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卫星通信与交互式多媒体

  多媒体应用系统的基础是语音、数据、图像、视像信息的综合处理与传送。微电子、计算机、通信、网络技术的迅猛发展,为多媒体应用系统提供了多种高速、宽带、智能、综合化的信息通信平台,通过宽带卫星通信构建多媒体应用系统是其中非常重要的一种方式。卫星通信具有覆盖面广、与距离无关、可靠性高、通信费用低、网络拓扑结构简单、方便灵活等特点,与多媒体技术的结合具有非常广阔的应用前景。
   卫星通信始于60年代,初始用于语音通信。70年代开始以调频方式用于传送广播电视节目。80年代随着VSAT系统的兴起,卫星通信在数据通信方面得到了迅速、广泛的推广与应用。数字编码、压缩、纠错技术及VLSI芯片技术的发展,使卫星的传输能力大大提高,宽带卫星通信的技术已经成熟,并成为信息高速公路所必需的高速大容量和交互式的通信途径。90年代后期,Internet的飞速发展,为单向广播式卫星通信又带来了新的发展空间。随着交互式多媒体应用与卫星通信技术的融合,卫星通信以独特的优势与特点为其传统应用和新的应用提供了更为有效的通信平台。其典型应用包括:远程教育、培训、购物、娱乐;会议电视;视频点播(VOD);宽带Internet/Intranet接入;电子传版。
   在上述应用中,高速多媒体信息流以下行为主,需要系统提供宽带信道,而上行信息一般为低速数据与控制流。如果采用双工单信道方式,上行信道利用率极低,用户不得不为通信带宽支付昂贵的费用。资料表明,大多数交互式多媒体应用系统实际上都基于这种非平衡的通信模式,如何为这样的系统提供最高性能/价格比的解决方案呢?卫星通信提供了一种非常有效的方案。
   本文以深圳经天科技股份有限公司的PCVSAT多媒体应用平台为例,分析了基于Internet接入的卫星多媒体应用系统的构成与技术方案。
   在PCVSAT系统中,采用上、下行信道分离的方式,利用高速宽带卫星信道作为用户端下行信道,利用地面Internet网作为用户端上行信道,以卫星主站作为枢纽,构成一信息环网,从而为大量非平衡式多媒体交互应用系统(下行信息带宽要求远大于上行信息带宽)提供了有效的解决方案。系统网络构成如图1所示。
   PCVSAT系统基于三种核心技术:高速卫星广播、多媒体信息平台和Internet卫星接入。
   在上述三种核心技术中,高速卫星广播是系统通信的基础,多媒体信息平台是系统应用的基础,Internet卫星接入实现了系统的交互功能。

1. 高速卫星广播
   PCVSAT高速卫星广播是一个星型单向卫星通信系统,由一个卫星主站和众多的接收站组成。
   卫星主站由数据传送发射设备及网管系统构成,发射设备包括卫星天线、主站功率放大器、功放备份开关、上变频器、主站卫星调制器、调制器备份开关等。卫星主站的发送数据经卫星网关汇总,通过调制、变频、放大,由天线发射上星。网管是整个系统网络控制管理与维护的中心。系统的参数设置、授权、加密通过网管实现。
   接收站按照Direct to PC设计,采用PC插卡式卫星数据接收机作为远端站设备,将PC机变成了VSAT终端,从而实现了VSAT通信系统与网络和多媒体应用的无缝联接,为VSAT数据通信服务于社会大众奠定了基础。接收站由PCVSAT卫星数据接收卡、PC机、单收天线、高频头和中频电缆组成。
   PCVSAT的空间部分是C波段或Ku波段的同步卫星转发器,可以租用。
2. 多媒体信息平台
   由于中心站采用了以局域网为骨干的可扩展体系结构,多媒体信息(包括各类异步和同步数据、视音频信号、静态和动态文件等)的接入由局域网上的各相应工作站及网关、路由等辅助设备实现,最后由卫星网关将来自主干网络的各类数据转换成卫星数据帧。该平台主要包括:
   a. 复用器:复接同步数据、异步数据。
   b. 视频编码器:将模拟的视频信息压缩编码传给卫星网关,与S-Video或Complex Video接口,编码方式为MPEG-I、MPEG-II。
   c. 文件网关:复制各种静态和动态的文件,与LAN接口。
   d. 多目IP路由器:路由多目IP数据到卫星网关,与LAN接口。
   e. 路由器:引接网络数据,与LAN接口。
   f. 卫星网关:将来自主干网络的各类数据转换成卫星数据帧,由LAN输入,RS-422输出。
3. Internet卫星接入
   Internet卫星接入由主站代理服务器与用户代理服务器实现。PCVSAT主站代理服务器,负责响应远端用户的请求,并将获得的请求数据通过卫星宽带单向信道发送给用户。用户端则通过用户代理服务器,汇集用户上行数据,通过地面Internet网向主站代理服务器转发。
   Internet的卫星接入融合IP技术,采用TCP/IP、UDP、RTP/RTCP、RSVP等协议,完全支持Multicast、Push等最新IP技术。它能够提供传统浏览器方式的单点广播和基于UDP/IP Multicast的多点广播,从而支持音频、视频、数据的实时交互应用。
   a. IP多路广播(IP-Multicast):允许路由器一次将IP数据包复制到多个通道,使一个提供服务器可同时向一组终端用户的客户机发送同一个信息流,大大减少了网络的拥塞,保障了数据的实时性。通过卫星广播方式实现IP多路广播,主站代理服务器可同时对6万个用户组、10亿个IP地址(甚至更多)的用户客户机发送单一的连续数据流,使得网络分摊成本变得相当低廉,而使多媒体信息资源的共享成为现实。
   b. 信息推送技术(IP-Push):由用户设定自己所需要的信息频道,直接在用户端接收定制信息的实现方式。卫星Internet系统的信息广播采用广义的信息推送概念,它具有以下特点:
   (1) 采用卫星广播信道作为信息推送的传播途径,广播下行速率可达10Mb/s以上,每天推送的信息量可达100GB,为用户提供了非常大的信息可选空间。
   (2) 将网上信息与非网上信息按照特定的组织结构进行分类,根据统计结果将共享特性高的信息予以广播,由用户在用户端以订阅方式接收,可以充分满足用户的共享需求。同时保留的Internet卫星高速接入使用户可以方便地进行Internet在线浏览并通过卫星信道下载个性化网络信息,满足了用户的个性化需求。
   (3) 采用卫星广播下行信道,可以实现无冲突的信道共享,用户数量的增加不会产生拥塞,用户的扩容可以在不改变原有的网络拓扑结构的前提下方便地实现。
   (4) 基于信息推送技术而实现的卫星信息广播,是一个低成本、高效率的系统,用户端费用低于目前上网费用。
   在即将到来的21世纪,卫星多媒体通信系统有着非常广泛的应用前景,这一发展前景一方面取决于社会需求的推动,另一方面取决于卫星基础设施的建设及宽带传输技术的成熟。为推进信息化建设,世界各国纷纷建设信息高速公路,可以展望,多媒体卫星系统建起的信息“空中航道”也将在未来的信息舞台展示其独特的魅力,发挥巨大的作用。


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