卫星通信技术

1、卫星通信技术 2006年12月陈新华1卫星通信技术一、卫星 1945年，英国的科幻小学作家阿瑟C克拉克在世界上首次提出了使用卫星进行远距离无线电能信和无线电广播的设想，这位作家在无线电杂志上发表了一篇文章，提出用火箭发射一颗人造卫星，绕地球转动，然后，地面上发送信号给卫星，通过卫星再传回地面。 1957年10月4日，原联苏成功发射了人类历史上第一颗人造地球卫星。 2卫星通信技术1.1卫星分类 根据运行轨道的高度不同，可将人造地球卫星分为三种类型： （1）低高度卫星（小于5000km） （2）中高度卫星（5000km） （3）高高度卫星（大于20000km）3卫星通信技术 根据力学理论，人造地球

2、卫星围绕地球的旋转运动可以仿效地球和行星围绕太阳的旋转运动以及月亮围绕地球的旋转运动。 科学家们通过周密、细致地分析和计算，发现有一个轨道很特殊，那就是运行在赤道上空，高度为35786km的轨道上的卫星，绕地球运行的角建度与地球自转角速度相同，相对于地球表面是静止不同的，这种卫星称为静止卫星，称同步卫星。 只有同步卫星才能传播广播电视节目信号。1.2同步卫星4卫星通信技术1.3同步卫星位置标注 由于同步卫星运行在赤道上空，所以纬度为0，因此要表明一颗同步卫星的位置，只需使用经度就可以了 110.5E表明卫星位于东径110.5的赤道上空 5卫星通信技术1.4卫星通信的特点覆盖区大,通信距离远,三

3、颗同步卫星可覆盖全球频带宽,容量大机动性好,不受地理条件限制通信可靠性高,质量好,稳定费用与距离无关有多址能力,组网灵活可实现区域及全球个人移动通信6卫星通信技术1.5卫星通信发展趋势同步通信卫星向大容量,多波束,智能化发展低轨卫星群与蜂窝技术相结合,实现全球个人通信小型卫星通信地面站(VSAT)广泛应用电视直播(DVB)和数字声广播(DAB)步入家庭和个人用户多媒体通信和因特网接入微小卫星和纳卫星7卫星通信技术二、电磁波 电磁波的理论是在十九世纪内建立起来的。交变电磁场在空间的传播就形成了电磁波。特点：不依赖于媒质，电场与磁场交变相互激发，习惯上把电流产生的电磁波称为无线电波。按波长划分，称

4、为波段,可分为长波、中波、短波、甚高频、超高频。按频率划分，称为频段,可分为低频、中频、高频、甚高频、超高频等。8卫星通信技术2.1电磁波频谱超长波长波中波短波米波分米波厘米波毫米波亚毫米波红外线可见光紫外线X射线f (HZ)（m）9卫星通信技术2.2卫星广播的频率划分L波段：0.620.79GHZ（用于地面电视广播）C波段：3.44.2GHZ、4.5 4.8GHZ、7.257.75GHZKu波段：10.712.75GHZ(卫星电视广播业务)Ka波段 20/30GHz 今后商用10卫星通信技术地波传播；电离层无线电波传播；视距传播；散射传播。 2.3无线电波的传播路径。11卫星通信技术2.4极

5、化 极化反映电场矢量的矢端随时间变化的规律。分为线极化和圆计划。 线极化分为水平极化和垂直极化： 水平极化：工程上通常以地面为参与面，平行于地面的线极化称为水平极化； 垂直极化：垂直于地面的线极化称为垂直极化。 12卫星通信技术三、卫星通信传送机理电视台上行地球站13卫星通信技术3.1 频率上行与上行频率：C： 6GHZ KU: 14GHZ下行与下行频率：C：3700-4200MHZ KU：10.7-12.75GHZ远程教育采用鑫诺卫星Ku波段转发器下行频率为：12620MHZ；符号率32553；低本振频率：11300MHz供电方式：垂直14卫星通信技术四、接收天线技术4.1天线： 抛物面天线

6、是把来自空中的卫星信号能量反射聚成一点。是把电磁场能变为高频电能或反之的装置。常用卫星电视接收的天线有： 前馈型和后馈型几种。前馈方式又分为正馈和偏馈，一般偏馈天线的效率稍高于正馈天线。目前多采用垂直或水平极化的馈源，对于偏馈多使用一体化馈源高频头，安装调试时方便一些，但各有利弊。 15卫星通信技术前馈 后馈 偏馈16卫星通信技术4.2方位角与仰角方位角: 水平移动仰 角：上下移动17卫星通信技术4.3天线参数示意图18卫星通信技术方位角正馈天线仰角偏馈天线仰角C=E-偏馈角 极化角其中：=地面站所在地经度-卫星定点经度 =地面站所在地纬度 r=6378km（地球半径） R=42218km(卫

7、星轨道半径) r/R=0.154.4天线参数计算公式19卫星通信技术第一天线安装地点的选择:4.4天线安装注意事项1、天线的方向应为正南方向。一般采用指南针测出地磁南极。 2、天线安装时对外部环境的要求：A.在天线指向卫星的方向上没有树木、房屋、铁塔、高压线及高山等遮挡。B.天线主波束方向上应有足够的视界，天线正前方应有尽可能宽的视角。20卫星通信技术C.一般认为，天线指向周围遮挡物的连线与天线指向卫星的连线之间的平角应大于5度。 D.在多雷雨地区，卫星天线的架设位置应避开雷击多发地点，同时要采取多种避雷措施。防雷系统接地电阻一般要求不大于4，可用铜线把天线与基础中地脚螺栓或钢筋网相连。E.要

8、求尽量避离工厂、公路旁等嘈杂区，注意不能安装在微波干扰严重的地区，如微波站、差转台、雷达站、变电站等。最简单的办法是变换天线的安装位置，利用高大建筑物挡住干扰。21卫星通信技术F.视现场环境，天线附近设置金属网，对消除干扰也有一定的效果。G.对装在山顶、高楼顶的天线基础设施（处在风口区）要满足10级大风能工作，12级大风不毁坏；卫星天线的架设位置应避开风口，以减小天线的风载。22卫星通信技术H.天线在楼顶平台安装时基座要离开墙裙1.5米到2米天线的方位通常有一定的调整范围，应保证在接收方向的左右有足够的调整余地。5x5米范围内无墙壁，天线安装场地周围3x3米范围内应平整。树木，机器等障碍物，以

9、便于天线及卫星室外设备的安装。I.应安装在人和动物少或很难接触的地方，或有一定的保护设施，以防人为或意外破损。3.天线的安装位置应使到接收机插口的射频电缆线尽量短，一般在40m以内，原则上信号馈线长度不能超过80m。23卫星通信技术第二用户需按照基座图纸和以下要求进行天线基座施工：1、用混凝土制作一个卫星天线基础水泥平台，必须大于0.8m X 0.8m X 0.3 m（长X宽X高），天线地基的高度可根据具体情况而定，应能保证天线在接收信号的方向上没有遮挡物。2、准备两袋425号以上标号的水泥，四袋沙子，四袋碎石，以便天线用膨胀螺栓安装在基础平台上后用混凝土压实，保证基础持久牢固，泥瓦工进行基础

10、施工24卫星通信技术3、卫星天线的安装面一定要为水平，基座应坚固，用力摇晃天线基座，地基不应出现晃动或开裂并避开地线管线。 4、分为：地面安装和房顶安装。天线安装在地面时需要做混凝土基座。基座地基要夯实，避免不均匀沉降。天线安装在楼顶平台时，要考虑楼顶平台的承重能力。基座中心应置于承重墙或柱上。25卫星通信技术5、通常情况下，天线安装、固定于专门的基础上，但Ku波段小天线可装于屋顶、庭院，只要在坚固的水泥地上用膨胀螺栓固定就可以。如果没有水泥地则需做一块尺寸不小于0.8m X 0.8m X 0.2m带钢筋的水泥板。也可采用焊接钢架并用重物压紧等方法6、在浇筑基座时应使基座与天线一起可靠接地，接

11、地电阻应小于4欧姆，在雷雨季节到来之前必须仔细检查避雷接地系统是否良好。 26卫星通信技术1.高频头与天线馈源支架要绝缘，并牢靠。2.高频头的极化方向是垂直极化方式。3.馈线要选择优质的75欧姆带屏蔽的同轴电缆，馈线不要自然悬挂，要采用线卡、扎丝或穿线管固定良好。4.选择镀层良好、螺纹配合良好的F头。 F头与馈线的连接制作要规范，内外导体接触良好、牢固。F头与高频头连接后，采用密封胶把接口密封。高频头、馈线安装要点27卫星通信技术 中国教育电视台已由模拟向数字全面转化，现已由亚太1A卫星波段转至鑫诺一号Ku波段，搜索和安装天线都已大大不同。由于采用数字压缩信号，在寻找卫星时非常困难。现在结合同

12、洲牌数字接收机和Ku天线简单说明定位卫星的方法。 由于鑫诺卫星上没有模拟节目，用通常简单的模拟信号确定卫星的方法已不能使用，但可使用卫星寻星仪和场强仪。没有有效仪器时可用以下两种方法：（1）用带“盲扫”功能的接收机；（2）普通接收机AV连接到电视机。4.7鑫诺一号教育台卫星信号搜索过程28卫星通信技术连接好卫星接收机、电视机输入所接收频道参数（频率:12620、符号率:32553、极化方式:垂直）微调天线至同洲3188C数字卫星接收机信号强度显示值大于70%以上每微调一次等待2-3秒自动搜索卫星、设置转发器、增加/编辑节目4.8安装步骤没有专用设备时29卫星通信技术五、馈源 在抛物面天线的焦点

13、处设置一个收集卫星信号的喇叭，称为馈源，又称波纹喇叭。主要功能有两个：一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。二是对接收的电磁波进行极化。30卫星通信技术六、高频头（LNB亦称降频器） 装在抛物面天线焦点上，接收信号，并进行放大、降频的一种有源器件 由接收机端通过电缆加送18V或13V直源电源作为工作电压 本振频率：C：5150MHZ KU：11300MHZ、11250MHZ等 保证输出频率950-1450MHZ（第一中频） 31卫星通信技术 LNB的工作流程就是先将卫星高频信号放大至数十万倍后再利用本地振荡电路将高频讯号转换至中频950MHz-2050MHz，以利于同

14、轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。在高频头部位上都会有频率范围标识。质量低劣的高频头本振频率会产生漂移的现象。高频头的噪声度数越低越好。 Ku、C波段的高频头的区别是工作频段不一样： Ku高频头工作在10.212.75GHz， C高频头工作在3.44.2GHz。 从外观上来看，C高频头体积较大，Ku波段高频头体积较小。32卫星通信技术七、功分器 功分器接收机将第一中频同时分配给2-8路接收机使用并相互隔离的器件 33卫星通信技术八、同轴电缆 卫星天线与接收机/数据接收卡的联线采用同轴电缆，连线距离尽可能短天线与接收机的距离不要超过30米，以减少因传输线过长而造成的信号损耗。传输线的选择应考

15、虑采用性能较好的同轴电缆，建议采用：755或 757、屏蔽网为75织的物理发泡电缆。 34卫星通信技术九、接收机是将高频头输送来的卫星信号进行解调，解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。评判卫星电视接收机好坏的标准为：门限值越低越好、解码速度越快越好、容错度越高越好。35卫星通信技术十、数据接收卡 是将高频头输送来的卫星信号进行解调，用于接收卫星广播IP数据，比如课件、流媒体、网页等；同时可以解调出卫星电视图像或数字信号和伴音信号。36卫星通信技术十一、调整技术1、位置选择 天线正面无遮挡； 尽量选择背风的地方。2、调试 正确安装馈源及高频头，防止偏焦； 调整好极化方式； 正确连接高频头、接

16、收机、电视机； 输入正确的参数，并停留在信号指示状态。37卫星通信技术第一步：粗调： 找到正南，估计角度偏差，缓慢移动天线的方位私仰角，直到接收机的信号强度开始显示，记住位置。第二步：微调： 小范围地移动方位和仰角，使信号指示在到最大； 小范围旋转高频头，使信号指示达到最强。 38卫星通信技术十二、常见故障及原因 1、无图像无伴音故障(1)系统供电电源，高频头供电电源不正常；(2)馈线电缆接触不良(3)高频头损坏(4)天线方位角、仰角偏移。 39卫星通信技术2、信号质量下降(1)高频头性能下降，增益降低；(2)天线变形偏焦；(3)馈线接头连接不好，进水；(4)天线未对准卫星。40卫星通信技术十

17、三、总体技术方案及IP广播节目的接收系统结构：主前端播出平台辅前端播出平台中心资源库中心网站省级资源库省级网站互联网有线电视网终端接收站点Tel ADSL41卫星通信技术13.1前端播出平台: 主前端播出平台依托中国教育卫星宽带传输网,在中国教育现有技术设备基础上,进行改造,开通农村党员干部现代远程教育卫星数字专用频道,通过鑫诺号卫星播出.42卫星通信技术13.2终端接收站点: 终端接收站点接收、存储并播放中国教育卫星宽带传输网传送的IP数据节目、电视节目和语音节目，通过互联网进入辅助教学网络43卫星通信技术13.3基本型接收站点系统组成44卫星通信技术45卫星通信技术13.4扩展型接收站点系

18、统组成46卫星通信技术13.5 IP数据广播节目及接收IP数据的类型:(1)IP信息(2) IP课件(3)流媒体47卫星通信技术十四、防雷系统 1、电源电涌保护器 用于用电设备的交流输入侧的防雷设备，能防止雷击或工业噪声等因素产生的感应过电压、过电流现象和其它瞬间浪涌电压对系统或设备造成永久性损坏或瞬间中断等危害。 48卫星通信技术2、天馈避雷器 天馈线SPD使用于通信、雷达、差转站等具有收发系统的电子设备，能防止各类系统接收、发射等设备因雷击或工业噪声等产生的感应过电压、过电流现象和其它瞬间浪涌电压对系统或设备造成的永久性损坏或瞬间中断等危害。49卫星通信技术3、避雷针 雷电在发生闪击后 ，

19、DK-限流避雷针在阻抗变换器的作用下，能有效地将可能发生的几十千安到上百千安的雷电流变成数千安入地。避免了传统避雷针接闪后的强电流入地时产生的二次效应；减弱了大电流入地出现的反击和强电磁干扰产生的感应过电压。 50卫星通信技术4、防雷系统接线示意图51卫星通信技术十五、卫星数据接收卡故障排除(1)如果接收卡没有收到信号，接收卡后面的绿灯和红灯不会亮；(2)如果信号正常，绿灯会亮，红灯不断闪烁；(3)如果没有信号，一般从接收卡后面的接头开始查找问题：(4)接头是否接触良好；1、检查信号是否正常 52卫星通信技术(5)功分器输出口是否接触良好，可以考虑更换一个输出口试试；(6)功分器输入口是否接触良好；(7)高频头输出口是否接触良好；(8)高频头是否损坏，卫星接收系统里的设备，高频头是容易出现损坏故障；(9)高频头是否移位；(10)天线是否移位或发生严重变形；53卫星通信技术2、 “远教IP数据接收系统软件”接收问题(1)是否运行接收卡驱动程序CDVBAny2030S 一般只要信号正常，接收卡后面的绿灯常亮，红灯不断闪烁，可以正常接收数据，如果还无法接收，主要是以下问题：54卫星通信技术55卫星通信技术(2)远教IP数据接收系统 如果以上界面总是不变，很可能没有运行“接收卡驱动程序“CDVBAny2030S”，请按照“2.1是否运行接收卡驱动