卫星数据接收原理与应用.ppt

1、卫星数据接收系统,海南省教育厅电教馆 蔡儒冠,一、卫星数据接收系统的组成,1.1、卫星通信与卫星广播* 1.2、卫星数据接收系统的组成 1.3、卫星接收天线 1.4、高频头与馈源 1.5、极化 1.6、卫星数据接收机（卡） 1.7、功分器与传输电缆,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,无处不在的卫星,1.1、卫星通信与卫星广播*,同步卫星,同步卫星通信：卫星通信所使用的卫星

2、是在地球同步轨道上运行的。 因为与地球的运转同步，所以在地球上任何一点看到的通信卫星都是相对静止的。这为组织全球卫星通信网带来了很多方便。,1.1、卫星通信与卫星广播*,要保持卫星与地球的运行同步，就要综合考虑地球自转、地球公转、卫星飞行速度等多种因素，所以同步通信卫星都“定点”在赤道上空，并有一系列的标准参数。,理论上，三颗卫星可基本覆盖全球。但每个卫星的通信能力有限，三颗卫星远不能满足全球通信的需要。而赤道上空同道步轨的位置又十分有限，所以，国际卫星组织对同步轨道上星卫总量要实行必要的控制。,卫星通讯,1.2、卫星数据接收系统的组成 按电磁波频率划分：,卫星接收系统,模拟系统,数字系统(D

3、VB),C波段系统,Ku波段系统,卫星接收系统,电视节目系统,IP数据系统,按节目信号源划分：,发射站：把电视节目、通信、广播等信号发射到卫星上的发射系统。 接收站：利用天线、卫星接收机等设备接收卫星信号的设备系统。 上行频：指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上发射，所以叫上行频。 转发器：指卫星上用于接收地面发射来的信号，并对该信号进行放大，并以另一个频率向地面进行发射的设备。一颗卫星上可以有多个转发器。 下行频：指卫星向地面发射信号所使用的频率，不同的转发器所使用的下行频不同，在使用卫星接收机时所设置的参数也就不同，如果设置不正确，将不能接收相应的节目内容。 例如： 我

4、国鑫诺一号卫星用于数据广播的下行频之一为12,620MHz。而中央电视台所使用转发器的下行频为12,380MHZ。一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频。 符号率：指数据传输的速率，与信号的比特率及信道参数有关，单位为BPS。从世界上卫星发展趋势看，卫星电视的符号率越来越高，当一个载波信号携带的节目数越多时，此值越大。 LNB本振频率：指高频头的本振频率。对C波段卫星接收机的LNB本振频率一般为5150MHz，而Ku频段高频头的本振频率各不相同，在接收时要根据接收天线高频头上的本振频率（LO）参数进行设置重新输入参数。,卫星通信的基本概念,波束覆盖中国的区域卫星,亚洲一号 122E 24C

5、转发器寿命12年 亚洲二号 100.5E 24C + 9Ku 15年 亚洲三号 105.5E 28C + 16Ku 15年 亚太一号 138E 24C 10年 亚太一号A 134E 24C 10年 亚太-IIR 76.5E 28C + 16Ku 15年 中卫一号 87.5E 18C + 20Ku 15年 鑫诺一号 110.5E 24C + 14Ku 15年 鑫诺一号B 85E 6Ku 12年 中星八号 115.5E 36C+16Ku 大于15年 (待发) INTERSAT 602,604,701,702,703,704,802,804 GE-1A 108E,1.2、卫星数据接收系统的组成,最基

6、本的卫星模拟电视接收系统,1.2、卫星数据接收系统的组成,卫星数字电视(DVB)接收系统,1.2、卫星数据接收系统的组成,采用电脑的卫星接收系统,1.2、卫星数据接收系统的组成,卫星IP数据接收系统,1.2、卫星数据接收系统的组成,同时接收多套节目,电磁波 电磁波的频率、波长 卫星电视的波段与频道 极化方式 卫星天线,1.3、卫星接收天线,1.3、卫星接收天线,电磁波 无线电波 300GHz(1GHz=109Hz)以下 红外线 31011Hz-41014Hz 可见光 3.841014HZ-7.691014Hz 紫外线 81014Hz-31017Hz X射线 31017 Hz-51019Hz,1

7、.3、卫星接收天线,电磁波的频率与波长 电磁波的传播速度等于光速，电磁波地真空中的传播速度与光速相同，是3108米秒。在空气中和在真空中近似 不同频率(或不同波长)的电磁波的传播速度都相同，所以频率较大的电磁波，波长较短 波速=波长频率,1.3、卫星接收天线,卫星电视的波段与频道,卫星广播下行线路使用频段 我国属第三区 波段（GHz） L(0.7) 0.62-0.79 S(2.5) 2.5-2.691 KU(12) 1.7-12.75 Ka(23) 11.7-12.5 Q(42)频段22.5-2341-4384-86 （GHz）,1.3、卫星接收天线,卫星电视的波段与频道 卫星电视节目分为C波

8、段和Ku波段。 C波段的频率范围是3.4GHz4.2GHz。 Ku波段的频率10.712.75GHz，其中可分为10.711.7GHz、11.712.2GHz、12.212.75GHz等频段。,频率、波段的划分范围,卫星通信使用频段,0.1-0.3GHzVHF移动,导航业务 0.3-1.0UHF移动,导航业务 1.0-2.0L移动业务 2.0-4.0S移动业务 4.0-8.0(4/6)C固定业务 8.0-12.0 X 12.0-18.0 (12/14) Ku固定业务 18.0-24.0 K 24.0-30.0 Ka 33.0-50.0 Q 50.0-75.0 V,广播电视的频段划分,1.3、卫

9、星接收天线,卫星电视的波段与频道 C波段卫星电视频道划分,1.3、卫星接收天线,卫星电视的波段与频道 Ku波段卫星电视频道划分,数字电视广播的传输标准,DVB-S (Satellite)它主要应用于利用卫星作为传输媒体的数字电视技术与标准。简称数字卫星电视广播标准。DVB-S(Satellite)：采用11/12GHz卫星频段进行传输的DVB系统标准，广泛适用于各种转发器的频带和功放。,DVB-T (Terrestrial)它主要应用于采用地面微波通信作为传输媒体的数字电视技术与标准（采用地面广播进行传输的DVB系统标准）。简称数字地面电视广播标准。,DVB-C (Cable)它主要应用于利用

10、同轴电缆作为传输媒体的数字电视技术与标准（采用有线电视系统进行传输的DVB系统标准）。简称数字有线电视广播标准。,卫星IP数据广播,卫星数据IP广播是通过UDP（用户数据包）协议将数据打包送上卫星，再通过卫星下发至接收端。接收端使用指定的PC卡/接收机和相应的接收软件即可接收。IP广播是基于新一代的卫星数据广播方式，需要占用专门的IP频道资源。卫星IP数据广播的数据传送速率可达1Mbps，可以在实时传输高清晰度的数字视频信号的同时传输远程教学所需的其他多媒体信息，完全能够满足远程教学对带宽的要求。,远程教学节目,中国教育卫星宽带传输网播出节目安排表,1.3、卫星接收天线,电磁波的极化方式：是指

11、电磁波电场矢量的方向随时间变化的规律，通俗讲就是电磁波传输的一种特定方式。,1.3、卫星接收天线,电磁波的极化方式,圆极化,线极化,电磁波,左旋圆极化,右旋圆极化,垂直线极化,水平线极化,1.3、卫星接收天线,电磁波的极化方式,圆极化,线极化,电磁波,左旋圆极化,右旋圆极化,垂直线极化,水平线极化,1.3、卫星接收天线,卫星天线接收信号原理,天线就是我们常说的大锅，是一个金属抛物面，电磁波为直线传播，遇金属面反射。卫星天线的金属抛物面将卫星的微弱电磁波信号反射到位于焦点处的馈源内，经馈源收集和转换至高频头。,1.3、卫星接收天线,卫星天线种类（动画素材）,卫星天线,偏馈天线（正馈式 ）,中心聚

12、焦天线（正馈式 ）,卡塞格伦天线（反馈式天线 ）,偏馈天线实际上是一个中心聚焦天线的一部分，其焦点就是原中心聚焦天线的焦点,1.3、卫星接收天线,卫星天线种类,1.3、卫星接收天线,卫星天线种类,1.3、卫星接收天线,卫星天线种类,1.3、卫星接收天线,卫星天线种类,一锅双星双头双馈一体高频头,1.3、卫星接收天线,卫星天线的结构,1.3、卫星接收天线,卫星天线的增益,天线增益是指卫星信号经天线聚焦后增大的倍数。,天线增益与天线面积成正比，即与天线口径的平方成正比，口径增大一倍，增益增大4倍。因此在场地条件许可的情况下，应首先考虑选择大口径的天线。,天线的增益还与接收信号频率的平方成正比，天线

13、给出的增益参数都是注明在某个频率的增益。,1.4、高频头与馈源 1、高频头,室外单元的高频头（LNB）（Low Noise Block Downconverter低噪声频段下变换器）。它由低噪声放大器、混频器、本机振荡器等构成。LNB首先将卫星传来的极其微弱的C或Ku波段的信号（3.74.2GHz或10.7512.75GHz）经低噪声放大器放大，然后在混频器中将收到的信号与本机振荡器产生的本振信号混频，将不同频段的、非常高频率的信号转换为适合卫星接收机处理的、统一频段的中频信号（9502150MHz），经同轴电缆传送给卫星接收机 。,高频头结构：,混频器 下行频率（信号） 高频放大 中频信号

14、本振频率,1.4、高频头与馈源 2、高频头的性能指标,室外单元的高频头是卫星接收系统的关键部件之一，它直接决定接收机的灵敏度，主要有以下几项性能指标： 1. 噪声特性（Noise Figure），表示信号经高频头后损失的信噪比，对接收系统整体性能起着至关重要的作用。以噪声系数或噪声温度来描述。二者可以换算。Ku波段一般要求噪声系数为1.20.6db，即噪声温度9243K；C波段噪声系数一般要求在0.3db，即噪声20K以下。越小越好 2. 功率增益（Conversion Gain）, 为弥补线路衰减及噪声影响，高频头必须具有较高的功率增益，一般要求大于60db。 3. 输出电压驻波比（Outp

15、ut VSWR），在不匹配的情况下, 馈线上同时存在入射波和反射波。产生的反射波和入射波在馈线上叠加形成的磁波，其相邻电压的最大值和最小值之比是电压驻波比驻波比过大，会引起较强的反射，降低传输功率及稳定性，通常要求小于2.5：1。,1.4、高频头与馈源 3、馈源,馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头，并进行极化选择。它在接收系统中的作用是非常重要的，一个适配不好的馈源会给整个系统带来大量噪声，有时还可能造成接收信号交叉极化，即信号中同时具有两种极化信号，彼此干扰。,1.4、高频头与馈源 4、馈源+高频头,C波段高频头,1.4、高频头与馈源 4、馈源+高频头,九洲Ku波段双极化单输出高

16、频头,1.4、高频头与馈源 4、馈源+高频头,PBI波段双极化单输出高频头,1.5、极化,UP标记对准夹具上的0刻度时，为0度。面对锅看高频头，顺时针转动为正、逆时针转为负。,厂牌不同，0度时高频头上的F头朝向指向不同,1.6、卫星数据接收机（卡）,1.6、卫星数据接收机（卡）,1.6、卫星数据接收机（卡）,1.7、功分器与传输电缆,分配器功率分配器（功分器） 卫星接收系统的功分器要求： 频率范围：5M2400MHz 隔离度：大于20dB 反向输送电功能,1.7、功分器与传输电缆,1.7、功分器与传输电缆,同轴电缆,中心导体、绝缘层、网状屏蔽层、外部绝缘层,1.7、功分器与传输电缆,普通同轴电

17、缆,普通同轴电缆是将电缆中传送的射频能量从一端传输到另一端,并且希望有最大的横向 屏蔽,使信号不能穿透电缆以避免传输过程中的射频能量的损耗.,1.7、功分器与传输电缆,低损耗同轴电缆,1.7、功分器与传输电缆,同轴电缆参数,（1）特性阻抗 传输线长度信号波长时,线上任何点的电压与电流的 比值都等于ZZ就是传输线的特性阻抗. 常用同轴电缆的特性阻抗为：75 50 50欧姆电缆，用于数字传输.75欧姆电缆，用于模拟传输，,（2） 衰减系数（dB/100m ) 与电缆介质、结构有关,（3）传播速度、缩波系数 与电缆介质有关,电磁波在电缆内的传播速度低于在真空 中的速度C，则波长也缩短。需要的最低传播

18、速度为0.77C(C为光速)。,（4）直流回路电阻电缆的中心导体的电阻与屏蔽层的电阻之和不超过10毫欧/米,1.7、功分器与传输电缆,同轴电缆接头,（1）F头 英制、公制,（2） BNC头,（3）RCA头,二、卫星数据接收系统的安装与调试,2.1、卫星天线的方位角与仰角 2.2、卫星接收天线的安装 2.3、卫星接收系统的调试 2.4、机房要求 2.5、防雷与接地,2.1、卫星天线的方位角与仰角,接收亚洲3S卫星实例 3S卫星：105.5 兴隆地区：东经：110.5 北纬：19 海口地区：东经：110.5 北纬：20,方位角,仰角,卫星参数,卫星经度,地区经度,地区纬度,2.2、卫星接收天线的安

19、装,开箱，并对照装箱清单查点零部件 选择安装地址 要求：南方无障碍物、避开微波辐射和高压电、基础坚固、到收视点距离尽量短（ 40M ） 基础施工 水泥预制板膨胀螺栓或钢架加重物 安装天线 顺序：底座与立柱、调节机构、反射面、馈源支架、高频头 拧紧除调节机构外的紧固件 安全事项 吊装、避雷（针尖45度范围内、接地电阻小于4欧姆） 安装高频头（无电状态）,2.3、卫星接收系统的调试,连线 电视（音视频线）接收机（同轴电缆） 高频头 打开接收机和电视机的电源 配置接收机参数 中国教育电视台：卫星节目的下行频率（12620）、极化方式（垂直）和符号率（32553） 调试接收机 粗调天线 确定南方、 确定方位角和仰角 微调天线、高频头 接收机信号最强（60%）,2.4、机房要求,(1)站点机房要有必要的防盗措施；(2)站点机房要有必要的防雷设施，明示警示信息，相关防雷常识要纳入培训课程；(3)站点机房要有必要的消防设施，有关设施、设备的使用常识与技能要纳入培训课程；(4)建立和健全安全用电守则、节约用电守则和消防守则等安全规章。(5)天线若安装在屋顶，安装前要检查房屋的承重条件。,2.5、防雷与接地（动画素材）,1）城镇地区，小型天线在地面安装且处在附近建筑物