卫星通信现代远程教育接收站点系统.docx
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卫星通信现代远程教育接收站点系统.docx
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卫星通信现代远程教育接收站点系统
毕
业
设
计
书
毕业实践任务书
系名称
电气工程系
专业及班级
学生姓名
学号
毕业实践题目:
卫星通信-现代远程教育接收站点系统
指导教师(签字):
教研室主任(签字):
系主任(签字):
毕业实践课题及任务
课题简介
国家教育部从2003年开始在全国农村中小学实施“农村中小学现代远程教育工程”项目,目前全国已经完成60%的建设任务,该工程的实施、维护、管理等需要相关技术人员,通过本次毕业设计,学生可以充分理解项目的重要性,同时掌握卫星接收站点的建设和维护,学生可以掌握卫星通信技术、计算机技术以及防雷技术等知识。
课题任务
要求
接收站点系统主要设备:
设计“农村中小学现代远程教育工程”接收站点系统,基本站点系统主要设备组成如下:
1.Ku波段偏馈卫星接收天线;
2.一体化高频头
3.功分器
4.数字卫星接收机
5.IP数据接收卡
6.计算机
7.电视机
8.-5/75欧姆同轴电缆线
9.F接头
10.VGA分配器
11.电源防雷器
12.天馈信号防雷器
13.避雷针
14.防雷接地系统
任务及要求:
掌握以上设备的工作原理、用途,选择合适厂家设备建立“农村中小学现代远程教育工程”接收站点系统,画出各设备连接关系图,描述产品的用途、技术参数等,设计的接收系统可以接受鑫诺1号卫星教育电视台卫星节目,计算机可以通过接收卡接收教育IP数据。
进程安排
1、第1、2周毕业实习:
学生可以自己联系实习单位,也可以由学校安排。
2、第3-8周毕业设计
第3周:
仔细阅读设计任务书,理解设计要求,做好必要准备工作;
第4周:
查找数字卫星接收机、接收卡、天线等主要设备的厂商、技术参数和要求,同时自己选定设备厂家、设备型号;;
第5周:
查找防雷、VGA分配器等主要设备的厂商、技术参数和要求,同时自己选定设备厂家、设备型号;
第6周:
利用自己选择的厂家设备设计卫星接收系统,要说明选型的理由和依据;形成初步的设计思路;
第7周:
对设计思路具体化,形成书面设计报告;
第8周:
设计答辩,要求提供书面设计报告及设计体会。
参考资料
1、卫星通信技术;
2、“农村中小学现代远程教育工程”接收站点系统招标书(参见招标文件);
毕业实践开题报告书
电气工程系电子信息专业
学生姓名
班级
学号
课题名称
现代远程教育接收站点系统设计
课题
准备
情况
(含对课题的理解、资料查阅、现场实习和考察等先期工作)
首先基于对卫星通信技术做了大致的方向了解,再去从相关专业书籍以及互联网各种途径理解它的概念以及在“农村中小学现代远程教育工程”的应用。
并对各种机器设备的应用进行了大致的了解,对各项参数做了记录。
然后是对各种设备的组合运用并形成设计雏形。
思路和方法
第一步:
从专业书籍互联网各种途径查找相关课题资料。
第二步:
理清思路,整顿资料。
更深一步的了解课题。
第三步:
弄清卫星通信系统的设备构成以及各项参数,并在厂家的指引下对设备进行认识,为后面的组合设计做准备。
第四步:
对搜集的资料进行整理,并模拟出设计思路。
第五步:
设计出现代远程教育接收站点系统,并验证。
拟重点解决的问题
利用自己选定的设备设计卫星连接系统有点棘手。
计
划
进
度
第1周:
仔细阅读设计任务书,理解设计要求,做好必要准备工作。
第2周:
设计并理解系统工作原理。
第3-4周:
查找系统设备的厂商、技术参数和要求,同时自己选定设备厂家、设备型号。
第5-6周:
选择厂家设备设计系统,要说明选型的理由和依据;形成初步的设计思路。
第7-8周:
对设计思路具体化,形成书面设计报告。
第9-10周:
设计答辩,提供书面设计报告及设计体会。
指导教师意见
签名:
年月日
毕业实践考核表
电气工程系电子信息工程专业
学生姓名
班级
电信
学号
课题名称
现代远程教育接收站点系统设计
课题
完成
情况及自我评价
经过本学期对卫星通信系统的了解,学到了很多书本上学不到的东西,还有大量的实际操作经验。
也了解了卫星通信的快速与准确,在对应的远程教育系统上的重大作用。
指导教师评价
评语
评分
(共40分)
签名:
年月日
评阅教师评价
评语
评分
(共30分)
签名:
年月日
答辩小组评价
评语
评分
(共30分)
组长签名:
年月日
毕业实践评审组审核
经综合考核该学生毕业实践得分分,评定为
(审核指导教师评价、评阅教师评价和答辩小组评价并合分,评定等级)
组长签名:
年月日
摘要
在我国,提高教育现代化、信息化水平,大力发展现代远程教育是《面向21世纪教育振兴计划》的重要内容。
利用国家数字网、语言网以及视频网进行远程教育,又是穷国办大教育的战略性措施。
从中央到地方政府,都非常重视远程教育。
远程教育(DistanceEducation)是指作为与传统面授教育相对的教、学双方在时空、地域上分离,通过技术媒体来实现教学的一种新的教育形式的总称。
远程教育的发展可以追溯到19世纪50年代,先后经历了函授教育,广播电视教育,录像带以及有线电视授课等形式,发展到20世纪随着信息科学技术发展而出现的新的远程教育形式,它将面授、广播、电视教育各自的优势集于一身,融文本、音频、视频信息传播媒介为一体。
计算机辅助教学、计算机模拟以及其他通过计算机磁盘、光盘和互连网等途径的电子资源进一步表现出这一代远程教育的特征。
这一代远程教育技术同以前相比,进行交换的信息数量和种类显著增加,需要的时间变得更短,它减少了远程教育对时间和空间的依赖性,可在不同的时间和空间下,创造一个虚拟课堂环境,从而实现传播科学信息、推行教学计划、实施教学环节,达到培养造就科学人才的目的。
远程教育的发展离不开通信技术的支持,采用卫星通信开展现代远程教育具有特殊的优势。
本设计介绍了典型的卫星远程教育的系统结构,以及目前国内开展远程教育的高校所采取的几种主要的卫星远程教育系统方案。
为了满足全民教育、终身教育的需求,远程教育需要有一个实质性和突破性的飞跃。
而这种飞跃的直接促动因素将是以计算机、远程通信及认知科学相结合的“知识媒体”在远程教育系统中的综合运用。
根据远程教育目前呈现出来的发展趋势——着重个性化学习、快速的信息反馈、多种信息技术的融合、虚拟校园氛围、优秀资源的共享,结合自身的经验及优势,我们提出了基于IP/WEB的远程教育模式。
该模式主要包括:
实时交互式远程教学平台、网络辅助教学系统、远教信息管理系统等。
目前,该模式准备用于上海远程教育集团与复旦大学远程教育学院合作办学项目中。
对于经济欠发达地区和贫困山区,发展远程教育相对投资少、见效快的办法就是建立卫星地面接收站,运用数字卫星接收站设备接收及利用教育信息资源。
卫星网与中国教育科研网连接,标志着我国远程教育步入一个天地网合一,远程的双向的新阶段,是一个非常适合我国发展远程教育的捷径。
利用卫星广播进行远程教育的形式被广泛应用在学校教育和企业内教育上,其特点是在发送端设立播出端,在接收端设立小型天线和卫星接收机,这样在全国的任何地方都能接收到课件信息。
卫星广播与其他通信方式相比,具有独特的优点,表现在:
(1)通信距离远且费用与通信距离无关,这一特点适合我国的山区教育;
(2)工作频带宽、通信容量大,适用于多种业务传输,尤其适用于多媒体课件的教学;
(3)通信线路稳定可靠,通信质量高;
(4)以广播方式工作,具有大面积覆盖能力,可实现多址通信和信道的按需分配;
(5)可以自发自收进行监测。
利用卫星进行的远程教学系统,与其他模式的远程教学模式相比,突出的优点表现在图像发送和实时性方面并且成本低廉,使用者越多越经济。
关键词:
远程教育卫星通信网络辅助系统远教信息管理系统
目录
第1章卫星通信系统概念及其应用.......................11
1.1卫星通信的概念........................................11
1.2卫星通信工作频段的选择................................121.3我国卫星通信的应用和发展状况.............................12
1.4鑫诺一号与远程教育的结合..............................13
第2章远程教育接受站点系统的设计.....................15
2.1系统描述..............................................15
2.2组成模块..............................................15
2.3系统功能..............................................16
第3章系统硬件及软件技术.............................17
3.1硬件平台..............................................17
3.2软件技术..............................................17
3.4系统特点..............................................18
第4章部分设备技术要求...............................20
4.1KU频段天线.............................................20
4.2电视机.................................................20
4.3卫星信号接收与处理单元.................................20
4.4打印服务...............................................20
4.5关于避雷、配电和消防...................................21
4.6计算机及其配置.........................................21
4.7关于卫星信号记忆.......................................21
4.8关于软件...............................................22
第5章远程教育的模式.................................23
5.1教学光盘播放点.........................................23
5.2卫星教学收视点.........................................23
5.3计算机教室.............................................24
5.4相关说明...............................................26
第6章参考文献.......................................27
第7章毕业设计总结报告...............................28
第1章通信卫星系统概念及其应用
1.1卫星通信系统的概念
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号,在两个或多个地面站之间进行的通信过程或方式。
卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式,工作在微波频段。
宇宙通信是以宇宙飞行体或通信转发体作为对象的无线电通信。
它可分为三种形式:
(1)地球站与宇宙站间的通信;
(2)宇宙站之间的通信;
(3)通过宇宙站的转发或反射进行的地球站之间的通信。
人们常把第三种形式称为卫星通信。
宇宙站是指地球大气层以外的宇宙飞行体(如人造卫星和宇宙飞船等)或其他星球上的通信站。
地球站是指设在地面、海洋或大气层中的通信站,习惯上统称为地面站。
卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的基础上发展起来的。
微波中继通信是一种“视距”通信,即只有在“看得见”的范围内才能通信。
而通信卫星的作用相当于离地面很高的微波中继站。
由于作为中继的卫星离地面很高,因此经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。
图1—1是一种简单的卫星通信系统示意图,它是由一颗通信卫星和多个地面通信站组成的。
图1-1卫星通信示意图
1.2卫星通信工作频段的选择
卫星通信工作频段的选择是个十分重要的问题,它将影响到系统的传输容量、地球站及转发器的发射功率,天线尺寸及设备的复杂程度等。
选择工作频段主要考虑如下几个因素:
(1)天线系统接收的外界噪声要小;
(2)电波传播损耗及其他损耗要小;
(3)设备重量要轻,耗电要省;
(4)可用频段要宽,以满足通信的容量需求;
(5)与其他地面无线系统(如地面微波中继通信系统、雷达系统等)之间的相互干扰要尽量小;
(6)能充分利用现有技术设备,并便于与现有通信设备配合使用等。
1.3我国卫星通信的应用和发展状况
中国通信卫星的研制始于70年代331卫星通信工程的实施,到1984年4月,中国第一颗同步试验通信卫星发射成功投入使用,标志着中国通信卫星从研制转入实用阶段,并表明我国已全面掌握了同步轨道卫星的设计、制造、发射、测控及卫星通信地球站设备的生产技术,为我国的卫星通信技术和产品发展奠定了初步基础。
在80年代中后期,4颗东二甲同步通信卫星的发射成功与交付使用,以及引进国外卫星通信先进技术建立的单路单载波(SCPC)、国际海事卫星通信系统A型站、VSAT数据站的生产线,为我国公用卫星通信网和专用网的建网提供一定的卫星通信产品,初步解决了一些专用通信问题及北京与西藏、新疆等边远地区的通信问题。
经过改革开放二十多年的努力,中国卫星通信事业得到迅速发展,新技术、新体制地球站大量涌现,我国的国际卫星通信线路由初期的几十条发展到了2万多条,连接了世界180多个国家和地区的国际电话、数据业务。
在公用卫星通信网方面,到1998年为止,邮电部已建立了37座大中型卫星通信地球站,开通8万条双向电话线路;在专用卫星通信网方面,金融、煤炭、电力、石油、人民日报、海关、民航、新华社、证券交易公司等许多部门和大集团公司已建VSAT专网80多个、终端站约2万多台。
在卫星广播电视网方面,中国已建立了31座卫星广播电视上行站,约20-30万个接收站和各类转播站,卫星广播电视和教育电视节目达47套、全国人口覆盖率已达89%,约3000多万人接受了大、中专教育培训。
为了进一步扩大覆盖面,中国正在积极发展数字式卫星直播广播到户系统(DTH),以解决目前尚有10万个村不能看电视的问题。
在移动卫星通信网方面,我国已建成和开通了国际海事卫星北京岸站和上千个用户终端;低轨(LEO)全球移动卫星通信系统:
“全球星”系统已在北京地区建立了信关站,2000年已在中国开始了个人卫星移动电话运营。
1.4鑫诺一号与远程教育的结合
卫星电视,即利用人造地球卫星作为中继站转发电视信号。
相比传统的电视方式,卫星电视具备以下特点:
1.4.1覆盖面广,与通信距离无关,可以进行多址通信。
一颗同步卫星的“直视”范围约为地球表面积的三分之一,在卫星天线波束覆盖的区域内,任一地点都可设地面站,这些地面站可共用一颗通信卫星来实现点到点或点到多点的通信。
特别对地处边远的山区、荒漠、岛屿等地面线路无法达到的地区,卫星电视更显示出它的优越性。
鑫诺一号卫星具有24个C频段转发器和14个Ku频段转发器。
一个C频段转发器可转发6套经数字视频压缩的电视节目。
一个Ku频段转发器可转发10余套经数字视频压缩的电视节目。
1.4.2信道特性稳定,受地面复杂环境影响小。
由于电波主要在大气层的外层──宇宙空间传播,而宇宙空间是接近真空的,可看作为均匀媒质,故电波传播特性相当稳定。
提高收视质量,增加接收频道,一般通过有线电视台先接收卫星电视节目,然后再通过有线电视网络输送到每个家庭,也可采用2.4~3.7m(C频段)或1.8~2.4m(Ku频段)天线集体接收入户。
2006年将发射的鑫诺二号卫星就是这种面向家庭的电视直播卫星,单个用户就可以采用更小的天线直接接收卫星电视节目。
随着通信技术的发展,卫星电视不仅具有广播的功能,而且还可以增加卫星的回传链路,完成点播等互动式收看。
当然,接收卫星电视必须遵守国家的有关法律法规。
1.4.3卫星远程应用
卫星远程应用服务的范围十分广泛,涉及到社会各个行业和领域。
比如,远程教育与行业培训、远程医疗、会议电视、信息广播等等。
卫星远程教育与行业培训在国内也快速兴起。
在积极提倡终生学习、构建学习型社会的今天,远程教育被认为是具有旺盛需求和巨大潜力的产业。
卫星远程教育与培训的应用模式摆脱了地域的限制,可以充分利用有限的优秀教学力量,如普及教育、职业教育、学历教育、公民教育等积极服务,营造公平的社会环境,为构建和谐社会提供有效的平台。
1.4.4信息广播
基于IP网的TCP/IP协议已成为通信、计算机、网络一致公认的协议,为了保证实时通信的业务质量,在IP网上采用UDP/IP等传输控制协议,较好地解决了基于IP网的多媒体通信时延问题。
Internet上相当数量的信息是从一个源发给多个接收者的,称之为信息广播(Broadcast)或多播(Multicast)。
传统的地面Internet是以点对点通信为基础构建的,所有的数字内容、图像和声音被拆分为以字节为计量的包,经过一系列的路由器送到离用户最近的ISP,通常,相同的内容在不同的点之间传输许多次,来保证所有用户的正确接收。
利用卫星广播或多播技术,可廉价地实现互联网信息从一点到多点的分发,同时减轻地面骨干网的带宽压力,提高现有网络的效率,降低网络运行的成本。
第2章远程教育接受站点系统的设计
2.1系统描述
针对中国偏远山区师资力量薄弱,教学体制不建全,质量低下的情况,本论文提出了基于卫星广播的虚拟课堂系统。
该系统主要实现了把名校名师授课的真实课堂通过卫星广播的方式传输到卫星所覆盖的任何区域。
该系统利用一定的硬件平台和软件技术,通过录制课件,播出课件,接收课件,播放课件几个过程,就可以收看异地课堂完整的授课信息,把一个真实的课堂虚拟映射到所有的接收端。
2.2组成模块
该系统主要分5部分组成:
课件制作端负责课件的录制与加密;播出机和ftp服务器构成的播出端负责课件的编码调制,发送上星;接收端授课机负责接收,管理,播放课件;辅助模块:
授课机管理与远程授权;授权计算Web接入。
下面分别介绍各个模块的功能:
2.2.1课件制作端
本系统将实时采集的授课信息作为课件源。
具体过程是在一个多媒体课堂的授课过程中,将授课信息,其中包括授课教案,老师讲解的视音频信息等通过摄像头和MPEG-4视频采集卡实时录制下来,同步合并直接生成课件。
这种生成课件的方法简单快捷,对于硬件设备,场所的要求都很简单,而生成的课件的质量也很不错。
然后将录制好的课件,进行剪辑和审核,最后加密课件,采用FTP协议上传课件到播出端的FTP服务器。
同时课件制作端还负责制定播出计划,通过Internet将播出计划传递给播出机。
整个制作过程在一天内完成。
2.2.2播出机
定时检查FTP服务器上的新课件,并下载到播出机本地硬盘播出。
授权播出机从FTP服务器检查新授权,并下载到本地,然后对外播出用户授权码。
播出机按照制作端设定的播出计划定时播出课件。
2.2.3客户授课机(接收端)
分为基本授课机和点播授课机。
两种授课机都具备的功能是:
接收课件,本地存盘,播放课件。
每个授课机均有一个“软件狗”,用于记录授课机的接收权限。
其中点播授课机可以通过Internet进行个性化的课件点播。
2.2.4Web接入服务器
主要提供授权计算,课件加密,用户管理,客户端授课机续买课件费用等。
2.2.5用户管理
管理终端授课机及其用户信息的解密密码,同时管理课件加密的系统密码。
2.3系统功能
课件制作端通过摄像头和视频采集卡将多媒体课堂的授课信息实时采集下来,制作成课件,通过FTP协议将课件上传到播出服务端的FTP服务器上;播出准备程序定时从该FTP服务器下载新的课件到本地播出机,并进行预编码。
播出机按照制定好的播出计划,循环播出课件,将课件以IP包形式稳定地发送到播出网关。
播出网关把IP数据经过编码、调制后,转换为DVB数据流通过发射天线发送到鑫诺一号卫星,接收端通过接收天线,根据授权信息(授权播出机定时检查新授权并播出用户授权码)接收卫星广播数据,利用DVB接收卡进行数据的还原和保存,再利用本系统特定的播放软件就可以直接收看授课信息了。
由于本系统采用的是基于文件的传输格式,所以必须要等到课件完整下载之后才能播放,在授课端,辅导老师采用本系统所提供的软件可以管理,搜索,播放课件,重现整个授课过程,具有虚拟的真实性。
该软件提供了很友好的用户界面,方便辅导老师按照年级、课别、星期等信息选择课件,采用遍历定位的方法方便快捷地查找并播放课件。
一方面通过课件中录制的优秀教师的授课信息来给同学们传授知识,以提高教学质量,同时还可以对教师进行培训,让他们学习优秀教师的讲课方法,以提高师资力量。
由于接收端的硬盘容量有限,所以接收端需要自动整理硬盘空间,删除老课件。
删除原则采用FIFO(先进先出)原则和必要时删除原则。
另外相对网络比较发达的地区可以利用点播授课机通过Internet进行个性化的课件点播。
第3章系统硬件及软件技术
3.1硬件平台
3.1.1课件制作端
PC机,摄像头,MPEG-4视频采集卡,及其配套的多媒体教室。
3.1.2播出端
播出机,FTP服务器,DVB/IP封装器,播出网关,及其配套发射设备。
3.1.3传输信道
该系统的传输信道分为两个部分:
天网(卫星方式)和地网(Internet方式)。
其中天网负责课件的播出,接收。
地网主要负责课件的准备,以及课件点播等附加服务。
3.1.4授课机(接收端)
包括接收天线,专业授课机,多媒体显示器。
3.2软件技术
3.2.1课件制作平台
在多媒体教室的授课过程中,通过摄像头将老师讲课过程录制下来,采集压缩成一路视频流,老师授课的音频信息通过麦克风输入计算机,利用声卡压缩成一路音频数据,另外笔记本电脑上的授课教案一方面通过投影仪投影到黑板上供当场的学生学习,另一方面通过软件处理,采集压缩成一路教案数据。
然后课件制作端将这三路数据同步合并,生成课件文件,再进行校对审核。
3.2.2文件上传平台
采用FTP方式,利用FTP协议上传课件到FTP课件服务器。
3.2.3课件播出平台
定期从FTP下载新课件,进行预编码。
DVB/IP封装器根据DVB传输的格式将IP数据封
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