卫星通信视频传输技术

产业观察

1 引言

广义卫星通信就是地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）。对于广播电视及当前新起的流媒体直播电视传输而言，卫星通信传输方式接收公共卫星电视资源经济有效，并且可靠性高。为此，讨论针对基于卫星通信方式下的视频传输技术的使用，重点讨论包括其中的关键技术、存在的瓶颈及解决方案以及发展方向。

2 发展历史、起源

1945年，ArthurC.Clarke 在英国的《无线电世

卫星通信视频传输技术

郭骁煊

（中国电信股份有限公司上海分公司，上海 200433）

摘要：

本文就基于卫星通信技术的视频传输方法进行阐述，其中包括通过卫星通信传输视频的发展历史及起源，进行视频传输过程中使用的关键卫星通信技术，技术瓶颈、解决方法以及当前的发展方向、前沿技术等。侧重从调制编码技术、天线系统、高带宽波段KA波段的利用以及流媒体传输技术几个方面进行阐述，并引入了卫星激光通信技术、智能天线等前沿技术的发展情况介绍。

关键词：

卫星通信；视频传输doi：

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2018.06.016中图分类号：

TN927+.2 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2018）06-0055-08Abstract: The purpose of this article is to elaborate the method of video transmission based on satellite

communication technology. It is include the history of video transmission based on satellite communication technology, the key technology of satellite communication to transmit video, the technical bottleneck with the solutions and development directions in this field. It is to lay special emphasis on the modulation and coding technology, antenna system, the usage of the band of KA and the streaming media transmission technology. On the other hand, it is to introduce the laser communication technology and the smart antenna system as well.

Keywords: satellite communication; video transmission

Video Satellite Communication Transmission Technology

Guo Xiaoxuan

(China Telecom Corporation Limited Shanghai Branch, Shanghai, 200433)

界》杂志上发表了一篇《地球外的中继》，用以对卫

星通信的可行性设想进行论证；1957年苏联发射了世界上第一颗人造卫星用于观测、研究及通信实验；1958年美国NASA 发射了SCORE 试验卫星，用以进行磁带录音信号传输试验；1960年美国发射ECHO 卫星用于调频电话和电视转播；1962年美国无线电公司RCA 发射RELAY-1卫星，完成美、日间电视传输。

在我国，1969年建设卫星通信接收站；1970年我国发射了第一颗自己的人造卫星，成功向地面传送了“东方红”乐曲；1972年2月24日我国第一个含收发系统的卫星地球站；1988年发射的东方红二号甲DFH-2A 为我国的电视传输、对外广播作出了巨大贡献；1997年发射的DFH-3A ，在1998年开始用于电视、电话业务、VSAT 网、数据传输等 ；2008年在西昌发射的“中星9号”卫星使用ABS-S 标准，并

实现起来，为此高阶调制也开始逐步应用起来，DVB-S2标准开始采用16APSK 、32APSK 。更进一步提高了频谱和功率效率 。

3.1.2 编码技术

传统的编码技术有BCH 码、R S 码、级联码、

Tu r b o 码、L DPC 码、分组级前向纠错删码等。然而，传统编码技术与香农理论存在2-3dB 的差距，但Turbo 码仅与香农极限差距0.7dB 已基本接近，是比较优秀的编码方式。

Turbo 码原名并行级联卷积码，比传统编码优越的主要原因是因为其迭代译码特性，即通过外译码器的输出信息反馈给内译码器，使两个相互独立的译码器互相利用信息，互相级联达到真正意义上的长码的效果。通常有双重Tu rbo 码，还有多重Turbo 码，一般目前卫星通信使用双重Turbo 码，但是按照香农理论，只要信息速率不大于信道容量，编码长度不断增大，则抗干扰性越强，并能实现无误通信。为此多重Turbo 码还有降低信道中误码率的功能，不过目前还在研究测试阶段 。信道编码使用Turbo 串行方案加联合卷积码能有效提高减低复杂度，提高系统整体性能。

3.2 传输质量（差错）控制技术的选择

在对地静止轨道卫星（GEO ）的通信传输过程中，单程时延为270ms 。由于白噪声和多普勒频移的影响，会引起随机误码发生使得TCP 控制协议性能不稳定，影响传输质量，为此需要进行基于传输的差错控制。

在DVB-S 视频传输过程中，使用MPEG-2的数据包格式，188个字节中包含1个同步字段，信道传输采用RS 编解码方式，增加16个纠错校验位。而丢帧由两种情况引起：第一种情况是因为帧头改变引起的同步失败而丢帧，第二种情况是因为误码引起的丢帧。

3.2.1 重传技术

丢帧使用重传的方式进行差错控制一般有三种：自动重传机制A RQ 、选择性重传机制SR _ARQ 、主动性重传机制CA_ARQ 。自动重传机制：当检测发现当前一帧丢失后，重传当前一帧，不影响后续帧的传输为自动重传；

选择性重传机制：有限次选择性重传部分可靠

且承担例如湖南卫视、新疆卫视等多地卫星电视的广播任务，“中星9号”是我国真正意义上的广播电视直播卫星 ；2017年4月我国发射首颗Ka 波段高通量卫星“实践十三号”后更名为“中星十六号”，计划对飞机、远洋油轮等地面网络覆盖不好的区域进行网络信号补偿，进入试运行状态。卫星通信的发展势不可挡，在未来随着多媒体通信的需求越来越多，对带宽要求越来越高，以及通信无处不在的理念，卫星通信将作为取代传统有线通信主体的一种方式被广为运用，而承载在卫星通信上的多媒体业务也将是卫星通信的主体之一并因此而不断多元化发展。在这方面，我国还是有较大的发展空间，是一个值得拓展的领域。

3 关键技术

基于卫星通信的视频传输技术的关键技术，由

以下几部分组成：

3.1 调制及编码技术3.1.1 调制技术

传统调制技术有相移键控调制方式、频移键控调制方式、正交幅度调制QA M 调制技术、正交频分复用（OFDM ）。在广播电视卫星通信系统中，高功率放大器等都为非线性部件，因而该信道具有带限和非线性特性，为此需要有包络恒定及最小功率谱占有率特性。所以一般广播电视卫星系统中常采用相移键控调制方式。另外，由于随着相位调制阶数增加，带来频带利用率提高的同时却引起抗干扰性能下降，解调设备复杂性增加，为此，数字广播卫星电视系统广泛使用的调制解调方式主要为：二进制相移键控调制（2DPSK/BPSK ）、四进制相移键控调制（QPSK/QDPSK ）、八进制相移键控调制（8DPSK/8PSK ）。以下为二、四、八进制相移键控调制比较表，根据频带利用率需求、抗干扰能力及调制解调器的成本等需求可以选择不同的调制解调方式 。

表1 二、四、八进制相移键控调制比较表

由于目前转发器和天线技术的大规模发展，

功率提高或误码降低的方式及方法也开始简单易