卫星通信基础知识
卫星通信基础知识
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。
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=入f
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
3OOGHz（1GHz=101z）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3X 1011Hz-4X 1014H 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3.84 X1014HZ-7.69 X 1014H Z之间的波为可见光，它能引起人们的视觉，频率在8X 1014H Z-3X 1017H Z 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3X 1017H Z- 5X 1019H Z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1018H Z-1022H Z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1.1所示。
表1.1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。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。
五、Ku 波段卫星通信波段及其特点
卫星通信使用微波频段300MH—30GHz采用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。
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0C,经度在0-360C之间。
第二节卫星IP 数据广播技术简介
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1Mbps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
12,620MHz —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”、“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MPEG—2 音、视频编码，有三种标准：
DVB-S 数据广播-卫星方式
DVB-C 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3/4。
8.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，DiSEqC1.0常用于
控制多入一出的中频切换器的控制；DiSEqC1.1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，每一个节目都有自己的PID。项目扶贫通道的PID=b2。
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
鑫诺一号卫星
“ 鑫诺一号”通信卫星于1998年7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 °已赤道上空，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°。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52?54.5dBw。即具有覆盖区边缘卫星EIRP较大，覆盖区内EIRP 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