卫星电视C波段地面站CAD设计

1、摘 要卫星电视是通过同步卫星向地面进行电视转播。自1985年起，我国就租用位于东经65度的国际通信卫星来传送中央电视台和教育电视节目。后来，我们又发射了通讯卫星，大大地提高了我国电视的覆盖率，我国电化教育因此得到了大力发展。通过卫星传送的电视节目，图象清晰稳定，伴音悦耳动听。同时，卫星传送还具有传输容量大，传送节目多的优点。卫星通信作为一项传统的通信手段，具有容量大、传输质量较高、覆盖面广、通信距离远、组网灵活等特有的优势。目前世界各国卫星电视广播普遍采用C频段(3.74.2GHz)和Ku频段(11.712.75GHz)。因为C频段是和地面通信业务共用的，所以为了避免卫星电视信号对地面通信业务

2、的干扰，卫星发射到地面的功率通量密度受到限制(一般EIRP36dBW左右)。为保证接收图像质量，通常采用口径为1.83.0m的接收天线。另外，C波段卫星广播遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，这就大大地提高了对接收环境的要求。本文介绍了选择卫星通信工作频段的原则，然后又叙述了电波传播的特点;对C波段卫星广播电视的上行发射站和调制参数进行了详细讨论。由于卫星电视地面站的设计受到拟接收卫星的技术参数、建站点的地理条件、电磁环境及可选用的设备器材等诸多因素的制约，所以要在建站过程中进行精心的分析计算，以获得最佳的技术经济指标。关键词：卫星电视、C波段、地面站 AbstractSatellite

3、TV is synchronous satellites to the ground by TV. Since 1985, China is located in the 65 degrees east longitude rent international communications satellite to transmit CCTV and education TV programs. Later, we launched a communications satellite TV, greatly increased in the education, electrical-con

4、trolled coverage as vigorously develop. The television programs transmitted via satellite, image is clear and beautiful sound stable. At the same time, the satellite transmission capacity, also has many advantages of program. Satellite communication as a traditional means of communication, large cap

5、acity and high quality transmission, coverage, communications and networking distance as flexible.Now a satellite TV broadcasting world generally using C frequency (3.7 4.2 GHz) and Ku band (11.7 12.75 GHz). Because the band is and ground communication C business, so in order to avoid the common gro

6、und of communications satellite TV signal interference, the business of satellite into the ground power limited (average density of flux EIRP 36dBW ). To ensure the quality of images, usually adopts diameter of 1.8-3.0 m receiving antenna. In addition, C band satellite radio interference from the gr

7、ound microwave etc with frequency interference is serious, it will greatly enhance the environment of receiving the request.The paper introduces the working band selection principle of satellite communication, then describes the characteristics of radio waves propagation, Satellite radio and televis

8、ion in C band uplink station and modulation parameters were discussed. Because the ground satellite receiving satellites to design by the technical parameters of building sites and geographic conditions, electromagnetic environment and optional equipment of factors such as constraints, therefore in

9、the process of establishment of the analysis and calculation were carefully, to obtain the optimal technical and economic indexes.Key words：satellite TV、C band、ground station 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1数字卫星电视系统简介11.2研究意义21.3本章小结3第二章 卫星通信42.1卫星通信的原理42.2简述卫星通信的发展史42.3卫星通信在我国的发展52.4卫星通信理论52.4.1如何选择卫星通信

10、频段52.4.2电波传播特点介绍82.5简介卫星通信参数102.5.1简介补偿衰减102.5.2简介发射功率和位能量102.5.3简介有效全向辐射功率112.5.4简介等效噪声温度112.5.5简介噪声密度122.5.6简介载波-噪声密度比122.5.7简介位能量-噪声密度比122.5.8简介增益-等效噪声温度比132.6本章小结13第三章 卫星电视143.1卫星电视直播的发展态势143.2国外卫星电视直播的发展阶段143.3卫星电视直播与有线电视竞争的优势153.4卫星电视广播原理163.5我国的卫星电视广播163.6卫星电视广播的特点173.7卫星电视广播的发展前景183.8卫星电视在C波

11、段的概况193.8.1卫星电视C波段的发展193.8.2 C波段上行发射站和调制参数193.8.3 C波段卫星电视的特点203.9本章小结20第四章 卫星天线214.1天线的安装位置选择合理214.2暴风雨影响卫星天线指向及其预防措施214.3天线的保养214.4本章小结22第五章 地面站235.1各种类型的地面站235.2关于地面站的电气性能的介绍235.2.1 地面站的工作频率235.2.2 G/T值235.2.3 EIRP245.2.4 射频能量和干扰波245.3简介地面站各组成系统245.4地面站站址选择255.5卫星地面站的调整265.6本章小结27第六章 计算地面站各性能参数的值2

12、86.1计算输入载噪比C/N值286.2计算自由空间传播损耗(Ls)286.3 计算接收站天线仰角EL,方向角AZ及接收距离d286.4 计算载波信号功率与总的噪声温度比C/T值286.5 计算接收系统品质因数G/T值296.6 计算图像质量等级Q296.7计算输出信噪比（S/N）和加权信噪比(S/N)w296.8本章小结29第七章 地面站CAD设计317.1理论编程317.2实例分析33结 论36参考文献37致 谢3838第一章 绪论1.1数字卫星电视系统简介数字卫星电视是近几年迅速发展起来的，利用地球同步卫星将数字编码压缩的电视信号传输到用户端的一种广播电视形式。主要有两种方式：一种是将数

13、字电视信号传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成模拟电视传送到用户家中，这种形式已经在世界各国普及应用多年；另一种方式是将数字电视信号直接传送到用户家中即：Direct to Home（DTH）方式。美国Direct TV公司是第一个应用这一技术的卫星电视营运公司。与第一种方式相比，DTH方式卫星发射功率大，可用较小的天线接收，普通家庭即可使用。同时，可以直接提供对用户授权和加密管理，开展数字电视，按次付费电视（PPV），高清晰度电视等类型的先进电视服务，不受中间环节限制。此外DTH方式还可以开展许多电视服务之外的其他数字信息服务，如INTERNET高速下载，互动电视等。DTH在国际上存在两

14、大标准，欧洲的标准DVB-S和美国标准DigiCipher。但DVB标准逐渐在全球广泛应用，后起的美国DTH公司Dish Network也采用了DVB标准。 一个典型的DTH系统由六个部分组成： (1）前端系统（Headend) 前端系统主要由视频音频压缩编码器，复用器等组成。前端系统主要任务是将电视信号进行数字编码压缩，利用统计复用技术，在有限的卫星转发器频带上传送更多的节目。DTH按MPEG-2标准对视频音频信号进行压缩，用动态统计复用技术，可在一个27MHz的转发器上传送多达10套的电视节目。 (2）传输和上行系统（Uplink) 传输和上行系统包括从前端到上行站的通信设备及上行设备。传

15、输方式主要有中频传输和数字基带传输两种。 (3）卫星（Satellite) DTH系统中采用大功率的直播卫星或通讯卫星。由于技术和造价等原因，有些DTH系统采用大功率通讯卫星，美国和加拿大的DTH公司采用了更为适宜的专用大功率直播卫星（DBS）。 （4）用户管理系统（SMS） 用户管理系统是DTH系统的心脏，主要完成下列功能： A. 登记和管理用户资料。 B. 购买和包装节目。 C. 制定节目记费标准及用户进行收费。 D. 市场预测和营销。 用户管理系统主要由用户信息和节目信息的数据库管理系统以及解答用户问题，提供多种客户服务的Call Center构成。 （5）条件接收系统（CA） 条件接收

16、系统有两项主要功能： A. 对节目数据加密。 B. 对节目和用户进行授权。 目前国际上DTH系统所采用的条件接收系统主要有：美国NDS，以色列Irdeto，法国Via Access，瑞士Nagra Vision等。 美国Direct TV公司以及采用Direct TV技术的加拿大Star Choice公司使用的是NDS条件接收系统；美国Dish Network（Echostar)公司以及采用Echostar技术的加拿大Bell ExpressVu公司使用的是Nagra Vission条件接收系统。 （6）用户接收系统（IRD） （DTH用户接收系统由一个小型的碟形卫星接收天线（Dish)和综合

17、接收解码器（IRD）及智能卡（Smart Card)组成。 IRD负责四项主要功能： A. 解码节目数据流，并输出到电视机中。 B. 利用智能卡中的密钥（Key)进行解密。 C. 接收并处理各种用户命令。 D. 下载并运行各种应用软件。 DTH系统中的IRD已不是一个单纯的硬件设备，它还包括了操作系统和大量的应用软件。目前较成功的IRD操作系统是Open TV。美国Dish Network公司已开始逐步升级用户的IRD为Open TV系统。1.2研究意义卫星电视是通过同步卫星向地面进行电视转播。自1985年起，我国就租用位于东经65度的国际通信卫星来传送中央电视台和教育电视节目。后来，我们又发

18、射了通讯卫星，大大地提高了我国电视的覆盖率，我国电化教育因此得到了大力发展。通过卫星传送的电视节目，图象清晰稳定，伴音悦耳动听。同时，卫星传送还具有传输容量大，传送节目多的优点。卫星通信作为一项传统的通信手段，具有容量大、传输质量较高、覆盖面广、通信距离远、组网灵活等特有的优势。卫星电视通信系统由通信卫星和地面站两部分构成。通信地面站的基本作用是向卫星发射信号，同时接收由其它地面站经卫星转发来的信号，是卫星通信系统中最重要的一个部分。由于卫星电视地面站的设计受到拟接收卫星的技术参数、建站点的地理条件、电磁环境及可选用的设备器材等诸多因素的制约，所以要在建站过程中进行精心的分析计算，以获得最佳的

19、技术经济指标。1.3本章小结本章首先简单地介绍了数字卫星电视系统，让我们对它有了一个大致的了解。接着又讲述了本课题的研究意义所在，这个也是本设计的最终目标。第二章 卫星通信2.1卫星通信的原理从一个地面站发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向另一个地面站，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。2.2简述卫星通信的发展史自从1963年第一颗地球同步卫星发射入轨实现了人类使用卫星传送信息的梦想以来，卫星通信经历了发展应用的几个阶段，大体是：第一阶段：20世纪60年代初期至70年代中期，卫

20、星通信尚属初创阶段，许多国际卫星通信组织，如Intelsat、Inmarsat等相继成立，并建立若干个国际卫星通信系统，展开了国际卫星通信和电视传输的新的一页；第二阶段：20世纪70年代中期至80年代初期，是卫星通信在国内通信领域里得到应用的旺盛时期，许多国家都相继建立了自己的国内卫星通信系统，我国也发射了东方红试验通信卫星，建立了STW系统；第三阶段：20世纪80年代初期至90年代初期，卫星通信迎来了一场革命性的变革，出现了VSAT系统的推广应用，为卫星通信的应用开拓了更加广阔的发展前景；第四阶段：20世纪90年代初期至90年代末，卫星通信又开始了新阶段，LEO和MEO移动卫星通信系统，如I

21、ridium、Globalstar系统的采用，提供了面向手持机用户个人移动通信业务。与此同时，利用通信卫星进行电视到用户的DTH传送以及直播广播卫星业务DBS的启用，为广大民众提供了丰富多彩的电视节目；第五阶段：20世纪90年代末，宽带卫星通信系统的出现和应用，提供了大容量、高速数据业务，因特网业务，多媒体业务等。据统计，自20世纪60年代以来，全球已发射了300多颗GEO卫星，预计到2004年，全球发射的L、S、C、Ku、Ka、V和Q频段的GEO/MEO/LEO卫星总数将达2000颗左右。随着第三代移动通信的不断发展，宽带卫星在3G业务中将会发挥更大的作用。据了解，1997年全球卫星通信总收

22、入为300亿美元，占该年度全球电信业总收入的5。有些权威研究机构预测，到2005年，全球卫星通信产业将占整个电信市场的10之多，达到1000亿美元。由此可见，卫星通信存在着很大的发展空间。2.3卫星通信在我国的发展卫星通信分为空间段和地面段两个段。现阶段，我国经营的是空间段，经营卫星转发器业务的公司有：中国鑫诺卫星公司、中国通信广播卫星公司、中国东方卫星公司、香港的中国亚洲卫星公司和中国亚太卫星公司等五家公司。这五家公司现有10颗静止通信卫星在轨运行，共有370个转发器单元，其中C频段237个。即将发射的亚星4号，定点在东经122度，具有C频段转发器28个，其中含有4个直播广播卫星转发器。这些

23、卫星主要为中国国内用户服务。此外，为了扩展国际业务，有的公司还租用了国外系统通信卫星转发器。据不完全统计，截止到2002年底，全国批准建立的卫星通信网有150多个，其中金融、证券、水利、电力、石油、铁路、交通、民航、气象、公安、教育、新闻等部门和企业集团公司建立的专用通信网80多个。各类双向地球站1万多座，单收站4万多个。在卫星公众通信网中，我国已建成几十座大中型地球站，国内卫星通信话路达7万多条，国际卫星通信活路近3万条。2.4卫星通信理论2.4.1如何选择卫星通信频段卫星通信中工作频率的选择是一个十分重要的问题。它直接影响到整个卫星通信系统的容量、可靠性、设备的复杂程度和整个系统成本的高低

24、。一般地说，卫星通信工作频段的选择应该根据需要与可能相结合的原则，着重考虑下列因素： 电波对电离层的穿透性大，传播损耗和外部噪声应尽可能地小； 应该具有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量； 合理地使用无线电频谱，防止各种宇宙通信业务之间以及与其它地面通信业务之间产生相互干扰； 电子技术与器件的发展情况与现有通信技术相结合。90100010050201052大气吸收衰减（dB）0.01 0.10 0.5 1 10 20 50 100 200频率(GHz) 电离层吸收氧分子吸收谐振氧分子吸收谐振仰角0仰角515 图2-1 大气层对电磁波的吸收卫星通信中电磁波的衰减：当电磁波在地球与卫星之间传播，穿

25、过大气层时会受到电离层中自由电子和离子的吸收，还会受到对流层中的氧、水气、雨、雪、雾的吸收和散射，并产生一定的衰减，这种衰减的大小与工作频率、天线的仰角以及气候条件密切相关。图2-1是这种关系的曲线图形，由图可以看出，在0.1GHz以下时，自由电子和离子的吸收起主要作用，而且频率越低衰减越大。当频率高于0.3GHz以后，其影响便很小了，此时可以忽略不计。水汽分子在22GHz左右发生谐振吸收而形成一个吸收衰减峰。氧分子在60GHz附近发生谐振吸收，形成一个更大的吸收衰减峰。天线仰角很小时，电磁波在大气层中的路径越长，造成的衰减也就越大。当工作频率高于10GHz后，仰角大于5时，天线仰角相关的衰减

26、因素可以不考虑。 天线接收的宇宙噪声和大气噪声：如图2-2所示，工作频率如果选择在0.1GHz以下，宇宙噪声会迅速增加，图中热空宇宙噪声是当接收天线指向银河系中心时，天线接收到的宇宙噪声，指向其它方向时接收的噪声为冷空宇宙噪声。一般选择卫星通信工作频率时，考虑的减小外界噪声，工作频率通常不低于0.1GHz，通常都选择在1 GHz以上。这时宇宙噪声和人为干扰对通信的影响都很小。不过，大气噪声由于氧和水汽吸收在10 GHz以上频段都是很大的，因此从降低接收系统噪声的角度来考虑，工作频段在1 GHz10 GHz是最理想的工作频段。这也是为什么卫星通信发展的初期，人们普遍选用微波C波段（4 GHz6

27、GHz）的原因。不过现代卫星通信的发展，人类信息化时代的需求，使现有的C波段频带资源已经远远不能满足人类信息化社会发展的要求，因此人们开发了功率更大的通信卫星，同时已经开发并使用了更高的工作频段如Ku和Ka频段。较高的工作频率，虽然引入了较大的传输损耗，不过大功率通信卫星的使用，完全可以补偿这种传输损耗；而高工作频率的使用，极大地增加了卫星通信的可用频段，同时还减小了天线及卫星站的尺寸。1000500100501050.1噪声温度（K）0.01 0.10 0.5 1 5 10 50 100 频率(GHz) 仰角00热空宇宙噪声图2-2 宇宙噪声、大气噪声与频率的关系仰角50仰角100仰角300

28、仰角400冷空宇宙噪声选择卫星工作频段时还应考虑大气层中雨、雾、云对电磁波的吸收衰减。一般当工作频率高于30 GHz时，即使是小雨，引起的衰减也不能忽视。当工作频率在10GHz以下时，则必须考虑中雨以上的影响。而对于大雨、暴雨，其引起的衰减很大，设计卫星通信线路时必须给予考虑，一般在设计上应留有一定的功率余量，以保证在降雨等情况下，仍能满足传输质量要求。目前卫星通信的频段都选择在下列频段VHF波段 400/200MHzL波段 1.6/1.5GHzC波段 6.0/4.0GHzX波段 8.0/7.0GHzKu波段 14/11GHz、14/12GHzKa波段 30/20GHz按照世界无线电行政会议（

29、WAPC）92和国际电信联盟（ITU）规定，C波段卫星通信上行频率为58506425MHz，下行频率为36254200MHz，频带宽度为575MHz。Ku波段上行频率为12.7514.8GHz，下行频率为10.712.7GHz。Ka波段上行频率为27.531GHz，下行频率为17.221.2GHz。Ka波段的可用频带宽度可以增加到3.5GHz，是C波段带宽的6倍。考虑到大气、雨、雪、雾的衰减以及宇宙噪声的影响，C波段的性能最佳，但容量有限，Ka波段容量最大，但是受到降雨的影响最为严重。2.4.2电波传播特点介绍通信卫星主要由天线系统、通信系统、遥测指令系统、控制系统和电源系统五大部分组成。通信

30、系统的基本任务是传输和交换含有信息的信号。卫星通信由于具有广播和大面积覆盖的特点，因此特别适用于多个站之间的同时通信，即多址通信。多址通信是指卫星天线波束覆盖区内的任何地面站可以通过共同的卫星进行双边或多边通信联接，即“多址联接”。信道的多路复用和多址联接方式都是利用一条信道同时传输多个信号，但两种信道复用的不同点在于：多路复用是群频（即基带）信道的复用；而多址通信则是射频信道的复用。多址方式：1）频分多址（FDMA）方式：是按频率高低不同，把各地面站发射的信号，排列在卫星工作频带内的某个位置上，类似于收音机中各个电台频率的排列。频分复用：常采用单边带频分复用制（SSB、FDM），把各话路的频

31、谱搬移到基带的不同位置上，组成一个各话路频带按频率高低排列的基带信号。多址联接：建立频分多址通信，可采用两种方法：第一种方法是每个地面站向其它各地面站均分别发射一个不同频率的载波。如果有n个地面站，则每个地面站发向卫星的载波数为（n-1）个，n个地面站同时发向卫星的载波数将为n(n-1)个，因此，发射地面站和转发器的功率放大器会因非线性而产生较严重的交调噪声。所以，只有地面站数目不多时才会采用这种方式。另一种方法是把一个站要发送出去的所有话音信号全部经多路复用后再调制到一个载波上。当其它各地面站接收时，则是利用带通滤波器从解调后的群信号中只取出与本站有关的信号。这样，一个地面站只发射一个载波，

32、卫星转发器的载波数目将明显地减少。2）时分多址方式（TDMA）：就是各地面站发射的信号在通过转发器时是按时间排列的，即各站信号所占时隙互不重迭。由于这种方式是按时间分割信号的，因而分给每一地面站的不再是规定的载波频率，而是一个指定的时隙。换句话说，各地站的信号只是在规定的时隙内通过转发器。因此，任何时间都只有一个地面站的载波通过转发器。表 2-1 多址方式的比较多址方式特点识别方法主要优、缺点适用场合频 分多址1）各站发射的载波所占频带互不重叠。2）各载波的包络恒定3）转发器工作于多载波滤波器优点：可沿用地面微波通信的成熟技术和设备；不需要网同步。缺点：有互调噪声，不能充分利用卫星功率和频带；

33、上行频率、功率要监控大、中、小容量线路时分多址1）各站的突发信号所占时隙互不重叠。2）转发器工作于单载波时间选通门优点：没有互调问题，卫星的功率与频带能充分利用；上行功率不需严格控制；便于大、小站兼容，站多时通信容量较大。缺点：需要精确网同步，低业务量用户需相同的EIRP。大、中容量线路空分多址1）各站发射的信号只进入该站所属通信区域中。2）可实现频率多重复用。3）转发器成为空中交换机。窄波束天线优点：可提高卫星频带利用率，增加转发器容量或降低对地面站的要求。缺点：对卫星控制技术要求严格，星上设备复杂，需要交换设备。大容量线路码分多址1） 各站使用不同的地址码进行扩展频谱调制。2） 各载波包络

34、恒定，在时域和频域均互相混合。相关器优点：抗干扰能力强，信号功率谱密度低，隐蔽性好，不需要网定时，使用灵活。缺点：频带利用率低，通信容量较小；地址码选择较难；接收时地址码捕获时间较长。军事通信小容量线路。VSAT和移动卫星通信系统。2.5简介卫星通信参数2.5.1简介补偿衰减地面站发射机使用的高功率放大器(HPA)和卫星转发器常用的行波管放大器都是非线性器件，其增益(输出功率与输入功率之比)随输入信号电平而变化。输入功率减小4dB，输出功率只降低1dB，有明显的功率饱和现象。为了克服由于高功率放大器放大倍数的非线性所引起的交叉调制失真，必须将输入功率降低(补偿)几个dB，以使高功率放大器工作在

35、线性区。对输入电平的补偿相当于输山电平的衰减常把它称为补偿衰减()。2.5.2简介发射功率和位能量为了尽可能提高效率，功率放大器的工作点应尽量靠近饱和区。饱和输出功率表示为或简化为。一般卫星地面站发射机的输出功率大干地面微波功率放大器。因此，卫星系统一般用dBW (相当于1W的分贝数)作为的单位，而不用dBm(相当于1mW的分贝数)。现代卫星系统多采用相移键控(PSK)或正交调制(QAM)，而不用传统的频率调制(FM)。PSK和QAM的输入基带信号一般是PCM编码的时分多路复用信号，本质上是数字化的。采用这类调制体制就可以将若干码位编码为单一的传输信令单元，因此，比载波功率更有意义的参数是每个

36、码位的能量，数学上表示为： （2.5.2-1）其中：每位的能量(J/b)=总的载波功率(W或J/s)一位的时间宽度(s)2.5.3简介有效全向辐射功率有效全向辐射功率(EIRP)可定义为等效辐射功率。数学表达式为： (2.5.3-1)其中：EIRP有效全向辐射功率（W）天线输入功率(W)发射天线增益(无单位)2.5.4简介等效噪声温度在地面微波系统中，进入接收机或其中部件的噪声般用噪声系数描述。对卫星通信系统而言，要求用小于110或1100分贝的微小增量来度量噪声，用标准形式的噪声系数计算不够精确。因此，在评价卫星系统的性能时常用到环境温度(T)和等效噪声温度()的概念。总噪声功率的数学表示式

37、为： (2.5.4-1)整理得出T的表达式： (2.5.4-2)N总噪声功率(W)K玻尔兹曼常数(J/K)B带宽(Hz)T环境温度(K)2.5.5简介噪声密度简单地说，噪声密度()是1Hz带宽内的标准噪声功率或出现在1Hz带宽内的噪声功率，数学表达式为： (2.5.5-1)其中噪声密度(W/Hz)(通常简单地用瓦表示，每赫兹的含义已经包含在的定义中)。N总噪声功率(W)B带宽(Hz)K玻尔兹曼常数(J/K)等效噪声温度(K)2.5.6简介载波-噪声密度比C/是平均带宽载波功率与噪声密度比。带宽载波功率是载波及其相关的边带功率的总和。噪声密度是指1Hz带宽内的归一化热噪声。载波-噪声密度比也可以

38、用噪声温度的函数来表示，C/的数学表达式为： (2.5.6-1)2.5.7简介位能量-噪声密度比是评价数字无线电系统的个最重要、最常用的参数，是数字系统中比较不同传输速率、调制体制或编码方式的一种简便方法，的数学表达式为： (2.5.7-1)是载噪声（C/N）和噪声带宽与位速率比（B/）的乘积。2.5.8简介增益-等效噪声温度比从本质上说，增益-等效噪声温度比（）是衡量卫星或地面站接收机的品质因数。接收机的是接收机输入端的接收天线增益G与接收机等效噪声温度的比值。由于卫星系统一般接收到的载波功率很低，经常需要在天线的馈入点增加一个低噪声放大器。于是，计算时，就是接收天线的增益与低噪声放大器的增

39、益之积与等效噪声温度比值，数学表达式为： (2.5.8-1)2.6本章小结本章主要讲的是卫星通信。先介绍了卫星通信的原理，然后又简述了卫星通信的发展史，让我们对卫星通信有了一个大致的了解，接着又介绍了卫星通信理论和卫星通信参数，使我们对卫星通信有了一个全面的认识。第三章 卫星电视3.1卫星电视直播的发展态势90年代初以来，卫星电视直播、卫星移动通信和卫星数字音频广播业务首先在美国取得技术突破，并迅速步入产业化和商业化轨道，形成由3个新的经济增长点组成的新兴产业。目前这三项卫星通信业务正向全球迅速扩展，其中卫星电视直播产业的发展势头最为迅猛。 目前，卫星电视广播采用了三种方式：一是通过普通的通信

40、卫星将模拟或数字电视信号转发到本地电视台、有线电视网或集体接收站进入千家万户；二是采用模拟技术，使用大功率电视直播卫星直接向家庭广播电视信号，由于这种电视信号未经数字压缩处理，每个转发器只能直播一路电视节目信号，每颗卫星一般只能直播几路电视节目；三是采用Ku频段数字视频压缩卫星电视直播。每个卫星转发器可向装有约为0.50.8m左右的小口径卫星接收天线的家庭直播58路电视节目，一颗卫星可以直播100多路电视信号。这种业务亦称数字卫星电视直播。3.2国外卫星电视直播的发展阶段第一阶段从1978年开始，是试验阶段。自那时起日本先后发射了BS2和BS3系列七颗直播卫星。其中BS3b和BS3N发射成功；

41、BS2X、BS3H发射失败；BS2a和BS2b两颗卫星的三个在轨转发器中，分别损坏了2个和1个；BS-3b是太阳能电池，容量损失近14。试验阶段非常艰难，但仍然取得了Ku频段卫星电视直播技术方面的经验。 第二阶段从1988年开始，是试用阶段。80年代末，美国和欧洲尝试开展直播卫星业务，且大都采用卫星固定业务频段（FSS）用于卫星电视直播。这些尝试并未取得商业上的成功，主要原因在于： （1）发射运载能力的限制。运载火箭只能将小容量的卫星送入地球同步轨道，每颗卫星的转发器数量少,同时每个转发器射频功率低； （2）采用模拟传送技术，每个转发器只能传输一个频道的电视节目。 第三阶段从1995年开始，是

42、新发展阶段。80年代末90年代初，有关技术取得了长足的进步，为开展卫星电视直播创造了条件： （1）由于有线电视的发展，伴随而来产生了丰富的电视节目源； （2）大功率长寿命的卫星研制成功，不但使每个转发器功率增大，而且使每颗卫星容纳的转发器数量增多，使每个转发器的成本下降，同时目前推力巨大的运载火箭也能将这样大容量的卫星发射至地球同步轨道； （3）数字压缩技术应用后，卫星电视直播的质量有了显著的提高，并且每个频道节目的传输成本下降。 技术的日趋成熟，使得卫星电视直播业务进入了商业化阶段。以生产商用通信卫星著称于世的休斯公司，1993年12月抢先开发并组建了采用数字压缩技术的商用电视直播卫星系统，

43、通过多渠道集资方式成立直播公司经营该卫星系统。短短几年时间，该公司已经占据美国和加拿大卫星电视直播市场的最大份额（用户数超过350万户），并进入墨西哥、拉美和日本市场。与此同时，休斯电子公司又在世界上抢先开发出能与个人计算机（PC）互联的DirecPC接收系统。PC机用户利用卫星电视直播的小口径接收天线，可以高速下载互联网上的大量信息，为互联网拥挤不堪的地面线路另辟了一条高速的空中下载通道，也为卫星电视直播系统向Ka频段，宽带、高速、多媒体卫星网络系统的发展，展现了美好的前景。在休斯公司开拓卫星电视直播市场取得成功之后，美国、日本和欧洲的许多大公司也争先恐后地进入卫星电视直播、卫星移动通信、卫

44、星数字音频广播和多媒体卫星通信市场。目前，已投入使用的卫星电视直播系统主要有日本BS卫星系统、英国OPTUS卫星系统、法国的TDF卫星电视直播系统、德国的TVSAT系统以及美国的USDBS等十几个系统，覆盖了欧洲、日本、北美等国家和地区。仅美国而言，由于采用了数字压缩技术，一个转发器能够传输58套（平均）电视节目上。比如近几年发射的USDBS、ECHO等卫星，卫星装有1632个转发器，如果每个转发器可传58路电视节目，那么一颗卫星将可以传送大约140280套电视节目。目前，我国周边国家，如日本、韩国、泰国等国家，以及台湾等地区都已经发射并开始运营卫星电视直播业务。据不完全统计，1998年有线电

45、视、数字直接到户（DTH）和因特网的用户已有了不同的发展。2000年前后，全世界已经和将要建立的卫星电视直播系统在北美有45个，在拉美有23个，在欧洲有45个，在亚洲或我国周边国家或地区有910个（包括韩国、印尼、马来西亚和印度等国的非专用卫星电视直播系统）。这些卫星系统都能向家庭直播几十至100多个频道的电视节目，使用的卫星接收天线口径大多在0.45-0.8m之间。3.3卫星电视直播与有线电视竞争的优势一方面，中国地域辽阔，海岛、山区和少数民族地区占国土面积的70，人口众多值分布不均，有线电视网不发达，许多边远山区还存在看不到电视的难题。卫星电视直播的最大优势是：只用一颗卫星就可以有100多

46、个电视频道覆盖我国全部陆地和领海，彻底解决15电视人口覆盖盲区；也可以解决目前普遍存在的电视频道少、电视收视质量差、看不到电影、学校教学质量差等诸多难题。这对于目前我国实现“村村通广播电视”最有利。只需一颗直播卫星，就可实现。在城市地区，卫星数字电视直播也可以用于增加教育电视频道，为解决当前几千万下岗职工的再培训和继续教育问题提供有效手段。 另一方面，表现在投资省：建设一个卫星地球上行站仅需投资二三千万元，而有线电视网络要达到同样的功能至少需要几十倍、几百倍的投资；建设速度快：卫星电视直播网络的建设速度取决于地球站建设和卫星发射的进度，一般只需12年的时间，是有线电视网络无法比拟的高速度；可靠

47、性高：卫星电视喜播只要很少几个环节（如地球枯、卫星和空间等）的影响；维护工作量小：由于卫星电视直播中间环节少，不存在有线网络的中继、放大等问题，可节省大量人力物力；信号质量高：由于卫星电视直播中间环节少，信号失真小，图像、伴音质量高。尤其采用数字压缩技术后，信号质量更不受卫星通道的影响；抗自然灾害能力强：我国有不少地震区、水灾区、沿海台风频繁地区，光缆、电缆网络易受自然灾害的侵袭，而卫星电视直播几乎不受自然灾害的影响；频谱利用率高，运行成本低：由于数字压缩技术的成熟和高效调制方式的使用，原来可传一套模拟电视的卫星转发器，现在可传58套数字广播电视节目，大大提高了频谱资源的利用率，一颗亘播卫星可

48、容纳100会以上的数字广播电视节目。相对来说，平均每套节目的运行成本大大降低了；接收系统成本低。在目前，接收天线、高频头加上数字卫星接收机也就相当于两台电视机的价钱。 因此，中国是最适合发展卫星电视直播的国家，又是世界上少数几个拥有如此巨大市场潜力的国家之一。卫星电视直播也是解决上述各种难题的最快捷、最经济的途径。3.4卫星电视广播原理卫星电视广播是由设置在赤道上空的地球同步卫星，先接收地面电视台通过卫星地面站发射的电视信号，然后再把它转发到地球上指定的区域，由地面上的设备接收供电视机收看。采用这种方式实现的电视广播就叫卫星电视广播。3.5我国的卫星电视广播我国从1985年开始利用通信卫星向全

49、国传送中央电视台的节目，开始了中国卫星广播电视的新纪元，在中国人民广播电视史上写下了光辉的一页。通信卫星在广播电视中的应用，从根本上解决了我中央广播电视节目和省级广播电视节目过去完全依赖传统的地面无线传输方式（微波、差转、短波等）的困惑。15年来，我国卫星广播电视传送的领域愈来愈大，技术上也得到了长足的进步，并已跻身到世界上应用卫星数字压缩技术传送广播电视节目的先进行列。卫星在我国广播电视传送中的广泛应用，大大提高了各地转播中央和省级广播电视节目信号源的质量，对迅速扩大广播和电视的人口覆盖率作出了突出贡献。至1999年10月，我国已有中央电视台的8套节目，中央人民广播电台和国际台的32路声音广

50、播节目，以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过通信卫星向全国传送。中央电视台的9套节目和国际台的若干套节目通过通信卫星传至世界五大洲。国家教委举办的3套教育电视台节目也已上通信卫星播出。通常，卫星上一个转发器只能传送一套模拟电视节目，而租用一个卫星转发器的年租金约为150200万美元。如果采用数字频带压缩技术，则一个转发器便可同时传送多套电视节目(例如4套)，无疑将大大节省每套节目所需的费用，而且由于电视信号的数字化，还将大大提高电视图像的质量。此外，对数字电视加扰加密也比较简单易行，从而可以实现收费电视业务。 我国PAL制彩色电视是采用625行/50场，其视频带宽为6MHz。根据C

51、CIR第601号建议书，625行/50场和525行/60场都采用一样的取样频率，即亮度信号(Y)取样频率为13.5MHz,每个色差信号(R-Y和B-Y)的取样频率各为6.75MHz，Y和R-Y、B-Y信号每个取样被8b量化。这样，电视信号在数字化后的亮度信号的码率为: (3.5-1)色度信号的 码率为: (3.5-2)全数字编码电视信号的总码率为: 216Mb/s。这就意味着要传输PAL制彩色数字电视所需的传输带宽在100MHz以上，比模拟信号占用的带宽(6MHz)大大增加。因此，采用数字电视必须进行频带压缩，方能在合理的成本下实现电视信号的传输。目前世界上的数字视频压缩技术已经可以做到把21

52、6Mb/s速率压缩到6Mb/s左右，而去压缩以后的质量仍可达到广播级的质量标准。 电视广播中心制作好的中央电视台第3、5、6、7频道的4路PAL制电视节目和一个辅助数字通道分别送到码率压缩编码器，再送入四相移调制器(QPSK)，输出70MHz中频(IF)信号，光缆、微波传送到中国电视广播地球上行站，经上变频、高功放(HPA)，由天线发往卫星。我国于1996年8月1日利用亚洲2号卫星Ku频段正式开始了经数字视频压缩的节目传送任务。在接收站只要以相反过程进行接收、解调、解码、D/A变换等视频处理，就可以在电视机上显示出原有的电视图像了。 3.6卫星电视广播的特点数字压缩技术在卫星广播中的应用是广播

53、电视传送技术的一次重大变革，采用MPEG-2视频压缩标准及MUSICAM音频压缩方法的DVB-S卫星数字广播具有模拟方式不可比拟的优势，毫无疑问地会在卫星广播领域迅速取代传统的模拟调频传送方式。所谓数字视频压缩技术，是指地面发射站先将电视模拟信号转换成数字信号，然后再将画面中重复出现的、相对静止的“冗余”信号压缩掉，因为画面中这部分信号变化很慢，不需要连续、重复发送。通过卫星发送的只是画面中变化很快的活动部分。例如，若要发送一组小鸟在天空中飞翔的画面，需要发送的只是飞翔在天空的鸟，而静止的天空背景则可以压缩掉。视频压缩技术的突破主要得益于半导体技术的飞速发展，使数据率由原来的数万比特每秒提高到

54、数百万比特每秒。这一技术“诀窍”使卫星电视直播由原来每台转发器只能传送一套节目变成可以传送4套（电视）或8套（电影）节目，因此在经济上变得具有竞争性。(1)利用数字压缩技术的卫星数字广播极大地降低了传送的视音频码率，对卫星转发器的频带及功率需求大大低于模拟方式，同一转发器可播送更多的节目，大幅度降低了节目播出费用；(2)卫星数字广播由于采用了强有力的纠错算法，传送质量很高，接收门限很低。与模拟广播接收质量的渐变式劣化不同，只要在接收门限上，数字广播信号就没有可察觉的失真、干扰和衰弱；(3)卫星数字广播可提供数据传输和多媒体功能及加扰和授权的能力，特别有利于直接到户的付费服务。3.7卫星电视广播

55、的发展前景卫星电视广播的最大优势是只需用有限的1-2颗卫星，就可向无限数量的家庭用户直播上百套电视节目。我国地域辽阔，海岛、山区和少数民族区域多；人口众多但分布不均；有线电视网不发达。因此，我国是最适合发展卫星电视广播的国家，也是世界上少数几个拥有如此巨大市场的国家之一。到2000-2010年，我国至少将有13-14亿人口，3-4亿个家庭。如果有1/4小康家庭（约1亿家庭）安装卫星电视接收机，每台卫星电视接收机的价格相当于当时有线电视的收费标准（假设每频道收费1元），那么，2000-2010年的10年内，卫星电视接收机工业的产值将有3000-5000亿元；月租金若按每家100元计算年均1200亿元。即使不考虑卫星电视直播的发展对彩电工业、计算机工业、广告业、影视业、商业、信息业和其他与卫星电视相关的第三产业的发展所带来的间接效益（估计不少于2000亿元），仅卫星电视直播事业的发展也会为我国开辟一个不亚于彩电、