第 1 章卫星电视广播系统概述

第1章卫星电视广播系统概述 • 本章重点 1 卫星电视广播的基本规定 2 卫星电视广播系统的组成

本章内容 • 1.1 卫星电视广播的发展概况 • 1.2 卫星电视广播的基本规定 • 1.3 卫星电视广播系统的组成

1.1 卫星电视广播的发展概况 一、无线通信特点及采用卫星通信的原因 • 1、无线电波的传播方式：地波、天波、直射波2、高频电波特性：主要以直线的方式传播，其传播距离受到地球表面曲率的限制和高山大川的阻隔。3、解决地面电视广播覆盖问题的主要办法：1）通过架高发射和接收天线，2）设立为数众多的电视差转站，3）建立微波中继传输网络等。4、存在问题：所有这些手段，都存在数量庞大、经济代价高、信号传输分配环节多、图象质量下降等问题。5、利用卫星解决上述问题的原理：高空中继站 

二、卫星通信的概念 • 1、卫星的种类及其特点：低轨道卫星、同步卫星通信卫星、广播卫星1）人造卫星的实现原理：由普通物理知：要使卫星处在轨道上运行，必须卫星绕地球作圆周运动产生的离心力等于地球对卫星的万有引力： • 式中，m为卫星的质量，v为卫星运动的线速度，r为地球轨道半径，g为重力加速度，h为卫星与地球表面（赤道）的距离。

2）同步卫星的要求：卫星绕地球运转的周期等于地球自转的周期T，即2）同步卫星的要求：卫星绕地球运转的周期等于地球自转的周期T，即由此可得同步卫星与地球赤道的距离为：将T＝23小时56分4秒＝86164秒，r＝6378公里， g＝9.8米/秒2 代入上式可计算得：h=35786公里。

3）同步轨道参数： 位于地球上空距赤道约35786公里处，与赤道平面相交的一条圆形轨道。

三、我国卫星广播的发展与现状：1、 第一颗人造地球卫星：1970年成功发射了第一颗人造地球卫星2、加入通信卫星组织：1976年参加了国际通信卫星组织，3、进行了电视传输试验：并于七十年代和八十年代初，利用德、法联合研制的“交响乐”等卫星进行了电视传输试验，取得了大量试验数据。4、第一颗试验通信卫星：1984年4月，我国发射了第一颗试验通信卫星，实现了对新疆、西藏、内蒙等边远地区传送中央电视台的电视节目。从1985年8月开始，我国试用了国际5号卫星传送电视节目。随后租(购)了该星的四个卫星转发器专供电视传输之用。…………

四、卫星通信的数字化发展 1、背景：1）发展需求：由于同步卫星资源和频率资源有限，随着上星节目数量的增多，卫星转发器的供求关系日趋紧张，导致转发器费用的不断上涨。而采用传统的模拟传输方式，每个电视节目需要占用一个卫星转发器。资源利用率低下、成本提高，制约了卫星广播事业的进一步发展。2）技术成熟：随着电子科技的进步，特别是计算机技术、数据编码与压缩技术、数字调制技术和超大规模集成电路技术的发展，全球迎徕了电子信息数字化的新时代。美国宣布到2006年将全部废除模拟式电视广播系统，世界各发达国家纷纷加入开发数字式广播电视设备和音视频产品的行列。 2、数字传输方式的优点：1）采用能够有效地减少传输频带，从而提高传输信道和无线电频率资源的利用率。在相同的画面质量下，采用数字方式传输电视所需的带宽约为模拟方式的五分之一；2）抗干扰能力强、无信号失真和噪声积累，从而大大提高图象质量；3）能实现图像、语音和数据等多媒体信息的兼容传输，从而推进电视、电信和电脑“三电”一体化的进程。

3、发展进程：1） 94年底，美国的DBS系统采用数字传输方式，为用户传送150个频道的卫星电视节目。2）经过三年时间的努力，欧洲也出台了由170个组织共同制订的DVB(数字视频广播)标准，该标准目前已为ITU(国际电信联盟)所认可，成为数字卫星电视（DVB-S）、数字有线电视（DVB-C）和数字地面电视（DVB-T）的国际性标准。该项标准的建立大大推进了数字视频广播技术在各个领域的应用进程。3）我国现状：我国中央电视台于95年底，在国内率先采用数字传输技术，通过中星5号卫星的一个C波段转发器同时传输5套数字电视节目，目前已有近四十套节目采用数字方式传输。亚太地区的数字卫星节目达近千个。

1.2 卫星电视广播的基本规定 一、同步轨道1．卫星间距：由于地球上空的同步轨道只有一条，为了防止同步轨道上的卫星相互间的干扰，国际电联（ITU）规定每两颗同步卫星之间要有3°的间距，这样整个同步轨道最多只能同时容纳120颗同步卫星。现在采用2°的间距，共可容纳180个同步卫星。2．轨道分配：为了合理分配和使用同步轨道这一人类的共同资源，在1977年国际电信联盟(ITU)举行的世界无线电行政大会上，对卫星广播业务频段上各国使用的卫星轨道位置做出了统一的分配。我国分配到的三个Ku频段轨道位置分别为东经62°东经80°和东经92°。3．使用现状：随着世界政治和经济的发展，各国已充分认识到卫星轨道资源和频率资源是人类的宝贵财富，从而使得对这一资源的争夺更为激烈。我国正加快步伐，利用现有的直播卫星轨道资源，开展我国的卫星直播业务。我国国内目前可收视到的亚太地区上空同步卫星的分布情况。

二、频段的划分与分配1．卫星电视广播使用频段： 为了防止卫星电视广播对地面通信的干扰，1971年国际电信联盟(ITU)在日内瓦举行的世界无线电行政大会，对卫星广播业务使用的频率进行了划分。所规定的卫星广播的专用频率，共分六个频段，如表所示。目前已使用的频段有L、S和Ku三个较低频段，三个较高频段在技术上尚未成熟，暂未使用。另外，国际电规定用于地面微波通信和卫星通信的C波段(3.7～4.2GHz)，也可用于传输电视，但要求转定器功率不允许太大(约为8～16W)，故C波段卫星只能供地面收转站收转电视用。

表1-1 卫星电视广播的使用频段

2．地区划分：（针对卫星直播） 国际电联还从频率使用角度出发，将全世界划分为三个区域；第一区：包括欧洲、非洲、俄罗斯、蒙古及伊朗西部以西的亚洲地区；使用的频率范围为11.7～12.5GHz；第二区：包括南、北美洲；使用的频率范围为11.7～12.2GHz，第三区：包括亚洲的大部分地区和太平洋洲。使用的频率范围为11.7～12.2GHz，和22.5～23GHz的Ka频段。

三、频道的划分1．模拟卫星电视广播电视系统的频道划分：为了充分利用卫星电视广播频段内的有限带宽而又不至于相互干扰，通常需要将每个频段再细分为若干个频道，相邻频道之间有一定的间隔，对于模拟卫星电视广播电视系统而言，通常取为19.18MHz（也有采用20MHz的频道间隔）。同时，为了保护相邻频段的通信业务不受干扰，在频段的上、下边沿还需留有一定的保护带，一般规定上沿保护带为11MHz下沿保护带为14MHz。这样，Ku频道各频道的中心频率可按下式计算： fn＝11708.30+19.18N (MHz) 对于C波段， fn＝3708.3+19.18N (MHz)按照上述计算方法，Ku频段(11.7～12.2GHz)和C频段(3.7～4.2GHz)分别可容纳24个电视频道。

2．数字卫星电视广播电视系统的频道划分：由于数字卫星电视广播方式电是近年来刚发展起来的新方式，统国际上目前尚未对其频道的划分做出规定。事实上，数字卫星电视广播电视系统的频道划分方式与发射系统的多节目复用方式有关。目前采用的节目复用方式主要有两种：一种是频分多路方式，或称作单路单载波方式（英文缩写为SCPC）。另一种是时分多路方式，或称作多路单载波方式（英文缩写为MCPC）。对于SCPC方式，其频道划分方式与模拟系统相类似，即按照一定的频率间隔分配频道，只是在数字卫星电视传输系统中，有于采用了先进的数字压缩技术和数字调制技术，每个频道所占用的带宽仅为5～7MHz，远小于模拟系统每个频道所占用的带宽。例如，目前我国上星的省级电视台的卫星电视节目，多采用SCPC方式。对于MCPC方式，其频道划分方式与时分复用的频道数量有关，频道数量越多，占用的频带就越宽。一般而言，复用频道数为2～10个，占用的带宽越为10—~56MHz。

1.3 卫星电视广播系统的组成 一、上行发射站1、模拟卫星电视上行站：图1-3为模拟卫星电视上行发射站的组成框图。经过预加重和能量扩散处理后的图象信号，与经过预加重和副载波调频(FM)后的伴音信号混合后形成基带信号，并对中频载波进行频率调制(FM)，得到频率的为70MHz的中频调频信号。该中频信号再经上变频得到上行频率，并经微波功率放大器放后，由发射天红发送给卫星。上行发射站可向卫星发送一路或多路电视信号，通常采用主瓣波束较窄的大口径发射天线，以提高抗干扰能力，并减少对其它卫星的干扰。

2、数字卫星电视上行站：图1-4为采用MCPC方式的数字卫星电视上行发射站的组成框图。发射系统的结构采用DVB-S标准。多个电视节目的视频、音频、按MPEG-2标准进行压缩和打包，然后在时基信号的控制下，将打包后的多个视频流、音频流以及其它业务的数据组合成单一的节目流或传送流，再经过复用适配和加扰、用于抗干扰的信道编码后，进行中频QPSK调制，并上变频为上行微波频率，最后经微波功率放大后，由上行发射天发送给卫星。

SCPC方式的数字卫星电视上行发射站的组成框图与MCPC方式类似，只是输入端只有一个节目源。而不同的电视节目则由当地的上行发射站分别处理后以不同的上行频率发送给同一个卫星。

二、星载转发器 星载转发器用于接收地面上行站发来的上行微波信号(C波段为6GHz，Ku波段为14GHz左右)，经放大后，将它变换成下行微波频率(C波段为4GHz，Ku波段为12GHz左右)，再经功率放大后，转发回地面服务区内。可见，星载转发器实际上是起到一个空间中继站的作用，它可以用于转发模拟的上星节目也可用于转发数字的上星节目，但它应以最低的附加噪声和最小的失真转送电视广播信号。星载转发器在结构上一般有两种形式：一是直接变频式（如图1-5），另一种是二次变频式（如图1-6）。直接变频式将上行微波频率经一次变频，直接变为下行频率，故电路简单，但由于工作频率高，故对电路和元器件要求高；二次变频式将上行频率先变换为中频，经放大后再变换到下行频率。由于所选的中频频率较低（如70MHz）故对元器件要求不高，容易实现高增益和AGC控制。

三、地面接收站卫星地面接收站主要由卫星接收天线、卫星接收高频头（室外接收单元）和卫星电视接收机（室内接收单元）等部分组成。对于模拟接收与数字接收系统而言，二者的区别仅在于室内接收单元不同。1．模拟卫星电视接收站图1-7为模拟卫星电视接收站的组成框图。天线接收来自卫星的下行信号，经低噪声放大和下变频得到中频信号，再经调频解调后输出基带信号，基带信分别被送到旬恢复电路和伴音解调电路后，重新得到正常的图象和伴音信号，直接送给电视机或监视器，重现彩色图像和声音。

2．数字卫星电视接收站图1-8为数字卫星电视接收站的组成框图。天线接收来自卫星的下行信号，经低噪声放大和下变频得到中频信号，再经QPSK解调后输出数字码流，该数字码流被送到信道解码电路进行去扩散和前向纠错差错等处理，再经过解多工复用，分离出视频、音频和数据码流，分别送到视频解压缩电路、音频解压缩电路和数据输出电路进行处理，恢复出数字视频信号和数字音频信号。该数字视频信号和数字音频信号可再分别经过视频编码器和音频A/D变换器输出模拟视音频信号，以便直接送给模拟电视机或监视器，重现彩色图像和声音。2．数字卫星电视接收站图1-8为数字卫星电视接收站的组成框图。天线接收来自卫星的下行信号，经低噪声放大和下变频得到中频信号，再经QPSK解调后输出数字码流，该数字码流被送到信道解码电路进行去扩散和前向纠错差错等处理，再经过解多工复用，分离出视频、音频和数据码流，分别送到视频解压缩电路、音频解压缩电路和数据输出电路进行处理，恢复出数字视频信号和数字音频信号。该数字视频信号和数字音频信号可再分别经过视频编码器和音频A/D变换器输出模拟视音频信号，以便直接送给模拟电视机或监视器，重现彩色图像和声音。

3．三种用户接收形式：1）个体站：图1-7和图1-8所示的系统中，若在输出端直接用户电视机或监视器，就构成个体接收站；2）集体站：图1-9为集体接收站的系统组成原理框图，它的前面接收部分与个体站完全相同，不同之处在于其输出的图像和伴音信号不是直接送给电视机，而是以残留边带调制形式将它重新再调制到地面电视频道上(如VHF或UHF频段)，并通过电缆网络传送给许多用户。 3．三种用户接收形式：1）个体站：图1-7和图1-8所示的系统中，若在输出端直接用户电视机或监视器，就构成个体接收站；2）集体站：图1-9为集体接收站的系统组成原理框图，它的前面接收部分与个体站完全相同，不同之处在于其输出的图像和伴音信号不是直接送给电视机，而是以残留边带调制形式将它重新再调制到地面电视频道上(如VHF或UHF频段)，并通过电缆网络传送给许多用户。

3）转播站：图1-10为卫星地面转播站的组成原理框图。在这里，卫星接收解调后的图像与伴音信号被重新调制到地面电视频道上，并通过功率放大后，从天线上再发射出去，让用户的电视机能直接从空中接收到转发来的卫星电视节目。3）转播站：图1-10为卫星地面转播站的组成原理框图。在这里，卫星接收解调后的图像与伴音信号被重新调制到地面电视频道上，并通过功率放大后，从天线上再发射出去，让用户的电视机能直接从空中接收到转发来的卫星电视节目。

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