广播爱好者基地社区技术交流 → 卫星广播技术
查看完整版本:卫星广播技术
7/26/2005 12:23:47 AM
一、起源
  卫星广播属于卫星通信范畴,就是利用人造地球卫星作为中继站转发广播电视信号,是与卫星通信技术的发展密不可分的。

  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。虽然地面微波中继通信是一种比较先进的通信方式,但由于它是利用300MHz以上的微波进行通信,工作波长很短,只能靠直射波在视距范围内传播,地面上的建筑物以及地表的曲率都成了它的传播障碍,因此,为了使通信距离远一些,不得不把天线架高。但即使采用40~50m高的天线,也只能达50公里左右。远距离通信,一般采用中继通信方式,即每隔50公里设一中继站,把发端的信号接收下来,再经放大后再发射出去(如图1)。



  但随着通信距离的增加,中继站数目也随之增大,投资也会大幅增加;更主要的是随着中继站的增加,系统噪声跟着增加,C/N随之劣化,传输质量下降。至于越洋通信,更是其无法解决的。通信卫星的出现,则很好地解决了上述问题,它就相当于一个架在天空的微波中继站,使通信距离大幅增加(如图2)。只要是地表切线AA¢和BB¢交点以上的卫星就可保证A站与B站间的通信。



  目前我们采用的是定点于赤道上空36000km的静止轨道卫星。相对于低轨道的移动通信卫星,具有覆盖面积大的特点,特别可省去庞大的伺服跟踪系统,可进行实时转发,但由于上行路径和下行路径有近40000km长,因此从发站到收站有一个较大的时延,其计算公式为: 其中Dr为上下行路径,C为电波在自由空间的传播速度(约3´108m/s)故平常我们从收看的卫星电视上对时是不准确的。

  二、卫星广播的特点。

  卫星通信从其一开始试验,即考虑到了用其进行高质量的电视、广播信号传送,特别是远距离的电视信号传送,如体育比赛、会议、新闻等实况传送。近年来,又开始利用卫星进行卫星直播业务。其特点如下:

  1、覆盖面积很大,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双边或多边通信(如图3)。卫星广播就是利用其多边通信特点。



  2、通信频带宽,传输容量大。早期卫星采用C波段频率,即上行频率:5925~6425MHz,下行频率:3700~4200MHz,带宽达500MHz,再加上采用频率复用技术,实际可用频率达1000MHz。随着技术的发展,又开始利用Ku波段(12GHz频段)的频率资源。使可用频带又大大地扩展。特别是Ku波段被划分为卫星广播优先使用,为卫星广播,尤其是近年来发展迅猛的卫星直播业务提供了很好的条件。

  3、信道特性稳定。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。

  早年由于卫星的发射功率小,地面站需要有大功率发射机,低噪声接收机和高增益天线,使建站成本和运行成本很高,大大限制了个人用户的发展,卫星电视也仅限于传送电视信号给别的台站或大的集团用户等。近年卫星发射功率增大,低噪声变频器(LNB)和卫星电视接收机等的性能指标显著提高,使对天线的增益要求下降很多,卫星电视接收系统小型化,建站成本大幅下降,卫星电视开始走入百姓家庭。数字压缩技术的发展,又为利用现有频带传送更多电视压缩节目提供可能,使一颗卫星可传送多达近二百套的电视节目。国外已开始了这种业务──卫星直接业务,并发展相当迅速,已成为有线电视(CATV)业务的强有力竞争者。我国亦在浙江、云南、四川等省利用卫星传送模拟电视信号覆盖全国外,去年又开始利用数字压缩技术传送中央台和湖北、湖南等省的十多套节目,大大地丰富了人们的文化生活。

  三、卫星广播系统的组成。

  1、卫星广播链路的组成。



  如图4所示,卫星广播链路包括发射系统,上行线路,卫星转发器,下行线路和接收系统。其中上行线路和下行线路实际上就是电波的传播路径,也是构成链路损耗的主要环节。对于这样的一条链路的建立,功率的大小、收、发站天线口径的选择,都应经过严格的链路计算。而其决定因素为系统所需的载噪比(C/N)和全向有效辐射功率(EIRP),在此就不再详叙。一般的规律为发站小天线,收站则大天线(如经过车载卫星转播车发回电视台的信号);发站大天线,则收站小天线(如我们平常的卫星广播信号)。

  2、发射系统。

  发射系统称之为上行站,在上行站中,一般除发射信号外,为了监测系统工作状况还包括

  有一套接收系统,其系统框图为:

  a、模拟系统。如图5。



  我们一般采用的是SCPC/FM/FDMA(单路单载波/频率调制/频分多址)方式。其特点是技术非常成熟,设备简单,不足的是频带利用率较低,需要约8MHz的带宽,需较大的功率放大器(HPA)。目前我国还有云南、贵州、山东、浙江、四川、西藏、新疆以及中1、中2、中7等几套节目使用此方式。

  b、数字系统:如图6。



  一般采用MPEG-2-DVB标准压缩编码,SCPC/QPSK/FDMA(单路单载波/四相移键控/频分多址)传送方式。如我国的中3、中5、中6、湖北、湖南、广西、陕西、河南等十几套节目就是此方式。也有采用MCPC/QPSK/FDMA(多路单载波/四相移键控/频分多址)方式的,如我国的内蒙古的两套节目,但要占有两个SCPC信号带宽。其特点是经编码压缩后使一个模拟频道所占的带宽能同时传送4~5套高质量的节目,提高了频带的利用率,对上行站来说则可少付租转发器的费用。同时数字信号能进行差错控制,提高接收系统的可靠性和接收质量。特别其加密特性比模拟信号更出色,可更好地保护节目商的利益。如图7。



  3、接收系统。

  一般较简单。如图8示。由单收天线、LNB、卫星接收机组成。



  卫星接收机又分为模拟和数字两种,趋势是数字化,有些数字压缩节目是加密了的,要接收必须经申请授权后才能接收。单收站的建立首先要选址。应是一个东南、南、西南方向开阔的地方,即天线前方不能有遮挡,同时又要尽可能靠近接收机所在位置。以减少线缆损耗。要破除天线架得越高越好的观点。因为目前我国的卫星广播采用的是与地面微波信号相同的频段(波段4GHz左右)。很容易造成同频干扰。在一稍低而对卫星方向无遮挡的位置,往往可以利用周围的建筑来遮挡微波的干扰,可以达到很好的收视效果。

  设备的选择则可根据其用途来考虑。对于个人用户可选较小的天线。在武汉收国内节目,1.5m的天线即可基本满足要求,而对于集团用户和电视台。因为对信号的质量要求较高,最好选用较大口径的天线,至少应在3M以上,LNB也应选用噪声温度低的,如20°C。

  设备架好后,就是找卫星,可以根据以下公式来算出方位(q)和仰角(f),其中方位是相对的,应加上当地的磁偏角才是其精确值。



其中:b──接收点纬度

Da──卫星经度 

与接收点的经度之差 

0.15b──地球半径与卫星轨道半径之比值


  4、卫星转发器。

  主要由双向天线、接收设备、混频器、本振源、发射设备和双工器组成。如图9示。



  其作用是接收由各上行站发来的信号,经过频率变换和放大后,再发给各接收站,其变频可以是6G变4G,也可以是Ku频段变C频段或C频段变Ku频段。

  以上各系统是对其信号流作简单描述,至于其复杂的外围设备如电源及跟踪系统,均略去,如有兴趣,可参阅相关资料。


附录:中国卫星广播资料


(一)中央广播电视节目

卫星名称轨位(°E)节目制式下行中心频率

(MHz)
下行

极化

方式
波段传输

方式
备注
 134CCTV1PAL3860垂直C模拟带中1、中2单声道数字声广播
亚太1A134CCTV2PAL4180垂直C模拟带中3立体数字声广播
亚太1A
134
CCTV7
PAL
4160
水平
C
模拟
 
亚太1A
134
CETV1
PAL
3980
垂直
C
模拟
 
亚太1A
134
CETV2
PAL
3900
垂直
C
模拟
 
亚太1A
134
CETV-SDPAL
3820
垂直
C
模拟
 
亚洲1号
105.5
CCTV4
NTSC
4120

水平
C
模拟
 
亚洲2号
100.5
CCTV3-8
PAL
12305垂直
Ku
数字压缩
 
亚洲2号
100.5
CCTV4
NTSC12470

水平
Ku
模拟
数字伴音(PCM)
亚洲2号
100.5
CCTV4
PAL
3960
水平
C
模拟
 
亚洲2号
100.5
32路数字声广播 12350
水平
Ku
数字压缩
 
泛美2号
169
CCTV3-4

PAL
3716.5
垂直
C
数字压缩
环太平洋波束



(二) 地方广播电视节目

卫星名称
轨位

(°E)
节目制式
下行中心

频率

(MHz)
下行

极化

方式

波段
传输方式
备 注
亚太1A
134
浙江
PAL
4020
垂直
C
模拟
带省广播
亚太1A134山东
PAL4100
垂直C模拟带省广播
亚太1A134
西藏
PAL
4040

水平
C模拟
带区广播
亚太1A134四川
PAL4048水平
C模拟带省广播
亚太1A134新疆
PAL4120水平
C模拟带区广播
亚太1A134云南
PAL4000水平
C模拟带省广播
亚洲1号105.5贵州PAL3760水平C模拟带省广播
亚洲2号
105.5
河南
PAL3706水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
青海
PAL3713水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
福建
PAL3720水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
江西
PAL3727水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
辽宁
PAL3734水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
内蒙
PAL3829.5
水平
C数字压缩
带区广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
广东
PAL3840水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
湖南
PAL3847水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
湖北
PAL3854水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps
亚洲2号
105.5
广西
PAL3806水平
C数字压缩
带区广播,符号率442Mbps 
亚洲2号
105.5
陕西
PAL3813
水平
C数字压缩
带省广播,符号率442Mbps


其中:   1)在广西台所在的5A转发器上还有河北、安徽、江苏三台。
     2) 采用数字压缩的节目,除内蒙采用MCPC外,其余的采用SCPC方式传送。

Powered by BBSdiy V2.0 ACCESS © 1998-2024
Processed in 0.07 second(s)