3卫星广播电视传输系统及常用概念XXXX06

一、卫星通信基础知识二、DVB-S标准和MPEG-2视频编码简介三、卫星广播电视传输系统及常用概念四、高清电视的卫星应用介绍2025/2/181传送质量高，所需上行发射功率小，抗干扰能力强。传输容量大。通过数字压缩技术可以大大缩小频带宽度，大大降低了传输（上行、转发器、接收）成本。通常一个卫星转发器仅能传输1-2套模拟电视节目，而传输压缩数字电视节目时，C波段一个转发器（36MHz）可传输10套左右，Ku波段一个转发器（54MHz）可传10-12套左右。可以提供广播电视数据等多种服务。便于对节目加密，实现有条件接收。

数字广播电视传送的主要优点卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/182

基于上述优点，目前广播电视传送全面向数字信号传输转变。

卫星广播电视传输系统主要由广播电视中心、地面引接电路、地球站、卫星、卫星接收站（有线前端或个体用户）、测控站组成。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/183卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/184卫星广播电视传输系统及常用概念模拟和数字卫星广播电视传输系统组成基本相同，只是传输内容和制式等方面有所不同。下面简要对广播电视中心、地面引接电路、地球站、卫星、卫星接收站（有线前端或个体用户）、测控站做一介绍。2025/2/185广播电视中心的主要任务是节目制作、上载播出、音视频处理、数字化处理、节目分配。目前广播电视中心的内涵有所扩大，除了传统的电台、电视台之外，还包括广播节目集成平台、付费节目集成平台等。例如中央三台、中国教育电视台、北京电视台、电影频道、100路中央广播平台、中数传媒、直播卫星村村通平台等等。1、广播电视中心卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/186地面引接电路：通过光缆、微波等传输手段，利用模拟或数字传送方式，将广播电视节目源由广播电视中心传输到地球站。传输方式：中频直接光纤（或微波）传输（A）；数字信号直接光纤传输（D）；数字光传输网络传输（D）；微波数字传输网络传输（D）等等。2、地面引接电路卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/187卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/188

中频传输方式数字广播电视节目可以利用光缆或微波，以中频调制信号的模拟传输方式，由广播电视中心传送到地球站，如下图所示：

此方式的特点是传输系统简单、易于监测，但占用传输资源大，由于模拟信号在传输中会导致噪声积累和性能劣化，故不适于长距传输。编码复用设备卫星上行系统中频光端机中频光端机调制器TS流70MHz光缆70MHz广播电视中心地球站微波机微波机微波卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/189

1）利用E1数字通道，采用信道分割、复用技术传送数字传输方式

目前通过PDH或SDH数字传输网传送数字压缩广播电视信号主要有以下几种方式：

此方式主要使用成熟的E1（2Mbit/s）数字通道，不需对数字接口进行大量改造，成本较低，缺点是系统连接复杂，特别是传输高数据率视频压缩数据时收发端设备和信号线连接复杂。我局主要用来传输局内网、指挥平台等业务。编码复用设备2Mbit/s传输适配器TS流数字传输网数字传输设备数字传输设备2Mbit/s传输适配器2Mbit/sxn2Mbit/sxnTS流卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1810

2）利用DS3数字通道传送

此方式是将广播电视压缩数据包的TS流适配到SDH的DS3（45Mbit/s）接口进行传送，技术较为成熟可靠、系统结构简单。缺点是码率的适配范围较小，传送低码率信号时对信道的利用率不高，传送超高码率信号时通道的传输容量不足。编码复用设备DS3适配器TS流SDH网SDH传输设备SDH传输设备DS3适配器DS3DS3TS流中频调制器70MHz卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1811

3）利用155Mbit/s数字通道传送

此方式可同时将四组不同速率的TS流信号以DVB-ASI（数字视频广播之异步串行接口）接口方式接入复用适配设备，复接到1个标准155Mbit/s（STS-1电接口或STM-1/OC3光接口）SDH信道传输，使用灵活，信道利用率高，特别适用于高低速率的组合传输，同时也为今后传输高码率的高清电视准备了充裕的传输容量。编码复用设备14DVB-ASI至STS-1复用适配TS流SDH网SDH传输设备SDH传输设备STS-1STS-1TS流中频调制器170MHz编码复用设备2编码复用设备3编码复用设备4ASI1ASI2ASI3ASI4中频调制器2中频调制器3中频调制器4IF1IF4IF2IF3ASI1STS-1至4DVB-ASI解复用适配ASI2ASI3ASI4卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1812地球站主要作用是对广播电视中心通过地面引接电路传来的广播电视信号进行处理和中频调制，产生70MHz或140MHz中频信号，经上变频器、高功放等上行设备将中频信号变频放大至足够强度的微波信号，通过天线发往同步卫星。数字广播电视卫星地球站主要由信号处理系统、上行系统、天线与馈线系统、天线跟踪系统、接收系统、下行系统、电源系统及监控系统组成。系统组成如下图所示。3、地球站卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1813中频切换系统切换选择高功放上变频器中频调制70MHz/140MHz低噪声放大器跟踪设备双工器天线驱动装置下变频器接收机上变频切换高功放切换TSIFIFRFRFLBAND下行系统上行系统

信号处理系统

（FORKUBAND）VideoAudio上行功率控制C(Ku)BAND跟踪系统天馈线系统监控系统电源系统主备节目源卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1814信号处理系统

主要完成节目源的引接、切换选择、适配处理和中频调制。上行系统

将已调中频信号转变为RF信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线。上行系统的关键设备是上变频器（U/C）和高功率放大器(HPA)。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1815天馈线系统将高功放输出的RF信号发往卫星，同时接收卫星下行信号传送给接收设备。为了提高传输效率，地球站均采用强方向性、高增益面天线。一般上行和下行可共用一副天线。馈线的作用是传输微波信号。上行信号通常采用波导传输，下行信号一般采用同轴电缆传输。跟踪系统的作用是控制天线跟踪卫星位置的漂移，保证天线主波束始终对准卫星。大口径天线一般采用自动跟踪方式。（6.2米以上）卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1816天馈线系统将天线接收的卫星下行微波信号进行低噪声放大、下变频后送给信标接收机。为了保证系统接收灵敏度、最大限度减少噪声对来自卫星的微弱信号的影响，天线接收信号的放大必须采用低噪声放大器，如参量放大器或低噪声场效应管放大器。（LNA）信标信号作为天线跟踪卫星的依据。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1817电源系统地球站的设备供电应采用不间断电源（UPS），UPS一方面保证地球站系统设备的稳定和不间断工作，另一方面提高供电纯净度，避免电源干扰。在线式UPS平时可起到优化设备供电的作用，断电时可通过蓄电池放电保证不间断供电，因此地球站通常配备在线式UPS。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1818监控系统对上行业务质量及地球站系统设备的状态参数进行监测和控制。随着计算机和网络技术的迅速发展，地球站可以采用计算机系统对全站系统设备进行集中监控。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/18194、卫星广播电视卫星目前主要使用FSS和BSS频段卫星，利用地球同步卫星进行广播电视信号的卫星传输覆盖。卫星的主要作用是接收地球站上行信号，经滤波、低噪声放大、下变频和功率放大形成卫星下行信号，通过卫星天线将广播电视信号转发覆盖特定服务区域。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1820各类卫星的运行轨道与地球赤道面的夹角（称为倾角）不同，倾角等于0°的称为赤道轨道，倾角等于90°的称为极轨道，倾角在0°～90°之间的称为倾斜轨道。卫星在空间运行的轨道有圆轨道和椭圆轨道，圆轨道可以按其高度分为3种：低轨道（LEO）（距地面数百公里至5000公里，运行周期为2～4小时）；中轨道（MEO）（距地面5000～20000公里，运行周期4～12小时）；高（同步）轨道（GEO）（距地面35786公里，运行周期23小时56分4秒），它又称为静止轨道。同步地球卫星卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1821广播电视节目传输一般采用同步地球卫星。同步地球卫星位于赤道上空，绕行地球一周时间恰好与地球自转一周一致，从地面看上去如同静止不动，因此同步地球卫星又称静止卫星。但是静止卫星并非完全不动，受各种外部因素的影响，其运行轨道在不断地漂移。同步地球卫星卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1822卫星的主要组成框图卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1823卫星广播子系统结构示意图卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/18245、卫星接收站利用接收天线接收卫星下行信号，经低噪声放大、下变频（LNB）和馈线将接收的L波段广播电视信号送入卫星接收机，由接收机还原出视频和音频信号。卫星接收站的构成与地球站下行系统相似，不过考虑到接收的成本和方便性，卫星接收站一般采用较小口径天线，信号放大和变频则采用一体化低噪声放大单元（LNB）。接收天线口径小于4.5米的通常不配备天线跟踪设备。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/18256、卫星测控站主要任务是测量卫星的各种参数，监测调整卫星上所有设备的工作状况。如卫星内部设备的电压、电流、功率、温度、压力等；对卫星实施各种功能状态的转换。测控卫星的姿态和轨道位置，调整卫星状态以保证卫星相对于地球静止，并使卫星天线波束对地球表面地覆盖区域保持不变等等。

卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1826主要由接收天线、低噪声放大单元LNB(高频头)、高频同轴电缆、功分器和卫星接收机IRD（可以为LNB提供直流电源）等组成，如图所示：完成卫星广播电视信号的接收：变频、解调、解扰、解复用、解码后送至用户收听收看。卫星接收机IRD卫星天线卫星LNBL波段功分器5、卫星接收站卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1827电波方向反射面馈源馈源电波方向反射面标准型前馈天线偏馈型前馈天线前馈天线卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1828标准型卡塞格伦天线偏馈型卡塞格伦天线馈源抛物面双曲面馈源抛物面双曲面后馈天线卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1829标准型格里高里天线馈源抛物面椭球面馈源抛物面椭球面偏馈型格里高里天线后馈天线卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1830LNB完成低噪放大和下变频功能。目前LNB主要采用低噪声场效应管作为放大器件。在接收窄带数字信号时要求高频率稳定度和低相位噪声，此时可采用数字锁相环（PLL）LNB。

LO=±5K/±25K等卫星数字接收机主要由三大部分组成：信道接收、解复用和MPEG-2解码。包括L波段信号接收调谐、QPSK解调、去扰码、纠错、解复用、解码、PAL／NTSC编码、音频D/A变换、系统控制和智能卡读取等功能模块。卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1831接收天线偏移接收天线极化隔离度下降LNB故障（或受热、进水等）LNB受地面干扰进入饱和LNB供电故障高频电缆老化或接头松动卫星接收机过热工作不稳定天线生锈、掉漆等等卫星接收系统可能出现的问题卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/1832卫星广播电视传输系统及常用概念1、等效全向辐射功率（EIRP）

衡量电磁波辐射能力的重要参数，代表发送功率和天线增益的综合性能。它的定义是天线发送功率（P）和天线增益（G）的乘积，即：

EIRP=P·G

[EIRP](dBW)=[P](dBW)+[G](dB)

如：卫星ERIPs=10lgPT(W)–[Lt](dB)+[Gt](dBW)

其中PT——

行波管放大器输出功率

Lt——

馈线损耗

Gt——天线增益

2025/2/1833卫星广播电视传输系统及常用概念２、品质因数（G/T）品质因数反映了接收弱信号能力的大小，又称为系统优值。G/T是天线增益与噪声温度之比。

G/T=G(dB)-101gT(dB/K)

如：卫星[G/T]=[G]-10Lg（Ta+Tt）（dB/K）

G为星载天线上行工作频率时增益，Ta为天线等效噪温，Tt为卫星转发器等效噪温。2025/2/1834卫星广播电视传输系统及常用概念3、天线等效噪声温度TA

等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小。忽略馈线系统损耗后，天线接收并传送给LNB的噪声功率：

Pn=k˙TA˙B（W）波尔兹曼常数k=1.38x10-23（J/K），B为接收系统带宽2025/2/1835卫星广播电视传输系统及常用概念4、功率通量密度（）功率通量密度反映了卫星信号到达地面时的强度，表示接收端单位面积上的功率密度。

=[EIRP]-20Lgd-10Lg（4π）-[ΔL]（dBW/m2）

d为卫星至地面的距离，ΔL为电波传输中的其他各种损耗。ff2025/2/1836卫星广播电视传输系统及常用概念5、自由空间损耗：在自由空间中，一个无损耗的各向同性辐射源到与其路径长度相等的距离处的理论损耗：

[Lo]=20Lg（4πd/λ）（dB）其中：d为卫星到地面的距离，通常取35786kmλ=v/f（v取光速）真空中光速v=3X108(m/s)，λ=300/fMHz(m)

2025/2/1837卫星广播电视传输系统及常用概念6、功率传输公式（加图）在自由空间中，接收天线输送给匹配负载的功率Pr与发送天线的输入功率Pt之间的关系用弗里斯功率传输公式表示：

[Pr]

=[Pt]+[Gt]+[Gr]-[Lo]（dBW）

2025/2/1838卫星广播电视传输系统及常用概念7、C/N与Eb/No

在模拟卫星链路中，传输质量是由链路的载噪比C/N确定的，在数字卫星链路中，传输质量是由链路的每比特能量Eb与噪声功率谱密度No之比Eb/No确定的。

[Eb/No]=[C/N]+10LgB-10LgRbB为接收机带宽，Rb为数字信号的码率。2025/2/1839卫星广播电视传输系统及常用概念8、增益G

天线增益G表示天线对信号的汇聚能力。

对于圆形口面天线：

[G]=20Lg（πD/λ）+10Lgη（dB）

D为圆形口面直径，λ为天线工作波长，η为天线口面效率

2025/2/1840卫星广播电视传输系统及常用概念9、天线的旁瓣特性

天线偏轴增益90%的旁瓣波峰应在下列包络线内：2025/2/1841卫星广播电视传输系统及常用概念10、半功率角θ（HP）天线主瓣两侧相对于天线主瓣中心增益下降3dB的两点之间的角度称为天线的半功率角。

DfDGHz2170=»lq（度）其中D为圆形口面的直径，

λ为天线工作波长。如：Ku波段10米天线，经上式计算该天线上行频率（14GHz）的半功率角约为0.15o，由此可见卫星传输中，对高频段大口径天线的自动跟踪要求较高。2025/2/1842卫星广播电视传输系统及常用概念2025/2/184311、卫星天线仰角、方位角和半功率角计算

（1）天线仰角EL计算其中α——接收地点的纬度

β=βR-βS

βR

——

接收地点经度

βS——

卫星经度baba221coscos115127.0coscos--=-tgEL43卫星广播电视传输系统及常用概念（2）天线方位角AZ计算absin1tgtgAZ-=注：我国处于北半球，正北方向天线方位角为0度，实际的方位角应表示为180-AZ（度）。2025/2/1844卫星广播电视传输系统及常用概念Pt

—

上行高功放输出功率(dBW)Lf

—

上行站馈线损耗(dB)LΔ

—天线指向误差、极化失配(dB)Gt

—

上行天线发射增益(dB)12、卫星链路计算（1）卫星上行链路方程（dB/Hz）(C/N0)U—上行链路每载波功率与噪声密度比(dBHz)(G/T)S—卫星品质因素(dB/K)L0,U—上行链路自由空间损耗(dB)EIRPE—上行站EIRP(dBW)6.228)/()/(,00++-=SUEUTGLEIRPNC2025/2/1845卫星广播电视传输系统及常用概念（2）卫星下行链路方程其中：EIRPS

—

卫星转发器饱和EIRP(dBW)BOo,s

—

卫星转发器输出补偿(dB)n—

卫星转发器载波数量

L0,D

—

下行链路自由空间损耗(dB)ΔLD

—

下行链路附加损耗(dB)

（天线指向误差、极化失配及馈线损耗等）

(G/T)R

—

卫星接收站品质因素(dB/K)（T≈TA+TLNA）6.228)/(lg10)/(,0,0++D----=RDDsoSDTGLLnBOEIRPNC（dB/Hz）2025/2/18461、等效全向辐射功率（EIRP）

衡量电磁波辐射能力的重要参数，代表发送功率和天线增益的综合性能。它的定义是天线发送功率（P）和天线增益（G）的乘积，即：

EIRP=P·G

[EIRP](dBW)=[P](dBW)+[G](dB)

如：卫星ERIPs=10lgPT(W)–[Lt](dB)+[Gt](dBW)

其中PT——

行波管放大器输出功率

Lt——

馈线损耗

Gt——天线增益

2025/2/1847卫星广播电视传输系统及常用概念２、品质因数（G/T）品质因数反映了接收弱信号能力的大小，又称为系统优值。G/T是天线增益与噪声温度之比。

G/T=G(dB)-101gT(dB/K)

如：卫星[G/T]=[G]-10Lg（Ta+Tt）（dB/K）

G为星载天线上行工作频率时增益，Ta为天线等效噪温，Tt为卫星转发器等效噪温。2025/2/1848卫星广播电视传输系统及常用概念3、天线等效噪声温度TA

等效噪声温度反映了天线接收下来并传送给匹配负载的噪声功率的大小。忽略馈线系统损耗后，天线接收并传送给LNB的噪声功率：

Pn=k˙TA˙B（W）波尔兹曼常数k=1.38x10-23（J/K），B为接收系统带宽2025/2/1849卫星广播电视传输系统及常用概念4、功率通量密度（）功率通量密度反映了卫星信号到达地面时的强度，表示接收端单位面积上的功率密度。

=[EIRP]-20Lgd-10Lg（4π）-[ΔL]（dBW/m2）

d为卫星至地面的距离，ΔL为电波传输中的其他各种损耗。ff2025/2/1850卫星广播电视传输系统及常用概念5、自由空间损耗：在自由空间中，一个无损耗的各向同性辐射源到与其路径长度相等的距离处的理论损耗：

[Lo]=20Lg（4πd/λ）（dB）其中：d为卫星到地面的距离，通常取35786kmλ=v/f（v取光速）真空中光速v=3X108(m/s)，λ=300/fMHz(m)

2025/2/1851卫星广播电视传输系统及常用概念6、功率传输公式在自由空间中，接收天线输送给匹配负载的功率Pr与发送天线的输入功率Pt之间的关系用弗里斯功率传输公式表示：

[Pr]

=[Pt]+[Gt]+[Gr]-[Lo]（dBW）

2025/2/1852卫星广播电视传输系统及常用概念7、C/N与Eb/No

在模拟卫星链路中，传输质量是由链路的载噪比C/N确定的，在数字卫星链路中，传输质量是由链路的每比特能量Eb与噪声功率谱密度No之比Eb/No确定的。

[Eb/No]=[C/N]+10LgB-10LgRbB为接收机带宽，Rb为数字信号的码率。2025/2/1853卫星广播电视传输系统及常用概念8、增益G

天线增益G表示天线对信号的汇聚能力。

对于圆形口面天线：

[G]=20Lg（πD/λ）+10Lgη（dB）

D为圆形口面直径，λ为天线工作波长，η为天线口面效率

2025/2/1854卫星广播电视传输系统及常用概念9、天线的旁瓣特性

天线偏轴增益90%的旁瓣波峰应在下列包络线内：2025/2/1855卫星广播电视传输系统及常用概念10、半功率角θ（HP）天线主瓣两侧相对于天线主瓣中心增益下降3dB的两点之间的角度称为天线的半功率角。

DfDGHz2170=»lq（度）其中D为圆形口面的直径，

λ为天线工作波长。如：Ku波段10米天线，经上式计算该天线上行频率（14GHz）的半功率角约为0.15o，由此可见卫星传输中，对高频段大口径天线的自动跟踪要求较高。2025/2/1856卫星广播电视传输系统及常用概念11、卫星天线仰角、方位角和半功率角计算

（1）天线仰角EL计算其中α——接收地点的纬度

β=βR-βS

βR

——

接收地点经度

βS——

卫星经度baba221coscos115127.0coscos--=-tgEL20