媒體數(shù)據(jù)可能存放在分布網(wǎng)絡（ＤＮ）上，為了支持多
用戶讀取，也需要多媒體數(shù)據(jù)有統(tǒng)一的格式。為此，ＩＳＯ燉ＩＥＣ ＪＴＣ１燉ＳＣ２９
燉ＷＧ１２與ＣＣＩＴＴＳＧⅧ燉Ｑ９成立了“多媒體與超媒體信息編碼專家組”（ＭＨＥＧ）。
ＭＨＥＧ首先將聲、文、圖、形等基本信息單元抽象為“多媒體與超媒體信息對象”（簡稱ＭＨ對
象），然后提出了“信息技術(shù)——多媒體與超媒體信息對象的編碼表示”，并于１９９３年作為Ｉ
ＳＯ ＣＤ１３５２２標準草案，簡稱“ＭＨＥＧ標準”。該標準的目標是為各個領(lǐng)域開發(fā)
出來的多媒體應用確立一個通用基礎(chǔ)，因而它特別注重交互性和多媒體同步、實時表現(xiàn)、實時交
換、最終形式表現(xiàn)等幾方面。ＭＨＥＧ在標準的設計中采用了面向?qū)ο蟮姆椒�，但它對于標準的�?br />施卻并不是必須的。

１．５　多媒體同步

　　多媒體信息的同步大致可以分為兩類：一類是連續(xù)同步，即兩個以上實時連
續(xù)媒體流之間的同步，如音頻與視頻之間的同步；另一類是時間驅(qū)動同步，即一個或一組相關(guān)事件
發(fā)生與因此引起的相應動作之間的同步。在多媒體通信中，可采用緩沖和反饋法（用于單媒體同
步）以及時間戳法（用于媒體間同步）實現(xiàn)信息同步。目前針對各種多媒體的應用已經(jīng)開發(fā)出了大
量的多媒體同步模型和方法，譬如Ｅｓｃｏｂａｒ等人提出了一種基于近似同步時鐘的多業(yè)務流同
步協(xié)議，支持分布式應用同步和不同多媒體流之間的同步；Ｙａｖａｔｋｅｒ和Ｌａｋｓｈｍａｍ
提出了一個“多信息流會話協(xié)議”支持分布式協(xié)作應用中的時間和因果同步。

１．６　網(wǎng)絡技術(shù)

　　在現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡中，都只能在一定程度上支持多媒體通信，而不能完
全滿足多媒體通信的需要。如采用傳統(tǒng)的電路交換方式的窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)

（Ｎ�玻桑樱模危�，其基本速率接口只能傳輸音頻和可視電話質(zhì)量的視頻信號，
很難傳輸高分辨率電視（ＨＲＶ）、直播電視、電話會議等。寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（Ｂ�玻桑樱�
Ｎ）是最適于多媒體通信的網(wǎng)絡，它采用異步傳輸模式（ＡＴＭ），能夠靈活地傳輸、變換不同類
型（如聲音、圖像、數(shù)據(jù)、文本等）、不同速率、不同性質(zhì)（如突發(fā)性、連續(xù)性、離散性）、不同
性能要求（如延遲、抖動、誤碼等）、不同方式（如面向連接、無連接等）的信息。

２　國外多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)概況

　　到目前為止，歐美已有十幾個多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)設計方案相繼問世。已出臺的
多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)主要有低軌大數(shù)量衛(wèi)星群、同步軌道大功率衛(wèi)星和中軌衛(wèi)星群３種方案。它們針對
不同的區(qū)域和用戶，采用不同的軌道，各有特點。下面分別介紹有代表性的已向美國聯(lián)邦通信總署
申請的低軌系統(tǒng)、同步軌道系統(tǒng)以及中軌（ＭＥＯ）系統(tǒng)。

　�。裕澹欤澹洌澹螅椋阆到y(tǒng)是在１９９３年第一個問世的低軌系統(tǒng)。它由８４
０顆均勻分布在空間的低軌衛(wèi)星組成衛(wèi)星群，分布在２１個高度為６９５～７０５ｋｍ的太陽同步
傾斜（約９８．２°）的圓形軌道平面上。每一軌道平面至少有４０顆工作衛(wèi)星至多４顆備份星，
相臨軌道面在赤道上相隔９．５°。該系統(tǒng)有很高的覆蓋余量，任何時候在地球的大多地區(qū)中至少
有一顆接收仰角＞４０°的衛(wèi)星，且一旦有一顆衛(wèi)星發(fā)生故障，系統(tǒng)會在２ｈ內(nèi)修復全系統(tǒng)。

　　繼Ｔｅｌｅｄｅｓｉｃ系統(tǒng)之后，出現(xiàn)了一批低軌和同步軌道多媒體衛(wèi)星系
統(tǒng)設計方案。與低軌系統(tǒng)相比，同步軌道系統(tǒng)具有時間延遲大的痼疾，但是同步軌道的覆蓋面大，
全球覆蓋所需的衛(wèi)星數(shù)少，因而系統(tǒng)構(gòu)成成本優(yōu)于低軌系統(tǒng)。因此更多的計劃和設計中的多媒體衛(wèi)
星系統(tǒng)采用同步軌道方案，如Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ公司的多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)方
案。以Ｌｏｃｋｈｅｅｄ Ｍａｒｔｉｎ公司的Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ系統(tǒng)為例（參見圖
１），從理論上講，只需在赤道上同步軌道均勻分布３顆衛(wèi)星即可覆蓋全球（除極地），但為了使
信道有一定的冗余，并且有盡量高的接收仰角，Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ采用了９顆星，并且將衛(wèi)星分
布在５個位置上，分別服務于對應的區(qū)域。其中，考慮到太平洋上的通信量較小，因而在該位置只
布置了１顆星，而在另外４個位置均布置了２顆星（一顆星還不足以負擔全部可能的通信量）。

　　低軌系統(tǒng)延遲時間小，對地球兩極的覆蓋能力高，地面接收仰角大，星上功
率要求也較小，但比較復雜；同步軌道系統(tǒng)雖然時間延遲長，但覆蓋全球所需衛(wèi)星數(shù)少，系統(tǒng)成本
也較低，在星上功率已能達到１００ｋＷ的今天，這仍是十分吸引人的選擇。美國的ＴＲＷ公司在
綜合分析了同步軌道和低軌系統(tǒng)的優(yōu)缺點之后，提出了一個以１２顆衛(wèi)星組成的中軌多媒體衛(wèi)星系
統(tǒng)——Ｏｄｙｓｅｃｙ，該系統(tǒng)既經(jīng)濟又具有低軌和同步軌道系統(tǒng)的優(yōu)良性能。

　　表１集中羅列了１０個歐美計劃和設計中的１０個多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)的參數(shù)，
可供比較。

      在表１所列的系統(tǒng)中，有３個同步
軌道系統(tǒng)和２個中軌低軌系統(tǒng)是全球覆蓋的（如Ａｓｔｒｏｌｉｎｋ，見圖１），其它僅對某些區(qū)
域提供區(qū)域性服務。這些系統(tǒng)所能提供的服務包括雙向通信：傳呼、普通電話、對空電話（地面對
飛機）可視電話、臨時通信；中速數(shù)據(jù)：金融信息、軟件傳遞、數(shù)據(jù)搜索；高速數(shù)據(jù)通信：電子信
件加傳真、商務通信、全球Ｉｎｔｅｒｎｅｔ、寬域網(wǎng)絡、私用網(wǎng)絡、ＶＳＡＴ服務；視像傳播：
高分辨率電視（ＨＲＶ）、直播電視、多媒體、電話會議、遠距離學習和培訓、娛樂節(jié)目、新聞獲
取等，見表２。

３　結(jié)語

      在這個信息爆炸的時代，人們對多
媒體通信的需求日益增高，多媒體技術(shù)也隨著用戶需求和各項新技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。對用戶來說，
可望在２１世紀初享受到由多媒體衛(wèi)星系統(tǒng)建起的信息高速公路的豐富且及時的信息服務，全球一
體的多媒體通信將會真正使地球成為名副其實的“地球村”。人們預測，到本世紀末，整個信息產(chǎn)
業(yè)的產(chǎn)值將達到１萬億美元，其中，多媒體所占份額將舉足輕重。加速發(fā)展我國的多媒體技術(shù)，尤
其是多媒體衛(wèi)星通信技術(shù)，將使我國的電子技術(shù)水平產(chǎn)生飛躍，有助于使中國迅速走向現(xiàn)代化的工
業(yè)強國。