21世纪卫星广播电视接收技术及其发展趋势3

21世纪的卫星广播电视接收技术专题讲座一、卫星广播电视接收技术的发展历史卫星广播电视接收技术是随着卫星技术的发展而发展的。(一)卫星技术的发展20世纪以前，人造地球卫星还是一种科学的幻想，只是出现在民间的神话传说和科学幻想小说里。到20世纪40年代，有人提出了这样一个设想：向地球赤道上空35786km的地球同步轨道上发射卫星，并利用这样的卫星作为无线电转播站进行地面远距离通信和广播，如果在地球同步轨道上建立三个间隔各为120°的卫星转播站，就可以实现全球通信。人们追随着梦想去努力。1957年前苏联把一个形如足球大小的人造卫星送入地球上空轨道，从而率先带领人类步入了太空时代。1962年7月，美国从佛罗里达州的卡纳维拉尔角成功发射了一颗重量只有几十公斤的试验通信卫星“Telstar1号”，该卫星按极地轨道运行，可以传送声音图像信号，它是非地球同步卫星，飞越大西洋上空每次只有几分钟，“Telstar1号”的成功，使人类步入了卫星通讯的新时代，在那时能够发射卫星上天是一个国家综合国力的象征，是一个国家的骄傲。到20世纪90年代，世界上共发射了上千颗卫星。美国、俄罗斯、法国、中国、日本、印度和意大利等国家都有了自己的卫星系统，卫星作为国家骄傲的诱惑力已经让位于经济上发展的需要，各国都把拥有卫星技术视为一种新的财富与富有的象征，卫星技术被广泛的运用在军事、通讯导航、广播电视转播、地质勘探和气象预报等领域，为推动人类社会的进步发挥着巨大的作用。1(二)人造地球卫星的种类及其主要业务形式依卫星轨道可将天空中的卫星分为三类：1、低轨道卫星（以圆形轨道绕地球旋转，飞行高度为700-1500km之内）用途：用于移动卫星业务（MSS）、地面观测等，前段时间喧腾一时的“铱”星计划就是利用此类卫星进行通讯。2、中高度轨道卫星（以圆形轨道绕地球旋转，飞行高度约为10000-20000km）用途：主要应用于导航系统。如：世界著名的GPS导航系统。3、同步轨道卫星（飞行高度约为35786km的地球同步轨道）用途：主要应用在固定卫星业务(英文简写FSS：系指在固定的卫星地面站间进行卫星通讯，通讯时以固定的位置方式进行)；广播卫星业务（英文简写BSS：利用卫星转播取代或增强地面通讯网络、音频、影像讯号的传输多用于电视节目的转播方面）；卫星广播电视直播业务（英文简称DBS或DTH：利用大功率广播卫星和通讯卫星转发器转播节目，让一般观众能直接收到卫星广播电视节目的系统，DBS一词多用于日本、DTH欧美惯用此词）以及气象观测等。(三)世界各国及中国大陆卫星广播电视技术的发展状况。广播电视卫星是从通信卫星发展而来的，通信卫星是指通过卫星把两个或多个地面站连接起来,进行点对点的信号传输，它包括固定站间通信和移动站间通信等在内的全部通信业务，它主要起到点对点的节目传送作用。广播卫星则把来自地面的上行发射台的电视信号转发到地面，供地面上成千上万的个体接收设备和集体接收设备接收，使卫星覆盖区内的一般公众都能收看到卫星转发的电视节目。自世界上第一颗人造地球卫星上天以来，人类在空间技术、卫星通2信技术、电子集成技术领域都取得了非凡的成就，现在不仅能用通信卫星传送电视信号，而且正在用直播卫星（DBS）来转播电视节目和传送多媒体信息，只需小型简易天线和卫星接收机就能使卫星电视和多媒体信息进入个人家庭。卫星广播电视技术是卫星技术发展对人类生活的赐福，当您坐在家里，用一只口径不及一米的天线对准地球同步轨道的广播电视卫星时。天下山川、民谷风情、新闻要讯尽收眼底。通过卫星接收系统，人们无论身处何地都可以自由自在的通话联络，传递信息，人类的生活方式、生活质量有了一个质的飞跃。目前，卫星广播电视技术的发展呈现出以下一些特点：1、Ku频段转发器是目前卫星电视频率的选择方向。据资料显示，目前世界上共有192颗西方制造的同步轨道商业通信卫星，总共提供4241个转发器，其中C频段转发器占52%，FSS的Ku频段占39%，BSS的Ku频段占9%，也就是说正在使用中的转发器大多数是C频段的转发器。正在建造的商业卫星业务Ku频段转发器正在迅速增加，已定购的1928个转发器中，FSS的Ku频段占47%，BSS的Ku频段占17%，而FSS的C频段只占36%，这主要是因为C波段也是国际电联规定的地面中继、微波通信选用的频段，随着各国通信事业的发展，C频段传送的卫星电视信号对地面通信的干扰越来越大；还有就是Ku波段数字压缩技术越来越成熟，每个转发器现在可以传送6-8套电视节目，节省了许多频谱资源。所以Ku频段转发器现已成为卫星电视频率的选择方向。2、卫星等效全向辐射功率（EIRP）增大，接收天线向小型化发展。Ku波段接收天线的天线直径可小到45-60cm，天线向小型化发展也是因为微波技术的发展使得天线馈源的效率和LNB噪声温度性能指标的提高。33、新开发的卫星，电视业务用数字压缩技术传送的越来越多，传输容量不断增大，所带的转发器数量也越来越多。2002年将要发射的劳拉公司研制的卫星，总功率将达到25KW，携带150个转发器，可以传送1000套以上的电视节目，而现今发射的卫星，一般只有50多个转发器。4、卫星业务向综合方向发展。由于数字技术的应用，可灵活地组合多种业务，除传送电视声音广播节目外，还可以开展数据广播业务（DAB），因特网接入业务等。美国世广卫星集团计划建立一个全球数字音频直播系统，用三颗直播卫星提供卫星数字音频直播DAB及其它多媒体服务，98年已发射了“非洲之星”（Afristar）；今年6月“亚洲之星”（Asiastar）也已发射成功并已开始正式运行。1999年底，中国电信广东微波通信局和广东卫星通信局租用中卫一号的Ku波段转发器在中国大陆率先推出“星网通”，为用户提供Internet卫星高速接入业务。5DBS是卫星广播电视接收领域中新的技术热点。90年代初以来，卫星电视直播，卫星移动通信和数字音频广播技术首先在美国取得突破，并迅速步入产业化和商业化轨道，三种技术形成三种新兴产业，其中卫星电视直播产业的发展势头最为迅猛。目前，卫星广播电视主要采用三种方式来传送信号：第一、通过普通的通信卫星将模拟或数字电视信号转发到本地电视台、有线电视网或集体接收站进入千家万户。第二、采用模拟技术，使用大功率电视直播卫星直接向家庭传送广播电视4信号，每个转发器只能直播一路电视节目信号，这种方式未取得商业上的成功。第三、从1995年开始，开始采用Ku频段数字视频压缩信号的技术，一颗卫星可以直播100多路电视信号。由于数字压缩技术的成熟，高功率、长寿命卫星的使用以及保密技术的突破，造就了DBS的迅速普及。据统计，1996年底美国数位DBS的用总数就达422万户，美国DirectTV拥有最大的DBS用户，1997年短短一年之内就累积了100万个用户，这一快速成长使美国消费协会将DBS的用户端设备视为有史以来最成功的消费类电子产品；1998年底中国大陆也开始进行卫星广播电视直播的试验“村村通”工程，用鑫诺1号通信卫星，使用MPEG-Ⅱ,DVB-S标准，多路单载波（MCPC）方式发送8套中央电视台节目，进行试验，1999年该试验工程完成并正式开播，共使用鑫诺1号卫星的4个Ku转发器，播出39套中央和省级广播电视节目。DBS技术的发展为发展新型产业提供了机遇，特别是数字技术卫星接收机（IRD）及其配套器件的发展已形成一个新型消费类电子市场。21世纪的卫星数字广播电视直播，将给人们带来更多的选择，更好的视听享受，更多的信息，并向人们提供新型的广播电视业务，也为众多的商家、企业提供无限的商机。二、卫星广播电视系统卫星广播电视系统是利用人造地球卫星进行声音广播和电视广播所用各种设备的组合。它由以下几部分组成：5(一)广播电视转发器：它的作用是接收地面发射台发来的信号，将其变频放大再转发给地面使服务区的地面接收设备能接收到满意的电视信号，现代通信卫星都采用的是射频变换式转发器。(二)上行站：它的主要任务是把节目制作中心传来的节目信号发射给卫星并监测卫星传送节目的情况。(三)地面遥控遥测跟踪站：它的任务是测量和控制卫星的姿态和轨道运动，测量卫星的各种工程参数和环境参数，对卫星实施各种功能、状态控制。(四)地面接收系统：它的主要务是接收来自卫星的下行节目信号，用作地面电视传输网络的节目源，或者由集体用户和个体的接收设备来直接接收卫星广播电视节目。卫星广播电视地面接收系统框图1天广播电视卫星天线馈源用户分配系统低噪声放大器带通滤波器第一变频器第一中频放大电视机第二变频器带通滤波及中放解调器下变频器卫星接收机6遥测遥控跟踪站上行站无线传输网CATV网集体接收个体接收1．天线天线是卫星地面站上、下行站传送或接收讯号不可欠缺的重要设备，目前C波段和Ku波段卫星系统都采用以抛物面为反射器的高增益天线。(1)依聚焦方式可分为：a、主焦点天线（前馈天线）b、卡塞格伦天线（后馈反射天线）c、偏馈天线（谷称小耳朵）(2)依天线材质可分为：a、玻璃纤维一体成型天线，这种天线精确度高于一般组合型天线，纤维内夹层置锡箔作为卫星讯号反射。b、铝网天线，较常用于频率较低的C频段卫星信号接收。c、镀锌天线，由镀锌钢板冲压成型。d、玻璃纤维天线，以玻璃纤维压铸成型又称SMC天线。（3）天线和馈源的选择a板状天线与网状天线的选择，这与用户选择的站址有关，若在大中城市或工业区集中的地方，因空气污染严重，则应选择板状为好。在山区风力大的地方时，可选合金铝网天线，天线增益虽低，但抗风力强。b前馈、后馈天线的选择。今后有可能建卫星通信地球站的地区来说，为避免重复投资，应选用后馈天线，对于小型单收站多选用造价较低的前馈天线。c偏馈天线的应用与选择。在相同尺寸情况下，偏馈天线比正馈天线的7增益略高，因此现阶段的Ku频段天线几乎都是用偏馈式的。(二)馈源和低噪声下变频器1、馈源是根据微波波导传输理论而设计的，它是根据微波的特性，把抛物面天线聚集在焦点上的电磁波能量以最低的损耗传输到低噪声放大器。馈源又称纹波喇叭，分为前馈馈源（主要用于普通的抛物面天线）和后馈馈源（一般用于卡塞格伦天线），前馈馈源又分为波纹槽馈源和同轴波导馈源。2、低噪声下变频器。（俗称高频头，英文LowNoiseBlock,简称LNB）①LNB的工作原理。LNB的工作流程是将卫星高频讯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950-2050MHz的中频。LNB结构如下图②LNB的主要技术要求。a振幅-频率特性好。振幅—频率特性是指在输入电平恒定下，输入信号频率变化时输出端电平变化的特性。b噪声系数低。噪声系数是指下变频器整体的等效输入噪声，即将整个电路产生的热噪声等效于在输入端的一个噪声源，通常用噪声温度表示。c本振频率特性好。本振频率特性包括本振标称值、第一本振频率稳定度、第一本振频率的泄漏。本振频率=下行频率±接收频率()它对数字卫星接收机的接收会产生严重影响，轻者马赛克点不断，重者信C波段Ku波段低噪声放大器带通滤波器混频中放本振InputOutput8号完全中断。d功率增益高，增益稳定性好。e输入饱和电平高。f镜像干扰抑制比高。③现代高频头的特点。a、超低噪声特性；由于低噪声砷化镓器件被广泛运用在高频头的微带电路中，例如：NEC、HP、三菱等公司的砷化镓高频场效应管的噪声系数可以低至0．3-0．4dB，这使得高频头的噪声系数可以降至0。7dB以下。b、表面安装技术及高集成化电路设计。现代高频头的体积越来越小，内部电路越来越简单；由于砷化镓MMIC的运用，高频头中的本振、混频、中放电路都集成在一块IC当中，使得电路大为简化，生产装配变的容易，成本也越来越低。c、C、KuLNBF一体化、智能化。目前，卫星电视节目不仅用C波段转发而且用Ku波段转发，C、ku一体化高频头可以用一副天线同时接收同一颗卫星上用C、ku波段转发的电视节目；还有些高频头和具有DisEqC2.0功能的卫星接收机配合使用可以回应接收机发出的指令，安装使用非常方便。d、本振稳定度高，本振相位噪声低，适用于数字卫星信号的接收。④卫