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浅谈卫星电视基础知识(一)

我们通常所说的卫星电视接收,实际上即是接收卫星电视广播信号。卫星电视广播是利用地球同步卫星将电视信号传输到用户端的一种电视广播形式。通常是由设置在赤道上空同步轨道中的地球同步卫星接收由卫星电视广播地球站发射的电视信号,然后再将其转发到地面上的指定区域,或者由地面有线电视台把接收到的电视信号经转换之后传送到各个用户家中,或者由广大集体用户和个体用户直接使用卫星天线进行接收的。前者称为转播方式,是点对点的信号传输,多用于C波段,其特点是转发器功率较小,一般在50W左右,需要使用大天线接收,主要适用于各有线电视台。后者称为直播方式,是点到多点的信号传输,多用于Ku波段,其特点是转发器功率较大,一般在50W以上,可用较小的天线接收,同时可以提供直接到户的授权与加密管理,适用于集体和个人用户。我们在这里讲的主要是针对个人用户接收卫星电视信号的相关知识。

由于卫星电视广播使用了地球同步卫星来转发电视信号,故其具有以下几个主要优点:

●覆盖面广
  虽然我国电视的人口覆盖率非常高,达到了86%以上,但因为我国幅员辽阔、地形复杂、人口分布密度非常不均匀,从整个国土的覆盖率看,我国的电视覆盖率还很低,特别是一些老小边穷地区,难以被地面电视广播所覆盖。而卫星电视广播则不受地理环境的影响,只要利用一颗大功率的电视广播卫星,就能同时获得100%的人口覆盖和国土覆盖。

●可靠性高
  目前被广泛应用的地面有线电视,由于要经过漫长的传输路径,其中某一个环节出现问题就有可能影响到整个链路的信号传输,轻则信号损失,重则信号中断,所以可靠性并不高。而卫星电视广播可以直接被地面接收,其传输通路相对简单许多,信号经过的转接少,且通过路径为宇宙太空,受干扰的因素也少,不会受到地面自然灾害的影响,所以信号比较稳定,可靠性要高出有线电视很多。
  如果是利用地面有线电视进行覆盖的话,在当前条件下每将人口覆盖率增加一个百分点,就需要可能大概成十亿元的投入,在一些特殊的环境下,所需费用还要更高。而卫星电视广播虽然其卫星转发器使用费用比较昂贵,但由于可进行点对多点广播,通信成本与通信距离无关,且可利用压缩编码和动态复用等技术以获得较大的系统容量,当需要进一步扩大覆盖面积时,其费用由众多用户分担之后基本与地面有线电视设备相当,甚至还要更低。

●建设快速
  卫星电视广播系统在建设过程中不必担心山峰、树林、沙漠等地形的影响,与组建庞大而冗长的地面有线电视网络相比,它的建设速度要快得多,其运行、管理和维护所动用的人力也比较少。至于普通用户端只需要使用卫星天线、高频头和卫星接收机等设备即可正常接收电视信号,设备安装也都十分方便简捷。
    这里顺便提一句,目前我们所说的卫星电视广播主要为卫星数字电视广播。而在卫星数字电视广播领域,当今世界主流的系统主要有:美国的Direc TV、日本的Perfec以及欧洲的DVB-S等。其中最成功的当数欧洲的DVB-S,被大部分卫星数字电视广播系统所采用,我国的卫星数字电视广播系统也选用了该标准。DVB-S系统是一种传输数字电视的信道编码和调制系统,它的适用范围十分广泛,既适用于一次分配,通过标准的DVB-S数字接收机直接向个人用户家中提供标准清晰度的数字电视(SDTV)或高清晰度数字电视(HDTV)的数字电视业务,也就是所谓的直播到户(DTH)服务;又适用于二次分配,即通过调制进入地面公共电视系统,由电视台使用有线等方式向用户传输标清或高清的数字电视业务。由于DVB-S标准主要规范了发送端的系统结构和信号处理方式,而对接收端则是开放的,所以各厂商可以各自开发自家相应的DVB-S接收设备。

卫星转发系统相关
在实际接收卫星电视广播信号之前,还有一些卫星转发系统的知识需要我们了解。
  卫星电视广播使用地球同步通信卫星来转发电视信号,每颗同步通信卫星都处在赤道上空离地面高度为35786公里的圆形轨道上绕地球运行。由于其角速度和地球自转的角速度相同,且绕行方向一致,故与地球是相对静止的,这样分布的目的是为了使每颗卫星都能覆盖自己指定的服务区。各国发射的同步通信卫星由于位于赤道上空,所以其纬度都是0°,经度则以该卫星与地心之间连线同赤道交点(即星下点)的经度表示,通常东经简写为E,西经简写为W。
  电视广播卫星一般由星体、转发器及其接收与发射天线、太阳能电源系统、姿态控制与轨道控制系统、遥测与遥控系统等部分组成。其中星体是整个卫星的骨架;转发器及其天线是电视广播卫星的核心;其它部分则提供一些必要的辅助功能,以保证转发器可靠工作。卫星转发器作为空间中继站,具有很强的转发电视广播信号的能力。它其实就是一部高灵敏度、宽频带和大(中)功率的收发信机,以最低附加噪声和失真来实现电视广播信号的放大、变频及转发,它在将地球站发射上来的电视广播信号用星上天线接收之后,经过一些必要的简单处理,再经星上天线转发给地面上指定的覆盖接收区域。转发器性能的好坏是决定卫星电视广播质量的关键。
  电视广播卫星使用无线电波来传送电视信号,这些电波信号的参数主要有下行频率、EIRP、极化方式、符码率和前向纠错FEC等。
  国际电信联盟(ITU)和世界无线电行政大会对电视广播卫星的下行频率有着明确的规定,主要应用在L、C、Ku、Ka波段。其中,L波段(1GHz 左右)主要用于军事通信、移动通信和电视广播节目传输业务;C波段(3GHz~6GHz)应用历史最长、技术最成熟,因而应用最广泛,它主要用于地面微波通信和卫星通信,电视信号同样作为通信信号的一种来传输;Ku波段(11~14GHz)的应用也十分广泛,这一频段主要用于通信和电视广播传输业务,由于该频段远离地面无线电中继频段,因而卫星电视地球站与地面微波中继站之间同频段信号的干扰问题比较少发生,同时因为该频段波长短,天线增益高,因此降低了接收系统的成本,非常适用于电视广播节目的传输业务;而Ka波段(20~30GHz)虽然电波传输损耗大,特别受雨及大气中的水汽凝结物的影响严重,但由于可用频带宽,仍然受到许多国家重视,投入了很多资金开发。目前的卫星数字电视广播主要使用C波段和Ku波段,其中C波段上行频率是6GHz,下行频率是4GHz,带宽500MHz;而Ku波段上行频率为14GHz,下行频率为12GHz,带宽已由800MHz得到进一步扩展。两个波段各有其自身的特点:C波段受雨衰的影响小,通信质量稳定;而Ku波段天线增益高,受雨衰的影响则相对于C波段来说要大一些。
  结合上面所说的频段划分区间,我们可以很轻松地从一个信号的下行频率分辨出该信号属于C波段还是Ku波段,如果是C波段信号接收起来就要使用大天线接收,天线尺寸通常在1.5米以上,而如果是Ku波段信号则可以使用小天线接收,天线尺寸通常在0.45米以上。当然,选择接收天线的口径,我们还需要结合卫星场强来具体的确定。通常我们可以从卫星场强图上查到自己所在地区的卫星信号EIRP值。EIRP值指有效全向辐射功率,它代表了卫星发射系统的发射能力,数值等于卫星上天线的发射功率与天线增益的乘积,也就是说EIRP值即可表明卫星信号的强弱。EIRP值越大,我们可以选择接收天线的尺寸就越小,同理,EIRP值越小,我们需要选用的接收天线尺寸就越大。而极化方式则是为了避免收发卫星信号时产生相互干扰,所以除了将卫星信号使用上行频率与下行频率来区分开来以外,还对收、发电磁波的极化方式采用互相垂直的措施进行区分,比如发射采用水平极化(H),那么接收就采用垂直极化(V)。至于符码率,它其实描述了电视信号在模拟载波调制过程中载波每秒变化的数值。简单地说,就是符码率越大,一个载波信号内携带的频道数也就越多。卫星数字信号与卫星模拟信号相比,有着更强的抗干扰能力,这都得益于前向纠错FEC的存在。设置有FEC纠错码的数字信号,能够有效的降低信号误码率,提高信号传输的可靠性。使用早期的数字接收机接收卫星数字电视信号时,还要手工来输入FEC参数,现在已经不需要了。但是对于数字电视信号本身,FEC仍然是其解码过程中不可缺少的参数。只有在知道了这些卫星电波信号的参数之后,我们才可以开始进行对其的接收工作。


 
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