卫星数据广播（ IP）节目的接收与应用

1. 成都市“农村中小学远程教育模式二”培训 卫星数据广播（ IP）节目的接收与应用 金堂县电化教育馆 邹学平 2005年12月16日

2. 第一章 卫星通信应用简介 教学目的： • 了解卫星通信基本原理 • 了解信息和通信技术在教育发展和改革中的地位与作用 • 了解教育卫星宽带网的组成、传输方式和节目构成。

3. 无线电基础知识(1) 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λ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λ，和波速v之间满足如下关系： v=λf 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz ，即： f= 1/ T 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。

4. 无线电基础知识(2) 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(1GHz=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3×1011Hz-4×1014Hz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3.84×1014HZ-7.69×1014Hz之间的波为可见光，它能引起人们的视觉，频率在8×1014Hz-3×1017Hz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3×1017 Hz-5×1019Hz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.

5. 无线电基础知识(3) 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。 • 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。

6. 无线电基础知识(4)

7. 无线电基础知识(5) 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。

8. 无线电基础知识(6) 五、Ku波段卫星通信波段及其特点 卫星通信使用微波频段300MHz—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。

9. 卫星通信应用简介 • 卫星通信基本原理 　微波传输方式：可视传播(近似直线转播) 只有微波发射台的电磁波直线传播所能到达的区域内设立接收站，才能收到信号。 要使电视信号传播得更远，就需要加高天线或增加中继站。

10. 地面微波传输接力 • 两个地面站之间传送 • 距离：40 -60 km 地面站之间的直视线路 微波中继站 地球

11. 地面传输缺点及解决方法 • 地面传输缺点 • 中继站的增加会使信号衰减 • 故障率加大 • 成本加大 • 解决方法 • 增加天线的高度 • 把中继站搬到天上－－卫星

12. 同步通信卫星简介 • 卫星距离地面35786.6千米的赤道平面上空，飞行速度3.07km/s，它的运行方向（自东向西）与地球自转的方向相同，围绕地球做作圆周运动，运行周期恰好与地球的自转周期相等（同为一个恒星日：23小时56分40.9秒），在地面上相对于地面一点静止不动——同步通信卫星 • 电视节目转发卫星一般都是同步通信卫星。同步通信卫星所处的纬度都为0 ℃，经度在0－360 ℃之间。

13. 卫星通信基本原理 • 在赤道上等间隔放置三个同步卫星，建立除地球两极附近地区以外的全球不间断通信。 • 用两个以上地球站和卫星就构成了卫星通信系统。 卫星 地球

14. 通信卫星的工作过程 • 卫星通信系统是由空间部分（通信卫星）和地面部分（通信地面站）两大部分构成。 • 通信卫星工作的基本原理如图所示： 由地面用户甲传来的电话、数据、电视、广播等信号，首先在地球站1上以适当的方式进行调制、变频、放大，再经过天线发向卫星，卫星接收到地球站发来的信号后，经转发器变频、放大后再发回地面，由地球站2用天线接收下来，再经放大、变频以及适当的解调还原成原信号，送至用户乙。 实际上，同时由用户乙向用户甲也有一个上述的传输过程，这样就构成了双向通信。

15. 卫星数据广播技术 • VBI（电视逆程窄带数据广播）的使用 • 图文电视（Teletext ） • VBI数据广播 • 传输速率64Kbps～180Kbps • 卫星数据IP广播 • 数据传输速率可达1Mbps，甚至更高 • 同时传输高清数字电视信号同时传输远程教学所需的其它多媒体信息

16. 卫星数字广播常用术语 • 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。一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频率。 • 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，卫星电视的符号率越来越高，当一个载波信号携带的节目数越多时，此值越大 • 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。 • PID码：PID码是英文Packet Identifier简称,是包识别码的意思。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。远程教育通道的PID=b2。

17. “鑫诺一号”通信卫星介绍 • 简介： 用LM-3B运载火箭发射于1998年7月18日；服务中国及亚太地区；专门为电视直播业务和卫星专用通信网业务而设计。法国宇航公司制造，总功率5130W，38个转发器，（C频段24，Ku频段14），设计寿命＞15年； • 位置： 东经110.5°E赤道上空。整个天线覆盖区，最低仰角大于30°。 • 特点： EIRP（等效全向同性辐射功率 ）均大于37dBw。配备C－Ku波段互联转发器。使得C频段通信网（地球站）发上行信号，可直接由Ku频道通信网（地球站）接收其下行信号。实现地球站C频段与Ku频段互联通信。

18. 中国教育卫星宽带传输网介绍 • 卫星电视教育网络改造项目 （1999年9月份开始组织实施） • C波段转向Ku波段 • 模拟电视传输方式改为数字压缩传输方式 • 中国教育卫星宽带传输网（CEBsat） 2000年7月1日试播。10月1日正式启动现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台。 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。且能开展卫星Internet接入服务实验，提供双向远程教育服务。

19. 现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图

20. 现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图1现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图1 作用：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。 功能：提供教育电视节目和语音广播节目的传输。 返回

21. 现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图2现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图2 EPG：电子节目指南的英文缩写，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。 条件接收（CA）：对用户进行授权管理。通过改系统可以对用户所能接收到的节目和信息进行限制。 返回

22. 现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图3现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图3 IP数据广播：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。 形式： • 文件分发 • 流媒体或IP直播 返回

23. 现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图4现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台结构简图4 Internet接入服务。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。 返回

24. 中国教育卫星宽带传输网节目表

25. 外交互式卫星数据通信技术简介 • DVB－S技术 远程教育信息传输具有数据传输不对称特点，采用外交互式卫星能够适应这一特点。 下行利用中国教育卫星宽带传输网，单向数据广播信息。通过外交互实现数据上行交互。 • 常用外交互形式 拨号上网、ISDN、ADSL

26. 卫星教学站点设计 • 系统设计与功能 • 中国教育卫星宽带传输网（CEBsat）、中国教育科研计算机网络（CERnet） • 主要功能 • 接收卫星数据广播 • 播放多媒体教学资源 • 连通因特网 • 教务和教学的办公应用

27. 卫星教学站点设计（系统结构）

28. 卫星教学站点设计（设备组成） • 设备组成 • 接收设备 接收天线1套（含高频头）、功分器1只； • 数据处理 IP数据接收卡1块、卫星接收机1台、计算机1台 ； • 上网设备 调制解调器1只； • 其它 电视机1台、打印机1台、光驱1件、有源音响1组、UPS不间断电源1台；

29. 第二章 Ku波段卫星接收系统原理与安装调试 教学目的 • 了解Ku波段卫星接收系统基本原理 • 掌握天线安装、调试方法 • 能够独立维护卫星接收系统。

30. Ku波段卫星接收系统原理 • 卫星接收系统的工作原理 地面卫星接收天线将广播卫星传送的电磁波接收下来汇集到馈源，经高频头的信号放大及降频处理后，传给传输电缆线，送至卫星接收机，接收机将传来的信号解析后变成具有声音与图像画面的视频信号送至电视机提供给用户收看。 • 接收天线组成 • 天线：收集和处理远处的卫星发生的高频电磁波信号的装置。不同频率和不同发送方式的无线电波必须采用相应的接收天线，才能有效地将卫星发送的微弱信号接收下来，并达到高频头输入电平的要求。 • 主要器件： 反射器、馈源、高频头、功分器和馈线

31. 接收天线组成 反射器 馈源、高频头 其它设备

32. 反射器 反射器（俗称“锅”）：用于反射和聚焦卫星发送的高频电磁波信号，通常选择抛物线天线，即利用抛物线面的聚焦特性，将卫星发送的电磁信号经过一次或二次反射到天线的焦点上，并通过馈源和波导将聚焦的电磁波传送至高频头。 返回

33. 馈源、高频头 馈源：位于天线反射面焦点处，是一个会聚卫星信号的装置，其作用是聚集卫星信号能量并馈送给高频头。 高频头：将接收到的卫星下行频率信号进行放大和变频处理的部件。 返回 Ku波段一体化高频头

34. 其它设备 功分器 是将高频头接收的卫星信号分成两路或几路信号的设备。 馈线 从高频头输出到接收机的射频输入插口的一段电缆线。 型号：75Ω SYV-75-5,SYV-75-7同轴电缆 机械部件

35. 卫星接收天线作用 • 接收卫星发出的高频电磁波的能量 • 选择所需要的卫星电视信号，抑制外界的干扰信号 • 放大接收到的微弱卫星高频信号 • 进行降频变换处理，将卫星高频信号转换为中频信号

36. Ku波段优点 Ku波段是指频率在12-48GHz的电波。国际电信联盟将11.7-12.2GHz的频率范围优先划分给卫星电视广播专用。从频率上看，Ku波段的频率为C波段频率的3倍，而波长是C波段4GHz波长的1/3。 与C波段相比，Ku波段的优点有： • 接收天线的口径较小，这是因为Ku波段的波长短，在口面效率和增益相同的条件下，Ku波段使用的天线口径可以是C波段天线口径的1/3,天线方面的成本就低了。 • Ku波段的地面场强较高，由于Ku波段转发器的功率比C波段转发器功率大得多，其等效全向辐射功率就大。 • 可用频带较宽，C波段的频率范围是3.7-4.2MHz，带宽是500MHz。而Ku波段的带宽达800MHz，可利用性高。 • 由于频率高，各种电波对它的干扰较小。

37. Ku波段缺点 雨衰对它的影响较大，当电波穿过地球大气层中降雨的区域时，雨水对电波会产生吸收和散射，造成衰减。雨水越大，衰减越大，当雨衰达到20db时，就会暂时性的中断卫星广播，这种情况不多。

38. CEBsat接收天线和高频头特征 • 天线：Ku波段整体偏馈式天线 • 高频头：Ku波段馈源一体化LNB • 天线的方位角和俯仰角 方位角是指在接收点水平面上作一条接收站仰望卫星的视线的正投影线，从接收点的正北方开始，顺时针（即北──东──南──西）方向转到这条正投影线的角度。 仰角是指接收站天线仰望卫星的视线与水平面构成的夹角。

39. 俯仰角计算公式 式中： A为方位角；E 为附仰角；α＝（地面站所在地经度Φ2－卫星地点经度Φ1 ） β为地面站所在纬度；r 为地球半径，6378.1Km； R为同步轨道半径，42218Km　　按上述公式计算时尚未考虑磁偏角的影响。磁偏度是地球磁场南极向西偏离地球地理北极产生的，当用地磁北极定向时，须将地理南极定向的角度加上地磁偏度。

40. 天线的安装 • 站址选择 • 选址依据：卫星信号的场强、周围环境的干扰、操作的方便性、联网的方便性等因素。 • 注意方面： • 在天线指向接收卫星方向上无障碍物并至少留3度以上保护角。 • 天线周围不应有强辐射干扰，天线指向应避开微波线路、高压电线。 • 站址选在砖混建筑物顶上时，基础必须做在大梁或承重墙上。基础要达标牢固。

41. 站址选择注意方面 • 卫星天线尽量避开干扰源。如：雷达站、差转台、微波及高压线等； • 天线与接收机的距离尽可能短；一般在30m以内。传输缆线采用性能较好的75－7或75－9物理高发泡电缆，电缆接头做好防水处理。 • 在多雷雨地区，天线应避开雷击多发地点或加装避雷针。避雷针应良好接地。 • 在平地上架设天线，注意天线指向上应无阻挡，注意学生安全，可加围栏防护，电缆线可走空中或地下，走地下时应用Φ20mm的钢管或PVC管穿管掩埋。架空高于10m，应用钢绞线承载。

42. 天线基座安装 • 基本要求：10级大风能工作，12级大风不破坏。保证天线立柱与地面垂直、稳固。 • 机座制作可根据天线装配图纸提供的混凝土基础尺寸施工。 • 例：1.2m Ku波段天线基座，基础为1000×1000×200（mm）见方的混凝土。

43. 天线组装与架设 基本安装步骤 • 安装脚架。校正水平后，拧紧地角固定螺栓。 • 安装方位托盘和仰角调节螺杆。 • 将天线面的加强支架和天线面装在天线面托盘上。 • 装上馈源支架，馈源固定夹。 • 安装馈源和高频头。对于Ku波段采用的馈源一体化高频头，直接装在馈源固定夹即可。 用户组装前，先根据装箱清单查点全部零件、标准件的规格、数量。然后，参照厂家提供的安装简图分别进行组装。 安装好的天线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。

44. 天线的调试 • 设置好卫星接收机。将其与电视监视器相连。 • 确定正南方向 • 弄清要接收卫星的大致方向 • 按照公式所得的俯仰角和方位角，对天线进行粗调。 • 借助寻星仪或数字卫星接收机信号指示对天线进行细调。

45. 天线指向角和极化角的调整 • 方位角调整 • 天线安装好以后，将高频头有标牌的一面水平朝上，然后用指南针找到正南方向，并在天线的立柱上做好正南的标记。同时应了解要找的卫星方位角是正南的偏东或偏西多少度。然后找一皮尺测量立柱的周长为多少厘米，再用360度除以它，得到每厘米为多少度。然后再用方位角去除以每厘米对应的度数，也就是得到了需要转动多少厘米。即可将天线转动到附近位置。 • 俯仰角调整 • 偏馈天线的仰角为：将计算出的仰角减去天线俯仰角误差值。 • ★实测的仰角应为理论仰角减去天线俯仰角误差值后的度数。 • 极化角调整 • 天线指向调整前，高频头馈源波导口极化角P预置方向应大致正确，待收到信号后再进行细调， 根据资料可以知道极化角的参数。现将高频头上有一横线的标记对准天线支架上的0刻度线，人站在天线口的前面，当极化角大于零度时，高频头顺时针转动；当极化角小于零度时，高频头逆时针转动。(四川地区极化角大于零度)

46. 天线指向角和极化角的调整 方位角、仰角、极化角称天线调试的三要素。 在进行上述调整时，应一边缓慢转动天线，一边注意观察电视监视器的屏幕显示和卫星接收机的信号强度指示条，注意调整到信号最强的位置固定这一项调整位置。 调整时需一个项目一个项目顺序进行，每调整好一个调整点就固定它。 调整顺序：方位角－俯仰角－极化角。全部参数调整后，最后将天线固定。

47. 高频头安装与调试 • 安装 一体化高频头可直接装在馈源夹上。 • 调试 • 将高频头固定在馈源支架上，并调整好焦距。高频头上的中心刻度应位于正上方。 • 将高频头输出端与电缆线用F头连接好，并用防水胶布做好防水处理。 • 高频头的安装一定要在不加电的情况下进行。 • 调整高频头的方向。最终以图像声音调整到最佳状态为准。

48. 影响天线效率的主要因素 • 天空噪声 • 大地噪声 • 人为噪声 • 雨雪天气 天空噪声和人为噪声比起噪声的主要成份大地噪声的作用更小。一般来说，在仰角低于30°左右时，天线噪声影响会迅速增加。

49. 天线的维护 • 定时或不定时对天线进行微调，以消除卫星漂移带来的影响 • 馈源的保护 • 检查天线是否牢固 • 定期涂油刷漆 • 检查、连接和维护天线时，要在断电情况下进行。 • F接头保证接触良好，做好防水处理。 • 做好维护记录

50. 天线的防雷 • 接地电阻要求不大于4Ω • 天线应置于避雷针尖45°夹角保护伞内，地面直径约为避雷针高度的1.5倍 • 避雷针的接地应独立走线，不允许与接地线共用 • 天线与屋内设备的接地线也不能共用