1、卫星通信基础知识doc卫星通信基础知识第一节电磁波常识一、 电磁波振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号, 医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的 X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。二、 电磁波的频率、波长人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。频率是指在单位时间内电场强度矢量E （或磁场强度矢量H）进 行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻 两个振动完全相同点之间的距离，通常用入表示。波速是指电磁波在 单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f,波长入，和波速v 之间满足如下关系：v=
2、Xf如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz , 在国际单位制中，波速的单位是m/s（米/秒），波长的单位是m（米）, 频率的单位是Hz.对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒 约前进30万公里。例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000 米除 98,000,000Hz,等于 3.06 米。不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们 按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在 300GHz（lGHz=109Hz）以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。频率在3 X1011HZ-4X 1014H
3、z之间的波称为红外线, 它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红 外线加热，探测等，频率在3.84X 1014HZ-7.69X 1014Hz之间的波为1417可见光，它能引起人们的视觉，频率在8X10Hz-3X10Hz 之间的波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率 在3X1017 Hz-5X 1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿 透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频 率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。三、波段 与频道由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范 围，所以频段与波段
4、具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用 的，在电视广播领域中，更多使用波段。微波是指波长在微米级的无线电信号。按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表 所示。表无线电波波段的划分频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通 常一个频段（或波段）能够再分成多个频道。四、极化方式当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规 律，这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是 一种横波，其电场矢量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间， 两两互相垂直，常用电场强度矢量E的变化来代表电磁波的变化。极化方式即卫星电视信号的电磁场的振动方向的变化方式。
5、按照 极化方式的不同，电磁波可分为线极化波和圆极化波等各种不同的类 型。所谓线极化波就是其电场强度矢量E沿一定角度方向的波，当E 与地面垂直时，称为垂直极化波；当E与地面平行时，称为水平极化 波。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其 他电波的干扰等因素，一般垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、 卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调 频广播和卫星电视广播等。（极化方式（Polarization） : V； H水平极化，即电磁场的振动方向, 卫星向地面发射信号时，所采用的无线电波的振动方向可以有多种方 式，目前所使用的有： 水平极化（H）：水平极化是指
6、卫星向地面发射信号日寸，其无线电波的振动方向是水平方向。例如：我们拿一条 绳子左右抖动，产生的波是左右波动。 垂直极化（V）：垂直极化是指卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向是垂直方向。例 如：我们拿一条绳子上下抖动，产生的波是上下波动。 极化方式 有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为 水平极化和垂直极化；在圆极化方式下乂分左旋圆极化和右旋圆极 化。）（垂直极化:无线电波的极化，常以大地作为标准面。凡是极化面 与大地法线面（垂直面）平行的极化波称为垂直极化波。其电场方向 与大地垂直。）五、Ku波段卫星通信波段及其特点卫星通信使用微波频段300MHz30GHz,采用
7、高频信号的目的 是保证地面上发射的电磁波能够穿透电离层到达卫星。在卫星通信中, 不同的卫星，或者同一颗卫星上的转发器所使用的频率范围不同，不 同频率范围有不同的代号。如3.95-5.85GHZ频率范围的代号是C,该 频率范围简称C波段；12.24-18GHZ频率范围的代号是Ku,该频率范 围简称Ku波段。项目卫星通信所用的电磁波在12.24-18GHZ频率范围，属于微波 范围的Ku波段，极化方式为垂直线极化。六、同步通信卫星简介由于电视信号属于微波信号，早期的电视广播信号主要在地面传 播，其传播方式为直线传播。由于地球本身是一个球体，传播距离受 地球弯曲弧度的影响，一般传播距离为40-60公里
8、。要使电视信号传播的更远，就需要加高天线或增加中继站。天线 高度的增加是有限的，中继站的增加会使信号衰减，成本加大。 要想减少中继站的数量，只能增加天线的高度，当我们把中继站搬到 天上后，就变成了卫星。卫星通信的目的是扩大信息的覆盖面，减少 地面微波中继站，减少信息传播过程中的故障率，极大的提高信息的 传输范围，提高信号的传送质量。当卫星的轨道是圆形且在赤道平面上，卫星离地面35786.6公里, 飞行方向与地球自转方向相同时，从地面上任意一点看，卫星都是静 止不动，这种对地静止的卫星称为同步通信卫星。利用三颗同步卫星, 就能够使信号覆盖地球的表面。用于电视节目转发的卫星一般都是同步通信卫星。所
9、以不同国家 发射的通信卫星都在赤道的上空，同步通信卫星所处的纬度都为oc, 经度在0-360C之间。第二节卫星IP数据广播技术简介一、 卫星数据广播技术概述卫星数据IP广播是通过UDP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。在我国目前有取代VBI （电视逆程窄代数据广播） 的趋势。中国教育电视台的远程教育节目将由VBI转移到IP数据广播 方式。卫星IP数据广播每个通道的数据传送速率可达1 Mbps,甚至 更高，可以在实时传输高清晰度的数字视频信号的同时传输
10、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。由于 是基于广播方式传输，其带宽不受上网人数的制约，每个用户都能拥 有同样的带宽。IP数据广播不同于VBI,它将根据需要，把卫星上的 转发器带宽分成许多份，每一份叫一个IP通道，能够用于传送一组 类型的数据内容，可以是计算机网站信息，多媒体数据等。IP数据广 播目前在我国基本上是单向，即只能接收，也可以是双向，即学校或 家庭利用地面卫星天线和双向设备在接收信号的同时能够向卫星发 射数据信息。二、卫星数字广播常用术语1.上行频率：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，所以叫上行频率。2.转发器：指卫星上用
11、于接收地面发射来的信号，并对该信 号进行放大，再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。3.下行频率：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率不同，换句话，当我们接收不同的节目内容 时，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：我国鑫诺 一号卫星用于数据广播的下行频率之一为12,620MHZo 一颗卫星上有 多个转发器，所以会有多个下行频率。4.符号率：卫星节目的符号率，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MB/S。目前市场上普遍使用的“诺 基亚”、“菲力蒲”
12、、“现代”、“同洲”、“九洲”等卫星电视数字解压机 的Symbol rate值在6-30MB / S。从世界上卫星发展趋势看，卫星电 视的符码率越来越高，当一个载波信号携带的节目数越多时，此值越 大。5.MPEG-2:是一种动态音、视频信号的压缩传输标准(Moving Pictures Experts Group),它分为音频、视频，传输标准等多种形式。6.DVB： DVB(Digital video broadcasting)指数字视频广播，其 主要目的是找一种对所有传输媒体都适用的数字电视技术与标准，其 核心是以MPEG2音、视频编码，有三种标准：DVB-S 数据广播 -卫星方式DVB-C
13、 数据广播-闭路方式DVB-T 数据广播-地面微波中继方式7.纠错方式：FECEP前向纠错码方式，不同的系统会有不同 的设置，接收机的FEC方式的设置必须与上行站编码方式一致才能正 确解码，目前亚洲2号卫星的FEC值为3/4o8.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，常用的高频 头的本振频率为11250或11300, 一般具体是多少，请仔细查看高频 头包装盒上的说明。9.DiSEqC：英文为 Digital Satellite Equipment Control,直译 为：“数字卫星设备控制”，有1.0、1.1、1.2、2.0等不
14、同版本的标准， 是用数字卫星电视接收机控制，发出指令集(控制指令)给相应设备， 如切换开关、切换器、天线驱动设备、LNB等。工作过程是数字卫星 电视接收机内部在同步时钟脉冲配合下，通过与LNB高频头相连的同 轴电缆线，经调制于22KHZ频率上交替变化的数字信号串行转送相关 控制指令，DiSEqCl.O常用于控制多入一出的中频切换器的控制； DiSEqCl.l是1.0的扩充版本；DiSEqC1.2则加入驱动并控制推动杆或 极轴座的功能；DiSEqC2.0就具有双向控制的功能，外设就会有信息 传回数字卫星电视接收机。简单的理解，可认为DiSEqC是数字卫星接收机中的一个设置参 数，它能够使一个卫星
15、接收机接收多个不同卫星天线的信号。在只有 一个卫星接收天线时，该值设置为关（OFF）状态。10.PID码：PID码是英文Packet Identifier简称,是包识别码的 意思。电视信号上传至卫星首先要对音视频及数据信号进行编码，用 MPEG-2标准压缩成PES包，再将PES包转换成长度为188字节的传 送IP包，它代表每帧画面的信息量。在188字节中，用3B来表示包 开始前缀，以1B来表示包标识，2B表示PES包的包长度 剩下的是 实时压缩的活动图像声音等可变PES包，PID在传送包的包头上。如果不知道PID值，就不能正确接收相应的节目。 具体来讲，PID可分视频、音频两大类，其中视频类又
16、分图像、图文 类，音频类则分电视与广播类。简单理解，PID就是为卫星上传送的节目加一个编号，数字卫星 接收机或PC接收卡要根据这个编号来判断所接收的信号属于那一个 节目。PID就是收信人的地址和姓名。在卫星数据广播中，每个节 目都有自己的PID。项目扶贫通道的PID=b2o总之，PID值是为了区分各种数据包的用途，DVB和MPEG-2标 准中规定在数据包中所加的标识符。要想接收所需IP数据频道，必 须添加相应的PID值。附录4给出了中国教育卫星宽带传输网各频道 编号和PID值,以及相应的远程教育节目名称。第三节中国教育卫星宽带多媒体传输网简介一、 鑫诺一号卫星“鑫诺一号”通信卫星于1998年7
17、月18日发射成功，它是一 颗服务于中国及亚太地区的广播通信卫星、同时也是一颗专门为电视 直播业务和卫星专用通信网业务设计的通信广播卫星。该星定点在东 经110.5 E赤道上空，轨道位置优越，保证了高仰角、低雨衰。整 个天线覆盖区，最低仰角均大于30。o这使得它在实现电视“村村 通”、“校校通”的任务中，更具有其他轨道位置（位于偏西或偏东的 卫星）所不具备的优势。该星在设计天线波束时，充分考虑了卫星直 播电视业务的需求，波束覆盖整个中国及周边国家和地区。C频段的 天线波束覆盖中国和整个亚太地区，覆盖区内大部分地区卫星的EIRP 均大于37dBw,最大可达39.5dBw,可很好地满足中国和整个亚太
18、地 区电视及通信业务的需求。Ku频段天线波束充分考虑了卫星直播电 视业务的需求和国家各部委、各省市、各大公司及各行业专用通信网 的需求，波束覆盖整个中国及周边国家和地区，并按照中国地区的不 同分布，对波束覆盖进行优化设计，使得在中国国土的绝大部分地区, 卫星的EIRP均大于47dBw,东南部地区加权6dBw以上，卫星的EIRP 可达5254.5dBw。即具有覆盖区边缘卫星EIRP较大，覆盖区内曰RP 功率分布合理的特点，这将有利于地面通信网、站的设计和选型，降低地面通信网、站的费用。考虑到以往卫星通信网以C频段居多，而Ku频段通信是目前卫 星的发展方向，为更好地支持卫星通信网用户的业务发展，鑫
19、诺一号 卫星配置有一对C-Ku频段互联转发器，即C频段通信网（地球站）发上行信号，可直接由Ku频段通信网（地球站）接收其下行信 号，从而实现了 C频段通信网（地球站）与Ku频段通信网（地球站）之间 的互联通信，有效支持了 C频段通信网向Ku频段通信的过渡、兼容 和发展。二、中国教育卫星宽带多媒体传输网为贯彻中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的 决定，落实国务院批转教育部<面向21世纪教育振兴行动计划 >的通知中“实施现代远程教育工程”的总体部署，为构建中国 教育卫星宽带多媒体传输平台，教育部于1999年9月份开始组织实 施了 “卫星电视教育网络改造项目二该项目集成和应用
20、了卫星通信技术、数字电视压缩技术、计算机 及网络技术、信息安全技术等新技术，将原租用的1个C波段36MHz 带宽的卫星转发器，改为租用大功率的54MHz带宽的Ku频段转发器, 增加空间频率资源，加大卫星转发器传送信号强度，减小地面接收天 线的尺寸，利于推广应用；将模拟电视传送方式改为数字压缩传送方 式，从而充分利用卫星转发器的资源，增加电视频道、语音广播频道、 IP广播频道的数量，扩大多媒体广播的应用规模，推进信息化教育和 计算机技术的应用普及，实现电视网、计算机网的相融合。中国教育卫星宽带传输网（CEBsat）于2000年7月1日开始试 播。10月31日正式启动了现代远程教育卫星宽带多媒体传
21、输平台。 该网采用鑫诺一号卫星Ku波段传送，主要接收参数为：下行频率为12620MHz,符号率为32553 ,极化方式为垂直。改造后的新系统具备播出6套电视、6套语音、20套以上IP数 据广播的能力，此外，还能开展卫星因特网接入服务实验，重点是为 西部地区、通信设施不发达地区的单位，提供双向远程教育服务。第一个区域（左上）主要是对教育电视节目和语音广播节目进行 编码压缩和统计复用。因此，平台的第一个功能就是提供教育电视节 目和语音广播节目的传输。第二个区域包含有条件接收和EPG两部分。EPG是电子节目指南 的英文缩写，可以为观众提供各频道的节目时间表、节目介绍及与节 目有关的其它信息等。有条件
22、接收（CA）系统主要是对用户进行授权 管理。也就是说，通过该系统可以对用户所能接受到的节目和信息进 行限制。符合接收条件的用户，可以合法地收看平台中传送的有关内 容，而不符合条件的用户则无法接收。第三个区域是IP数据广播。简言之，IP数据广播就是一种基于 网际协议的数据广播。它通过卫星将大量的多媒体课件和计算机文件 发送到学校的局域网服务器或学员和用户的计算机中去。学员或用户 可以不受时间限制地进行学习或浏览相关信息。IP数据广播大体可分 为两种形式：一种是文件分发，它将以计算机文件形式存在的信息或 多媒体课件连同目录结构一起发送出去，一种比较形象的说法是“文件分发，目录搬家”；另外一种形式是
23、多媒体流 分发或者是IP直播，主要是通过IP通道将视音频信息和相应的文本 信息实时播放或转发出去，有点类似于电视的播出或直播。IP播出再 配合相应的软件，还可以在一定范围内实现点播服务。第四个区域是因特网接入服务。目前已进入试验阶段。主要是利 用卫星的高速传输能力以及非平衡传输的特点，与地面网络和通信资 源相结合，构成天地合一的双向非平衡网络，实现Internet信息的高 速访问。此外，平台还保留了 VBI数据广播，主要是为了方便有线电视台 的转播和适应原有VBI数据广播接收单位的需求，为观众提供文化、 科技、教育、经济、军事、娱乐等公众信息以及部分多媒体课件。三、 中国教育卫星宽带多媒体传输网近期节目安排中国教育卫星宽带传输网节目表注：1、 电视节目、语音节目传送和接收采用国家广电总局制定的数 字卫星电视调制、接收标准。2、 IP信息、课件广播采用多路广播方式。3、IP节目采用视 频MPEG-4压缩方式。4、接收方式：北大、信息技术教育和培训等暂选用赛得康接收 软件，北京邮电大学、东南大学等暂选用经天通讯接收软件, 扶贫教育信息暂选用远教接收软件。
