卫星通信及其关键技术

卫星直播及其应用 姓名：何兆贤 学号： 班级：思源0902 目录卫星直播及其应用21.引言：222.卫星直播中的技术33.DVB-S2技术主要表现44.数字卫星直播平台的组成65.卫星直播中的业务67.结束语88.参考文献9卫星直播及其应用摘要：本文主要讲述了直播卫星的技术特点及现代基于直播卫星的应用领域。简述了DVB-S2的技术标准。关键字：卫星直播 DVB-S2 直播业务1.引言：卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。直播卫星系统就是一种卫星通信。其特点为：覆盖面积广：一般不受地理障碍的影响。传输能力强：采用数字压缩、统计复用技术。信号质量高：数字直接到户，中间环节少。接收简便：采用Ku频段大功率卫星，接收天线口径小，接收设备简单。用户管理完善：采用有条件接收技术，实现对用户的实时、有效的管理和服务。综合应用能力强：可提供高速数据、图文、交互式业务等综合服务。卫星通信常用的多址联接方式有频分多址联接、时分多址联接、码分多址联接和空分多址联接，另外频率再用技术亦是一种多址方式。CDMA技术的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。直播卫星系统2.卫星直播中的技术卫星直播系统中有关广播电视信号的传输和处理的标准是最为核心的技术。目前世界上卫星直播系统中信道传输主要采用DVB-S2标准。其为DVB-S的升级版。由于MPEG-2的音视频节目广播，DVB-S仅支持MPEG-2传输流的输入信号，前向纠错编码则采用里德-所罗门码与卷积码的级联编码机制。这种通道编码技术在许多通信和广播系统中有着很多应用，具有较好的性能，且成本低，简单，安全。但是此技术也有缺点，首先是编码效率较低，其次是其载噪比门限距离理论上的极限还有较大的差距。同时DVB-S采用QPSK单一信号调制，在相同载噪比的条件下，每个符号传输的信道编码的比特数仅为2，在卷积信道编码为1/2时，实际有效传输的有效载荷仅为每符号0.92比特，而且在DVB-S基带成型处理中升余弦滤波滚降因子固定为0.35，这些都限制了信号的传输。在点波束卫星出现以后，第二代DVB-S2已经得到了广泛的应用。其在技术上较DVB-S有了很大的改进其主要有三个指标：好的传输性能总体的灵活性有发的复杂程度DVB-S2工作组对这三方面都做了量化的要求，并给出了相应的评估指标和计算工具。其主要优点如下：1. 涵盖了更大的信噪比范围。由于卫星平台，转发器及天线制造技术的进步，使得高载噪比条件下，而相应的应用范围也在不断的扩展，DVB-S2共提供了从1/4到共11种前向纠错编码比率，与不同的调制方式共有28种不同的组合方式，涵盖的信噪比范围为-3.7db到15.3db.广播机构可以根据不同信道条件和业务需要进行灵活选择。同时DVB-S2还提供了可编码调制和自适应编码调制工作模式，提高了系统的性能。2. 适应多种业务需求。DVB-S2除了提高系统的传输性能之外；还为不同的业务需求提供了必要的技术手段，如提供灵活的数据接口匹配方式，可以接收包括MPEG-2传送流在内的各种格式的单或多数据流，这些数据流可以是离散的，也可以是连续的。同时DVB-S2还在物理层上引入帧结构，通过同频字、信令、导频等辅助接收机实现快速帧同步和载波恢复，并为不同的业务提供了不同的底层接口。3. 频谱效率大大提高。DVB-S2的向前纠错编码为外码采用BCH码，内码采用低密度奇偶校验码的级联码结构。长达64800比特的码字长度使其性能接近理论上的信道传输门限仅相差0.7到1.0db.同时DVB-S2引入了8PSK等高阶调制方式，与DVB-S系统相比，在相同信噪比的条件下，其传输效率提高了30%到35%。3.DVB-S2技术主要表现改良编码方式DVB组织在对涉及100多万兆位数据仿真的7个选项进行全面的仿真和40000个计算机日验证和测试后，技术组最后决定DVB-S2标准的基本方案：外码采用BCH码，内码采用LDPC码。采用LDPC码而不采用Turbo码的原因主要是由于：首先，由于LDPC能提供更好的性能，而且LDPC码描述简单，编译的速度高于Turbo码，适合硬件实现。其次，LDPC码在算法上有优势。在LDPC架构中占主导的是储存器而非算数处理，且本身具有内在的交织特性，系统的实现复杂程度低。信道编码的解码算法是决定编码性能和应用前景的一个重要因素。LDPC码由于其奇偶校验矩阵的稀疏性，使他存在高效的译码算法，其译码复杂度与码长成线性关系，克服了分组码在长码时所面临的巨大译码复杂度问题，使长编码组分组的应用成为可能。而且由于校验矩阵的稀疏特性，在长的编码分组时，相距很远的信息比特参与统一校验，这使得连续的突发差错对译码的影响不大，编码本身就具有抗突发差错的特性，不需要交织器的引入，进而没有因交织器的存在而可能带来的时延。1. 采用高阶调制方式相位调制多相调制可以用这样一组信号来表示：U(t)=Acos(t+)=Acos(2ft+) 0tT式中的M个符号是通过均匀时间间隔的一组相位角来表示的：=2（-1）(1-K)M =1,2,3，M已调信号中相邻的相位间隔是2/M。例如两个符号、4个符号和8个符号的相位间隔分别是、/2、/4.但在多相调制时，相位取值数增大，信号间的相位差也就减小，传输的可靠性随之降低，因而，实际中用的较多的多相调制是QPSK和8PSK。多相调制与二相调制相比，既可压缩信号的频带，又可以减小由于信道特性引起的码间串扰的影响，从而提高数字通信的有效性，采用高阶调制方式可以提高信道带宽效率。例如：BPSK的带宽效率为1b/s/HZ；QPSK的带宽效率为2b/s/HZ；8PSK的带宽效率为3b/s/HZ。高阶调制DVB-S标准只定义了QPSK的调制方式，一个调制符号映射2个比特。因此，卫星传输信号的能力受到很大限制。DVB-S2标准与DVB-S采用单一的QPSK调制方式相比，DVB-S2有更多的选择，它定义了4种调制方式即QPSK 、8PSK、 16APSK和 32APSK。相应地，每个符号映射的比特数分别为2、3、4和5。这样，卫星传输的能力就极大的提高，尤其对于直播卫星系统的运营者有很大意义，即同样数目的卫星和转发器，可以成倍地增加传输的信号或节目数量。对于广播业务来说，QPSK 和8PSK均为标准配置，而16APSK、 32APSK是可选配置；对于交互式业务、数字新闻采集及其它专业服务，四者均为标准配置。在DVB-S2标准公布之前，采用高阶调制方式并存方案已经是可行的，并且有利于保证系统的互通性。3 混合输入格式视频编码标准视音频的编解码技术是视频通信中的关键技术。1988年ITU-T颁布了H.261建议草案，该建议以混合编码为核心，以后制定出一系列的视频编码标准，如ITU-T的H.262、H.263以及ISO的MPEG-1、MPEG-2等。 H.261是最早的运动图像压缩标准，是ITU-T为ISDN开展可视电话、视频会议而制定的，速率为64kb/s的整数倍。以后又发展了其第二、第三版。MPEG是活动图像专家组的缩写，MPEG与1994年推出的MPEG-2压缩标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，MPEG-2标准在系统和传送方面做出了更加详细的规定和进一步的完善，特别适用于广播级的数字电视的编码和传送。混合的输入格式DVB-S和DVB-DSNG对信号源的输入格式有严格的规定，即单一的MPEG TS流。而DVB-S2则灵活很多，实现了对多种数据输入格式的支持，扩展性大为增强。DVB-S2支持任何输入格式流，此种技术特点非常有利于非MPEG-2格式的数据流传输，免除了数据包的封装和协议的转换程序，灵活多变的输入接口匹配，输入信号的范围更为宽泛，既可以是离散的数据包也可以是连续的数据流。更为重要的是，DVB-S2将允许其它现有的和未来的数据方案得到应用，而无需一个新的规格。4可变编码调制和自适应编码调制方式可变编码调制DVB-S2标准提供了适应不同的编码和调制组合方式的能力，允许对每个数据帧进行不同的一种方式及纠错级别动态更改。对不同的业务类型可以采用不同的错误保护级别分别传输，因而传输效率得以大大提高。可变编码允许在同一载波上对每个数据流加不同的调制方式及纠错级别。自适应编码调制可变编码调制技术与回传通道相结合，形成自适应编码调制。其可以针对每一用户的路径条件是传输参数得到优化，允许对每个数据帧进行不同的调制方式及纠错级别动态更改。可以根据具体的传播条件，针对具体的接收终端，提供更精确的信道保护和动态连接适应性。当接收端加入反馈机制后，对交互网络而言，自适应编码和调制的特性对优化带宽极为有益，传输参数可根据不同的终端进行优化，还会根据信道的差异来实时选取最有效的模式，也可以方便安全地进行补偿。自适应编码调试技术根据信道传输环境的不同，可提供帧级编码与调制技术，显著提高了系统信号传输的可靠性。4.数字卫星直播平台的组成前端系统前端系统主要由视频、音频压缩编码器、复用器和调制器组成。前端系统最重要的任务是提高压缩倍数，在有限的转发器带宽上尽可能地传送更多的节目。利用卫星传送多套节目有两种方式：单路单载波方式和多路单载波方式，DTH采用MCPC方式。在MCPC方式中，除按MPEG一2对视频、音频信号进行压缩，动态统计复用这一新技术的作用显得尤为重要。动态统计复用是一种可实时在多套节日间根据需要分配带宽的技术，对提高带宽利用率具有很大作用，动态统计复用算法目前尚无国际标准。5.卫星直播中的业务1.卫星直播中的交互业务交互电视是观众可以按照自己的兴趣主动选择节目，而不是被动接收电视的形式。它实现了观众与电视节目之间的互动，体现了电视欣赏个性化的趋势。交互电视有多种形式，严格意义上的交互电视需要有回传途径，将观众的需求传送给前端，这就是通常所说的VOD，但是卫星直播中大范围内的回传是比较困难的。因此卫星电视直播中的交互业务采用的是不需要回传的特殊方式，在装有大容量硬盘的个人计算机上，交互业务尤其是高速率的视/ 音频节目一般采用首先下载到本地硬盘，再通过观众与计算机之间的人机对话实现人与节目之间的互动，从观众的眼中看这也是实现了交互电视。但在卫星电视直播中绝大多数交互业务采用的是另一种途径：即将所有的节目不断地广播出来，机顶盒根据观众的命令从中挑选出需要的节目进行处理和播放。主要方式的关键是要有很宽的广播频带，实质上是以传输频带为代价解决了回传或存储的难题。卫星电视直播具有较宽的下行传输频带，因此这种方式非常适合卫星电视直播。实际上，在卫星电视直播中增值业务和交互业务是紧密结合的，众多的增值业务被同时广播出来，观众从中选择喜欢的节目收看，从观众的眼里看，完全和收看互动电视一样，能够主动地选取自己的节目。2.卫星直播中的数据广播卫星数据广播系统图数据广播是将互联网信息等非电视节目的数据打进MPEG-2 的TS 包内，通过数字电视广播途径传送给用户。数据广播业务以IP 形式的数据信息为主，电视广播将互联网信息快速传送给用户，这种应用也称IP广播。IP 广播的关键是从IP 格式数据包向MPEG-2 的TS 格式的数据包封装和协议转换，卫星电视直播中的IP 广播是利用卫星直播具有较宽的下行传输频带实现高速信息下载和互联网接入，IP 广播的用户终端一般是个人计算机，在计算机主机中插入一块PC 接收卡。典型的卫星数据广播系统如广播电视系统。从图可以看出，接收用户信息或数据的终端服务器与发送信息的数据服务器之间有一个局域网LAN。其内用户均可享受到系统提供的服务。如果是简单的系统，LAN 也可能不存在。对于数据接收，用户可用PCDVB 卡在PC 上直接接收或从接收机上的数据输出口接收。此系统可传送MPEG2 视音频、实时数据、文件、IP 电视等。传送方式可分为广播式、多点传送和单点传送，也可在此平台上增加条件接收系统以控制接收。3. 卫星直播平台上的增值业务增值业务是目前卫星直播平台上开展最广泛的新业务，它在电视节目之外，以文字、图片等形式向观众提供多种信息，如：电于菜单、天气预报、金融信息、电视杂志等等。因此，增值业务又称为图文电视业务。图文电视传送是数字卫星传输系统的一种多功能业务。以目前一些省使用的飞利浦数字压缩系统为例，图文电视通道可提供约200 kbit/s 的中速数据率，采用图文页和专业加密通道等方式可传输大量信息。增值业务实质上是利用运行在数字电视机顶盒之上的特殊软件，同电视节目一样通过电视屏幕呈现给观众。它和数字电视节目码流复用在一起，通过MPEG-2 的TS 流传到用户机顶盒。数字卫星广播是一种先进的新技术，虽有国际标准MPEG-2 和DVB-S，仍有一些方面尚未形成规范，这在多功能业务开发方面尤其明显。以图文电视为例，头几年飞利浦公司提供的数字编码设备具备传送中文图文电视功能，但只有广播级IRD 才能无误码接收，制约了图文电视的落地接收和普及。一些提供数字卫星广播上行设备的厂家，至今仍未提供图文电视传输设备。由于在MPEG-2/DVB-S 标准中还没有图文电视规范，带图文电视功能的卫星接收机能否兼容