卫星数字广播接受常识

「 卫星常识 」
1.卫星电视的诞生与发展
2.卫星直播（DTH）技术与发展
3.卫星轨道基本原理
4.直播卫星业务（DBS）
5.我国卫星电视直播的现状及需求
6.我国卫星电视广播的进展
7.卫星天线口径选择参考表
8.卫星天线安装公式
9.ku全波段高频头
10.峭壁效应 Eb/No 门限值
11.PID在数字卫星电视接收机中的应用
12.DiSEqC 标准介绍
13.广播卫星
14.卫星电视 
 

卫星电视的诞生与发展
 
　　早在1687年，牛顿建立了惯性运动理论，为宇宙飞行器在大气层以外空间进行惯性运动指明了方向。1900年，德国有冈斯宾特提出了用火箭作为飞行器的运载工具。与此同时，俄国的齐奥尔科夫斯基全面阐述了宇宙飞行理论，并证明了宇宙飞行器可以象月球一样永远绕着地球运行。1945年英国的克拉克在《无线电世界》杂志上提出，向赤道上空35786.62KM的静止轨道发射相互间隔120°的宇宙站可实现全球电视中继或广播。

 　　随着科学技术的发展，克拉克的科学幻想变成了现实。1957年10月4日原苏联了射了世界上第一颗人造地球卫星，开创了人类的宇航时代。接着美国、法国、日本、中国和英国相继利用自制的多级火箭发射了第一颗本国的人造卫星。

    　1970年4月，我国成功地发射了“东方红一号”卫星，标志着中国的科学技术达到了一个新水平。人造卫星的诞生奠定了卫星电视的重要基础之一。1962年7月美国发射电星一号卫星，进行了电视、电话、电报、传真通信试验。1962年12月美国又发射了中继卫星。1963年11月23日利用这颗卫星在美国和日本之间进行电视转播试验，在开始前2小时，发生肯尼迪遇刺事件，卫星电视及时转播了这条新闻，人们第一次看到了卫星传播电视新闻的优越性。1963年美国把辛康-2号卫星送入静止轨道，又称同步轨道。

    　1964年8月美国又向太平洋上空的静止轨道发射辛康-3号卫星，及时向全世界大部分地区转播了在东京举行的奥林匹克运动会的电视实况，人们认识到卫星电视的实用价值。1965年成立了国际通信卫星组织（INTELSAT），从此就由该组织发射管理国际通信卫星。1965年4月6日发射国际通信卫星1号，使卫星电视正式进入实用阶段。目前，国际通信卫星组织拥有100多个成员国，经营商用全球性卫星通信系统，包括电话、电视、传真、电报、电传、新闻广播、会议电视、陆上监视、船舶与飞机航行数据等业务。

    　1976年中国加入国际通信卫星组织。为了发展我国的卫星广播事业，1982年开始通过国际通信卫星和德法两国的“交响乐”卫星，进行电视传输试验。1985年8月又租用印度洋上空的57°E国际通信卫星5号，传送中央电视台第一套综合节目。1986年又移到东经66°E的国际通信卫星5号上传输，向国内传送三套电视节目，这使中国C频段卫星电视接收迅速发展。与此同时，中国自己研制的通信广播卫星于1984年4月第一次发射成功，定点在125°E，开创了利用中国通信卫星传送电话、广播、电视试验的卫星通信广播事业。1986年2月又发射了通信广播卫星，定点在103°E的静止卫星轨道上，进行通信广播试验。1988年3月成功发射了中星一号实用通信卫星，定点在87.5°E，可同时传送四套电视节目。

    　卫星电视与广播技术有其世界性，使国际间出现了许多新问题。例如：卫星轨道位置的分配问题；频率及波束的分配问题；电视制式不统一及制式转换问题；还有一些社会、政治、经济问题也随之出现。有的国家领土相邻但政治制度不同，他们都不希望邻国的卫星广播节目在自己国土上被接收，因此他们不允许这种卫星电波的“溢出”；有的国家目前没有条件发展卫星电视广播，他们要求保留卫星轨道上的位置；有的国家电视节目的版权受到法律保护，而收看电视是要付费的，他们提出要保证电视节目不被“截获”。种种问题都要求在世界范围内进行协调和处理。因此，1972年联合国政治委员会通过一项“关于广播卫星使用指导原则宣言”。

    　1977年在日内瓦召开了国际无线电行政会议，确定12GHz为广播卫星的频段，并且对12GHZ频段按划分的区域进行分配。为了避免“溢出”，会议对各个国家广播卫星使用的频率、波束数、卫星等效全向功率、地面通量密度以及天线的极化都作了严格的规定。同时，要求所有系统和国家遵守一个共同的约定和统一的技术规范。

    　目前，中国通信和广播电视业务主要使用的卫星有：国际701、泛美二号、亚太1号、亚太1A、中星六号、鑫诺一号、亚洲3S、亚洲二号、中卫一号、亚太2R、泛美四号、国际704、泛美三号等。

 

    　实际上，利用卫星传输数字电视有两种方式，一种方式是将数字电视信号传送到有线电视前端，再由有线电视台转换成模拟电视传送到用户家中，我国目前的压缩上星传输采用的就是这种方式；另一种方式是将数字电视信号直接传送到用户家中，既DTH方式。这两种方式的主要区别是第一种方式转发器功率较小，需要较大的接收天线；而DTH方式转发器功率较大，可用较小的天线接收（一般在１米以下），普通家庭可以使用。除接收天线不同之外，两种方式最本质的区别在于，DTH方式可以提供直接到户的用户授权和加密管理，可开展数字电视、高清晰度电视等多种类型的先进电视服务，亦不受中间环节的限制。此外，DTH方式还可开展许多电视业务之外的数字信息服务，如高速Internet下载等，在电视与电脑、电信日益融合一体的今天，这一点尤为重要，美国在DirecTV平台上就成功地开展了DirecPC数据服务。

   　 DTH目前国际上存在两大标准：欧洲标准――DVB-S和美国标准―― DigiCipher。
　
 
 

    　点卫星在点中心体场中的轨线称为开普勒轨道。点中心体位于一焦点。开普勒轨道是圆锥曲线，当极坐标原点在实焦点时的方程为：

 　　其中p为半参量，而e为偏心率。

  　  应用坐标原点置于中心体上的绝对笛卡儿坐标系，由牛顿第二定律，可得到三个偶合的微分方程：

    　这组方程表明积分该方程组将有6个积分常数。它们就是轨道要素，用于说明关于此中心体的卫星的轨道、位置和姿态以及卫星通过特征点的公转时间。

    　本质上，选哪6个常数作为基本参数是无关紧要的，因为其它的轨道要素可以很容易用这些基本量来表示。

  　  最常用的是经典轨道常数，即开普勒轨道常数，用来描述在空间中的卫星的轨道。可以用这些常数递推出卫星在过去或将来的位置。

　　a 半长轴，确定轨道的大小
　　e 偏心率，定义轨道的形状
　　i 倾角，赤道平面与卫星轨道平面间的夹角
　　Ω 升交点赤经，从春分点到卫星轨道由南往北穿过赤道的那一点的角度
　　ω 近地点幅角，在轨道平面内升交点到近地点的角度
　　υo 在历元时刻的真近点角，在指定时间（历元）由近地点到卫星所在点的角度。
   　 前5个是几何要素，在理想状况下是不变的，除非受到干扰或卫星自身进行机动；第6个是时间要素，它总是在不停的变化着。
　
 
 
 
　
 

   　 由于DBS前景广阔，70年代WARC（世界无线电行政大会）规定了直播卫星的工作频段，80年代中，以模拟技术为基础的DBS广泛兴起，欧洲、日本率先建立了Ku频段直播卫星系统。由SES（欧洲卫星公司）经营的Astra卫星是一个成功的DBS系统，拥有上亿欧洲用户，它采用中功率多频道广覆盖的方式，地面使用D=（0.6～1.0）m天线即可满意接收；日本也是DBS最普及的国家之一，拥有用户几百万。

    　模拟体制的直播卫星每个转发器只能传送一路或两路图像信息，限制了卫星直播节目的容量。90年代，数字压缩技术的开发和应用，给DBS注入了新的活力。人们可将电视图像数字化（信源编码）并将其上百Mbit／s的图像带宽压缩至几Mbit／s（信道编码），这样，每个卫星转发器可传送几路乃至十几路图像信息，从而实现了更有效的图像数据传输、存储和交互，使DBS进入了数字化时代。

   　 1994年6月，世界上第一个数字DBS系统—北美Direc TV／USSB投入商业运营。该系统采用三颗休斯HS601三轴稳定型卫星，每星有16个120W Ku频段转发器，用MPEG-1数字压缩技术使每个转发器传送4～8个电视频道，系统容量为175个数字频道，用户天线D=0.46m，系统效果良好。我国于1995年12月用CZ-2E成功发射美Echostar-1直播卫星，属马丁公司制造的GE-7000型三轴稳定卫星，有16个130W Ku频段转发器，采用更为先进的MPEG-2数字压缩技术，卫星可传送96个压缩频道，由两颗卫星组成的Echostar数字直播卫星系统1996年下半年投入运行。另外，美国于1996年10月发射的世界最大的数字直播卫星——TEMPO，有32个转发器，末级功率107W，若并联使用则有16个转发器，每个信道214W，EIRP=（48～50.5）dBw，卫星可靠性R≥99.99％.将能传送200个数字电视频道,地面接收天线D=0.45m。

    　数字化作为DBS的发展方向已引起各国的关注，数字DBS正在世界范围内蓬勃应用，符合MPEG-2、DVB标准的数字电视压缩卫星编码设备及大规模数字处理芯片处在不断发展之中。高频段（Ka及以上）、多媒体也将应用于数字DBS中。
　
 
 

    　电视已成为现代社会最有影响力的传播媒介，卫星电视直播到家庭将成为21世纪的世界潮流。我国的电视人口覆盖率已达到81%，收看电视的观众不少于7亿。卫星电视对解决我国中小学师资培训、成人继续教育和边远农村地区人民收看电视难的问题发挥了举足轻重的作用。目前，我国已有12套中央及地方台的卫星电视广播。此外，1995年11月中央电视台又租用1个Ku波段转发器，开播4套数字视频压缩形式的付费电视节目。这些卫视主要是依靠600多家省市电视台、700多家有线电视网转播或通过数以万计的单收站经由闭路电视系统“集体”接收进入千家万户，真正直接到家的个体接收微乎其微。许多边远山区只能收看1--3个频道的电视节目，而且收看质量差，难以满足人民群众对信息和文化娱乐日益增长的需求。解决这一难题的最佳途径就是发展Ku频段数字视频压缩电视直播卫星，以便将100多套中央、省市和其他各种教育电视节目直接送到上亿家庭中。
 
　　 2、市场需求及产业化前景

   　 卫星直播的最大优势是只需用有限的1--2颗卫星，就可向无限数量的家庭用户直播上百套电视节目。我国地域辽阔，海岛、山区和少数民族区域多；人口众多但分布不均；有线电视网不发达。因此，我国是最适合发展卫星电视直播的国家，也是世界上少数几个拥有如此巨大市场的国家之一。到2000--2010年，我国至少将有13--14亿人口，3--4亿个家庭。如果有1/4小康家庭（约1亿家庭）安装卫星电视接收机，每台卫星电视接收机的价格相当于当时有线电视的收费标准（假设每频道收费1元），那么，2000--2010年的10年内，卫星电视接收机工业的产值将有3000--5000亿元；月租金若按每家100元计算年均1200亿元。即使不考虑卫星电视直播的发展对彩电工业、计算机工业、广告业、影视业、商业、信息业和其他与卫星电视相关的第三产业的发展所带来的间接效益（估计不少于2000亿元），仅卫星电视直播事业的发展也会为我国开辟一个不亚于彩电、录像机和电冰箱工业规模的新兴产业，每年至少可为国民经济新增1500亿元的产值，增加就业人数几十万人。可以预言，到21世纪初，达到小康水平的中国普通工薪家庭和富裕起来的农民家庭，也许不能家家买得起小轿车，但至少1/4家庭有能力安装卫视接收机。这一潜在的巨大市场令许多西方工业国家垂涎欲滴。如果中国自己不主动占领，不去预先开发，而是像目前的VSAT、GPS接收机市场那样让西方国家独占，将会带来巨大损失。更重要的是，卫星电视与意识形态和精神文明建设关系密切，如果我们自己不制作丰富多彩、健康文明的电视节目去占领这一阵地，那么，西方和周边国家，以及港澳台地区的卫星电视或普通电视将会以多种形式向我国大陆渗透。

    　在我国，2000年以前，卫星电视广播仍以C频段二次转播的集体接收形式为主，但在21世纪初，应逐步过渡到以个体接收的卫星电视直播和集体接收的卫星转播并存，并以个体接收为主。如果我国不发展数字压缩形式的电视直播卫星，据有关专家预测，我国在2000年以前至少需要44--48个Ｃ频段转发器转播中央及省市电视台的40多套电视节目。目前已有数十家电视台申请卫星电视广播，但由于未采用视频压缩技术，加上转发器资源有限，只能初步安排26套卫星电视，远远满足不了市场需求。

   　 到2010年，据预测，如果仍采用一传一的C频段卫星转发器转播电视节目，我国至少需用84--90个转发器；如果采用Ku频段视频压缩技术直播电视节目，市场需求至少需要300--400套，按每台转发器直播4--8套影视节目测算，只需50台Ku频段转发器。

　　一、卫星电视广播系统及电视广播的频道划分

    　卫星电视广播系统的工作原理是：电视节目由电视台通过卫星地面发射站，用定向天线向 太空中的卫星发射电视信号(上行频率为ｆ1），卫星转发器接收来自地面的电视信号，经过放大、变换等一系列处理，再用下行频率f2向地面服务区转发电视信号。这样，服务区内众多的地面卫星接收站便可接收到电视台发出的电视节目。通常一颗卫星上装有24个以上转发器，每个转发器可以转发一套模拟电视节目或4～8套经数字视频压缩的电视节目。

   　 目前世界各国卫星电视广播普遍采用C频段(3.7～4.2ＧＨｚ)和Ku频段(11.7～12.75ＧＨｚ)。由于C频段是和地面通信业务共用的，所以为了避免卫星电视信号对地面通信业务的干扰，卫星发射到地面的功率通量密度受到限制(一般EIRP＝３６ｄＢＷ左右)。为保证接收图像质量，通常采用口径为1.8～3.0ｍ的接收天线。Ku频段的特点是频率高、频率范围宽、信道容量大，是卫星电视广播的优选频段。卫星发射Ku频段到地面，其功率通量密度不受限制(一般 EIRP>50dBW)。加上信号波长短，同样口径天线的增益要比C频段高，因而采用较小口径的天 线(0.5～1.2ｍ)就能获得满意的图像。这是世界各国卫星电视广播的发展方向。

   　 为了充分利用频段内的无线电频率，防止相互干扰，又将每个频段内分成若干频道。如果不采用数字视频压缩技术，由于每两个相邻频道之间的频率间隔均为19.18MHz，而卫星下行的电视信号带宽一般都大于20MHz，这样相邻频道间的信号频带就相互重叠，形成相互干扰。因此，邻国或相邻地区之间，常采用不同频道和不同极化方式进行卫星电视广播。通常是将相邻两 个频道号的单、双号分别按水平极化和垂直极化(或左旋圆极化和右旋圆极化)方式工作，以削弱相邻频道之间的相互干扰。 　

　　二、我国卫星电视广播现状

   　 截止1997年8月，我国还没有直接向家庭直播的电视节目，大部分节目是通过有线电视台进入家庭的。目前我国国内卫星电视广播节目主要集中在亚太1A和亚洲2号两颗卫星上，云南、贵州两省的电视广播节目仍暂在亚洲1号卫星上传送。表1、2、3分别列出有关卫星电视广播节目的转发器频率技术特性参数。其中，在传送中央电视台（CCTV）第1套节目的信道内，同时用NICAM-728方式传送中央人民广播电台的第1、2套节目；在传送CCTV第2套节目的信道内同时用NICAM-728方式传送中央人民广播电台的第3套立体声节目。中央电视台租用泛美卫星公司泛美卫星2、3、4卫星的4个27MHz带宽转发器采用数字压缩方式向全球传送CCTV第3、4套2套节目(今后将扩展到4至6套)。

   　 从1997年元月1日起，又有13家省级电视台的电视节目以数字压缩方式通过亚洲2号卫星转发器转发。

    　1997年5月,中国发射成功了东方红三号通信卫星，并已定点在东经125度的同步轨道上，开始试验传送节目。东方红三号上行频率为5.925～6.425GHz，下行频率为3.7～4.2GHz，共有24个转发器，EIRP≥37dBW,正交线极化，极化隔离度≥30ｄＢ。 　

　　三、卫星数字电视广播在我国的发展

    　通常，卫星上一个转发器只能传送一套模拟电视节目，而租用一个卫星转发器的年租金约 为150～200万美元。如果采用数字频带压缩技术，则一个转发器便可同时传送多套电视节目(例如4套)，无疑将大大节省每套节目所需的费用，而且由于电视信号的数字化，还将大大提高电视图像的质量。此外，对数字电视加扰加密也比较简单易行，从而可以实现收费电视业务。

    　我国PAL制彩色电视是采用625行／50场，其视频带宽为6MHz。根据CCIR第601号建议书，625行/50场和525行/60场都采用一样的取样频率，即亮度信号(Ｙ)取样频率为13.5MHz， 每个色差信号(R-Y和B-Y)的取样频率各为6.75MHz，Y和R-Y、B-Y信号每个取样被8b量化。这样，电视信号在数字化后的亮度信号的码率为13.5×8＝108Ｍｂ／ｓ，色度信号的 码率为6.75×8×2＝108Ｍｂ／ｓ。全数字编码电视信号的总码率为216Mb/s。这就意味 着要传输PAL制彩色数字电视所需的传输带宽在100MHz以上，比模拟信号占用的带宽(6MHz)大大增加。因此，采用数字电视必须进行频带压缩，方能在合理的成本下实现电视信号的传输。目前世界上的数字视频压缩技术已经可以做到把216Mb/s速率压缩到6Mb/s左右，而去压缩以后的质量仍可达到广播级的质量标准。

    　电视广播中心制作好的中央电视台第3、5、6、7频道的4路PAL制电视节目和一个辅助数字通道分别送到码率压缩编码器，再送入四相移调制器(QPSK)，输出70MHz中频(IF)信号，光缆、微波传送到中国电视广播地球上行站，经上变频、高功放(HPA)，由天线发往卫星。我国于1996年8月1日利用亚洲2号卫星Ku频段正式开始了经数字视频压缩的节目传送任务。在接收站只要以相反过程进行接收、解调、解码、D/A变换等视频处理，就可以在电视机上显示出原有的电视图像了。 　

　　四、卫星电视广播的地面接收

   　 由于卫星转发器的体积和重量都受到严格限制，转发器的发射功率一般在几十瓦到160多瓦。经过3.6万km传输到达地面，信号能量受到很大衰减，同时混入了各种噪声。为了接收如此微弱的信号，卫星地面接收站必须采用方向性极强的天线来收集信号能量，并通过低噪声微波放大器的放大、变换，然后输入卫星电视接收机，观众才可以收看(听)到电视图像和声音。表5给出了全国主要城市接收亚太1A、亚洲1、2号和东方红三号卫星节目时的天线指向角。

    　最近几年，卫星电视直播产业在美国、欧洲和亚太地区已得到迅速发展，这类向家庭直播的卫视 接收天线口径一般在0.45m左右。我国的卫星电视广播主要面向城市地区，为提高收视质量，增 加卫视接收频道，主要通过以城市为单位的有线电视网接收卫星电视，然后再用电缆或微波送入 每个家庭，这种卫视接收天线口径C频段需要3～3ｍ，Ku频段需要2.4～4.2ｍ；而宾馆饭店和有线电视覆盖不到的地区，也可采用2.4～4.2ｍ(C频段)或1.5～2.4ｍ（Ｋｕ频段)天线集 体接收入户。
　
 
 

　鑫诺一号中国地区覆盖示意图