卫星通信导论上课课件第8章 卫星数字电视广播系统28页PPT

静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
影响静止卫星通信的因素
圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
地球卫星的轨道
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的特点
1、通信范围大，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只要 在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通 信。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的基本原理
什么是卫星通信? 卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面 和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中 继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的 限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际 和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。
卫星通信系统的分类
按业务分
固定业务卫星通信系统 移动业务卫星通信系统 广播业务卫星通信系统 科学实验卫星通信系统
按多址方式分
频分多址卫星通信系统 时分多址卫星通信系统 空分多址卫星通信系统 码分多址卫星通信系统
混合多址卫星通信系统
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用

► 通过如下方程计算瞬时卫2星a到rct地an心( 的1距e离tranE)
1e 2
ra(1ecosE)
；.
20
卫星运动规律与轨道参数 续16
卫星星下点轨迹 ► 卫星的星下点指卫星－地心连线与地球表面的交点 ► 星下点随时间在地球表面上的变化路径称为星下点轨迹 ► 星下点轨迹是最直接地描述卫星运动规律的方法 ► 由于卫星在空间沿轨道绕地球运行，而地球又在自转，因此卫星运行一圈后，其 星下点一般不会再重复前一圈的运行轨迹
►星地距离随轨道高度的增加而增大，静 3
；.
22
卫星运动规律与轨道参数 续18
卫星星下点轨迹 ► 一颗轨道高度为13892km，轨道倾角60º，初始位置（0ºE，0ºN）的卫星24小时的 星下点轨迹如下图所示
纬 度
；.
23
经度
卫星运动规律与轨道参数 续19
单颗卫星覆盖特性计算 ► 单颗卫星对地覆盖的几何关系如下图所示
观察点
Re
d星地
；.
27
卫星运动规律与轨道参数 续23 单颗卫星覆盖特性计算
► 星地距离
d Re2(hRe)22Re(hRe)cos
► 覆盖区半径=Re2sin2E2hReh2ResinE
XResin
；.
28
卫星运动规律与轨道参数 续24
单颗卫星覆盖特性计算 ► 观察点的最小仰角Emin：系统的一个给定指标。根据Emin和卫星轨道高度 h 便可 以计算卫星的最大覆盖地心角、最小星下点视角和最大星地传输距离，从而确定 卫星的瞬时覆盖区的直径和面积、覆盖区内不同地点的卫星天线辐射增益和边沿 覆盖区的最大传输损耗等
Z
地心坐标系
► 地心O为原点 ► X轴指向春分点方向

(1~2) (1~3) (1~k) (2~1) (2~k)
(i~1)
(i~k)
(k~1)
(k~k-1)
1#
2#
3#
站
站
站
i#站
k#
站
1# 站
2# 站
3#
站
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k# 站
i#站
4.信 道 分 配 与 交换 制度
（2）按时预分配方式(TPA)
事先知道各地球站间业务量随“时差”及其它 因素作周期性变动时，可约定一天内通道分配作 几次固定的调整。这种方式称为按时预分配方式。 显然其通道利用率比固定时要高，但从每一时刻 看，它仍然是固定分配的。这种方式只适用于大 容量线路，而且多用于国际通信场合。
第20页/共59页
4.信 道 分 配 与 交换 制度
按申请分配（DA）
固定分配的主要矛盾是业务量随机变化而通道 的分配却是固定的，两者难以达到很好的匹配。 对于业务量较小且地球站较多的卫星通信网，最 好采用分配可变的制度，即卫星的通道不是或不 完全是固定分配给各站专用的，而是根据地球站 的申请临时分配给其使用，通话完毕又收归公用， 通常称之为按申请分配或按需分配。
其二其二是指如何使进入指定时隙的分帧信号处于稳定的是指如何使进入指定时隙的分帧信号处于稳定的工作状态就是使该分帧与其他分帧维持正确的时间工作状态就是使该分帧与其他分帧维持正确的时间关系不致出现相互重叠的现象这就是分帧同步技关系不致出现相互重叠的现象这就是分帧同步技333时分多址tdma方式第41页共59页43一种典型的一种典型的tdmatdma帧结构帧结构pcmtdmpsktdmapcmtdmpsktdma基准分帧基准站前置码到站a到站c到站z分帧周期tpcm数据保护时间载波恢复比特定时独特码基准站分帧数据分帧分帧报头第42页共59页4411基准站分帧基准站分帧基准站分帧中包括载波位定时恢复基准站分帧中包括载波位定时恢复crcr和和btrbtr独特码独特码uwuw站址识别码站址识别码sicsic和指令信号和指令信号cwcw

降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的频率和低仰 角；
电离层：10GHz以下的频率
地表面、地球表面上的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
卫星通信系统
收发地球站
卫星通信网络的结构
星形
网格形
卫星通信体制
1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、
FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等； 2）中频（或射频）调制制度
FM、PSK等； 3）多址联接方式
FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配与交换制度
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
江苏/上海/广东/广西/云南/浙江/四川 /贵州卫视等10套
西藏/陕西/CETV教育/CCTV综合/经 济/国际/军事/农业/英语频道 等10套
中国波束 中国波束 中国波束
11960
左旋圆极化
28800
直播付费业务
中国波束
对地静止轨道
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道

卫星通信设备讲解
1 微波天线
1、1喇叭天线
可参照声学喇叭理解其工作原理
结构：横截面可为圆形或矩形，有的内部为波纹结构。从波导到开 口面横截面尺寸逐渐变大。口面越大，方向性越强。
1 微波天线
1、2抛物面天线
抛物面天线是指带有旋转抛物面作为反射面的微波天线。反射 面由金属板或金属网制成。初级辐射器放在抛物面的焦点上。 由此辐射的射线到达抛物面后经反射形成平行射线，即定向辐 射。
3 应急通信天线
3、5可拆卸“静中通”车载卫星通信天线
可拆卸“静中通”车载卫星通信天线，即便安装在不同车辆的、可以方 便拆卸的卫星通天线。可以根据执行任务的公路等级不同，换不同的车型。 像“静中通”车载卫通天线一样，可以快速地开赴现场，投入工作。如下图 所示：
3 应急通信天线
3、6便携式卫通天线
结构举例:平面型,微带贴片 6、4卫星通信设备 网状网VSAT设备 4 天线性能与主要指标 3、7背负式/箱式卫通天线 F为焦点，从F发出的射线，到达抛物面上任一点，理想情况下，反射线均与Z-Z’轴平行，从而构成沿Z-Z’轴向的定向辐射。 4 天线性能与主要指标 结构举例:平面型,微带贴片 利用多馈源构成的多波束天线 1、3抛物面天线原理 接收滤波器：就是一个低通滤波器，就是要有足够大的衰减，因为发射假 2 卫星通信天线的波束覆盖 作用是要阻掉携带的其它噪声，否则 该型天线没有自动跟踪及伺服装置，其使用前需对用户进行培训。
2 卫星通信天线的波束覆盖
采用不同射频产生点波束所需天线口径
2 卫星通信天线的波束覆盖
多波束覆盖
2 卫星通信天线的波束覆盖
2、4赋形波束覆盖
所谓赋形波束覆盖，是指卫星天线系统通过波束形成网络产生与地面通信 区域形状相匹配的天线波束，即该波束在地球表面上的“足印”恰好重合覆 盖在一定表面形状的通信区域上。

高带宽传输
卫星互联网采用高带宽的卫星 转发器，能够提供高速的互联 网接入服务。
灵活组网
卫星互联网可以根据用户需求 灵活组网，满足不同规模和不
同需求的用户接入需求。
卫星导航定位系统
卫星导航定位系统
利用卫星信号实现导航和定位功能。
高精度定位
卫星导航定位系统可以实现高精度的 定位，满足各种导航和定位需求。
覆盖范围广
卫星电视广播的覆盖范围广泛，可以覆盖全 球或特定区域。
多频道传输
卫星电视广播可以实现多个频道的传输，满 足不同观众的需求。
高质量信号传输
卫星电视广播采用高功率的卫星转发器，能 够实现高质量的信号传输。
卫星移动通信
卫星移动通信
利用卫星转发器实现移动终端（如手机）之间的 通信。
高速数据传输
卫星移动通信可以实现高速数据传输，满足用户 对语音、数据和多媒体通信的需求。
卫星通信与地面移动通信的融合
总结词
融合将带来更加丰富的业务模式和服务体验。
详细描述
通过融合卫星通信和地面移动通信，可以开发出更加丰富的业务模式和服务体验，例如 基于位置的服务、应急通信、物联网应用等。这将为用户带来更加便捷、高效总结词
低轨道卫星通信系统将提供更低延迟、 更高带宽的数据传输服务，满足不断增 长的用户需求。
信道编码原理
信道编码是一种用于提高数据传输可靠性的技术。通过在 数据中添加冗余信息，信道编码可以在接收端检测和纠正 传输过程中的误码。
常见编码方式
常用的信道编码方式包括线性分组码、循环码和卷积码等 。这些编码方式具有不同的特点和适用场景，选择合适的 编码方式可以提高卫星通信系统的性能。
编码增益
信道编码可以在一定程度上提高系统的抗干扰能力，从而 提高通信系统的可靠性。这种由于信道编码而带来的性能 提升称为编码增益。

为了提高星载转发器的可靠性，一些容易失效的模 块或器件都有冗余配置，并配有各种切换开关，以 便在工作单元失效时切换至备用单元 。
通信导论卫星通信课件
16
3.遥测指令分系统
l）遥测部分
此部分主要收集卫星上设备工作的数据，如电流、
电压、温度、传感器信息、气体压力指令证实等信 号。这些数据经处理后送往地面监测中心站。
通信导论卫星通信课件
34
(2)处理转发器
指除了信号转发外，还具有信号处理功能 的转发器。与上述双变频透明转发器相比，处 理转发器只是在两级变频器之间增加了信号的 解调器、处理单元和调制器。先将信号解调， 便于信号处理，再经调制、变频、功率放大后 发回地面。
通信导论卫星通信课件
35
3 卫星通信地面站
卫星通信系统
一.通信卫星 二.同步通信卫星组成
三.卫星通信系统特点 四.卫星通信系统的组成与原理 五.数字卫星通信系统 六.卫星地球站
七.典型数字卫星通信系统介绍
通信导论卫星通信课件
1
一.通信卫星
地球卫星都有自己的运行轨道，这种轨
道有圆形，也有椭圆形，轨道所在的平 面称为轨道面，轨道面都要通过地心。
调
发
路
制
射
复
器
机
用
多
路
调
接
分
制
收
离
器
机
双
双
工
工
器
器
天线 馈电 设备
发
调
多
射
制
路
机
器
复
用
多
接
解
路
收
调
分
机
器
离

16
轨道位置
2006卫星通信工程师培训
1 概述
1、6 卫星通信的特点
卫星通信的优点 无缝隙覆盖能力 宽域的复杂的网络拓扑构成能力
17
移动性 距离不敏感性
2006卫星通信工程师培训
1 概述
1、6 卫星通信的特点
卫星通信存在的问题 时延问题 高速宽带问题
18
高性能、低误码率问题 网络控制协议优化设计问题 轨道/频谱分配与干扰协调问题
降雨、冰晶
主要影响对象 大约10GHz以上的频率
C和Ku波段的双极化系统（与系统配置有关） 20
折射、大气层的多径 信号闪烁
大气层中的大气
对流层和电离层的 折射率起伏
低仰角时的通信和跟踪
对流层：10GHz以上的频率和低仰角； 电离层：10GHz以下的频率
反射多径、阻挡 传播时延、变化
系统间干扰
地表面、地球表面上的物体 对流层、电离层
2006卫星通信工程师培训
2 卫星通信的电波传播和工作频段
2、1 电波传播
大气吸收损耗
气压＝1个标准大气压
22
温度＝20C 水蒸气含量＝7.5g/m3
频率（GHz）
2006卫星通信工程师培训
总的天顶衰减（分贝）
2 卫星通信的电波传播和工作频段
2、1 电波传播
大气吸收损耗 大气吸收存在两个吸收峰值点：第一个峰值点 在 22.3GHz频率处，主要是由水蒸气(H2O)谐振吸收
11
2006卫星通信工程师培训
1 概述
1、3 卫星通信系统的组网形式
星状网 Star-like network
12
网状网 Mesh-like network
2006卫星通信工程师培训

卫星广播的规范DVB-S是用于Ku频段传输 多路SDTV和HDTV的信道编码和调制系统。
精品课件
23
8.4 卫星数字电视传输标准
DVB-S既可以用于一次节目分配——直接
向用户提供SDTV和HDTV的直接到家DTH
复
散编 织编 形
用
码
码
信源部分
信道部分
图8-2 卫星数字电视广播系统上行站框图
精品课件
11
精品课件
12
8.3.1 RS编码技术
RS码的相关参数：
符号的尺寸：m比特
码长：N（个符号）
N=2m-1（符号）=m(2m-1)（比特）
信息长度：K（符号）=mK（比特）
最小码距：dmin=N-K+1=2t+1 能纠正t个符号的错误
卫星电视广播系统除直播业务外，也支持 电视节目的分配。
精品课件
3
8.1 引言
20世纪90年代：根据ITU-R601建议，通 常将码速率压缩到5Mb/s即可达到PAL制广播 级质量标准，通常称为标准清晰度电视 （SDTV），带宽约5.1MHz。——36MHz 带宽的转发器可传送4～10套节目。
卫星电视广播系统设计原则：如何降低对
接收机的要求，减小其成本。
精品课件
4
8.1 引言
目前的卫星电视广播（直播）系统都工作在 Ku频段，EIRP在49～59dBW的范围。
1979年世界无线电管理会议（WARC）对 卫星广播频段进行了分配：我国处于第三区域， 使用11.7～12.2GHz的频带的24个频道，每 个频道带宽27MHz，频道间隔为19.8MHz。
精品课件
21
8.4 卫星数字电视传输标准
8.4.2 DVB-S传输标准 DVB的概念是20世纪90年代由欧洲DVB组 织率先提出的。

900mm
300mm
900mm
卫星天线底座俯视图
900mm
卫星天线底座正视图
300mm
900mm
► d. 文化共享工程卫星小站接收系统软件部分由卫星 监控系统和信息接收系统两个部分组成。
卫星主站用一定的频 率将制作好的IP数据节目 传送至亚太六号卫星，卫 星转发器将信号转发至卫 星接收天线，DVB卡通过 卫星监控程序将卫星接收 天线收到的信号转换回IP 数据信号并传送给信息接 收系统，信息接收系统将 接收到的节目储存在本地 计算机硬盘指定目录中。
卫星通信系统的分类 ---按高度分
►低高度卫星： 小于5000公里，周期2--4小时 ►中高度卫星： 5千—2万公里，周期4--12小时 ►高高度卫星： 大于2万公里，周期大于12小时
卫星通信系统的分类 ---按同地球表面任一点的相对位置分
►同步卫星：人造卫星绕地球的周期和地球的 自转同步称为同步卫星，它的优点是使用者 只要对准人造卫星就可进行沟通而不必再追 踪卫星的轨迹。
卫星主站通信系统
►卫星主站数据广播系统是一套完全开放构架 的与DVB-S兼容的卫星广播网络系统。
►可为用户提供LAN、视频A/V等接口，传输速 率最大为48Mbps（根据功放的大小）。可完 成卫星远程培训、信息发送、文件传输等多 种形式的高速多媒体应用。
卫星主站系统的设备配置主要包括
►远端用户的管理功能。
主站用户应用系统功能
► １.传送不同格式的文件，包括文件格式及流媒体格式 等，文件大小不受限制；
► ２. 可设定传送方式，定时、循环、定次等能力； ► ３. 具有良好的纠错机制及方法； ► ４. 同时可传送多个节目内容，可设定流量。同时具
► 静止卫星通信系统：利用静止卫星作为中继的通信系统。另 外，静止卫星的组成包括：天线分系统 通信分系统 电源分系统 跟踪遥测指令分系统 控制分系统

3、6便携式卫通天线
便携式卫通天线，为了进一步简化对运载工具的要求，更方便地携带外出 。人们设计了便携式卫通天线系统功能与上述2-3项完全相同，不同地是装 在框架结构以内，或一体式包装箱内。如下图所示
31
3 应急通信天线
3、7背负式/箱式卫通天线
背负式/箱式卫通天线（简易型），该型卫星通信天线更加轻便，把卫星 通信设备可拆卸分瓣天线分别放置于不同的背包/箱内，便于携带和运载，到 达事发现场，只需小于30分钟的时间便可以架设开通。该型天线没有自动跟 踪及伺服装置，其使用前需对用户进行培训。如下图所示
27
3 应急通信天线
3、4“静中通”车载卫星通信天线
“静中通”车载卫星通信天线，即装载于汽车车顶上，用于赶到事发现场 之后，能够自动地、快速地张开天线，构成卫星通信链路，及时地将现场情 况报告给指挥部。对于多个突发事件的现场，尽管比上述“动中通”卫星通 信系统需要数分钟的沟通链路的时间，但仍是一个快速构建的卫通系统。如 下图所示：
33
4 天线性能与主要指标
RaySat天线装车效果图
Comban天线装车效果图
34
5 卫星收、发信设备
5、1高频头（LNB）
35
5 卫星收、发信设备
36
5 卫星收、发信设备
5、2功放（BUC）
Norsat系列 Codan系列
37
5 卫星收、发信设备
12
1 微波天线
多波束天线的构成
13
1 微波天线
利用多馈源构成的多波束天线
14
1 微波天线
1、9相控阵天线
这种天线是通过控制阵列天线辐射单元的馈电相位来实现波束在一定空域 内扫描，或形成多波束，或实现赋形覆盖，或自适应调零抗干扰。

通信稳定性高
相对于地面通信系统，卫星通信系统 受自然灾害和人为干扰的影响较小， 通信稳定性较高。
灵活性
卫星通信系统具有较高的灵活性，可 以快速建立通信链路，满足应急通信 和快速部署的需求。
挑战与问题
传输延迟
设备成本高
卫星通信的传输距离较长，导致信号传输 存在一定的延迟，影响了实时通信的效果 。
卫星通信系统的设备和终端成本较高，限 制了其在某些领域的应用。
广播与电视节目传输
卫星通信系统广泛应用于电视 节目和广播节目的传输，可实 现大范围覆盖和高质量信号传
输。
移动通信
卫星通信系统为移动用户提供 全球覆盖的通信服务，包括海 事卫星通信、航空卫星通信等 。
应急通信
在灾害或紧急情况下，卫星通 信系统可快速建立应急通信链 路，保障救援工作的顺利进行 。
国际通信
无线电波的传输方式
无线电波可以通过直射、反射、折射 和散射等方式传输，其中直射传输是 卫星通信中常用的传输方式。
卫星轨道与覆盖
卫星轨道参数
卫星轨道参数包括高度、倾角、 近地点幅角和偏心率等，这些参 数决定了卫星的覆盖范围和运行
周期。
卫星覆盖区域
根据卫星轨道参数，可以确定卫星 的覆盖区域，从而实现全球或区域 性的卫星通信服务。
总结词
各具特色、服务特定区域或领域
详细描述
除了国际通信卫星组织和中国的北斗卫星导航系统，世界各国还纷纷建设自己的卫星通 信系统，以满足特定区域或领域的通信需求。这些系统在技术、覆盖范围和应用领域方
面各具特色，如欧洲的伽利略卫星导航系统（Galileo）、俄罗斯的GLONASS等。
THANKS
感谢观看
信号衰减
安全保密问题

时处理。
卫星通信网安全防护策略
建立完善的安全管理制度
制定安全操作规程、应急预案等，提高员工的安 全意识和操作技能。
加强密钥管理和访问控制
制定严格的密钥管理制度和访问控制策略，防止 敏感信息的泄露和未经授权的访问。
ABCD
定期进行安全漏洞检测和修复
及时发现和修复系统漏洞，确保卫星通信网的安 全稳定运行。
卫星通信网安全防护技术
01
02
03
04
加密技术
采用对称加密、非对称加密等 算法，确保数据传输和存储的
安全性。
防火墙技术
设置防火墙，过滤非法访问和 恶意攻击，保护卫星通信网免
受外部威胁。
入侵检测技术
实时监测卫星通信网的安全状 况，发现异常行为并及时报警
。
安全审计技术
定期对卫星通信网进行安全审 计，发现潜在的安全隐患并及
04
卫星通信网性能指标
通信容量
通信容量
指卫星通信系统的信息传输能力，通常以每秒传输的比特数（bps）或兆比特 （Mbps）来表示。通信容量受到卫星带宽、调制解调技术、多路复用等因素 的限制。
频谱效率
衡量通信容量与频谱资源利用效率的指标，表示单位频谱内传输的比特数。提 高频谱效率是提高卫星通信容量的重要手段。
03
卫星通信网工作原理
信号传输原理
信号传输方式
01
卫星通信网通过无线电波进行信号传输，包括上行链路和下行
链路。
信号调制方式
02
信号在传输前需要进行调制，常用的调制方式包括QPSK、
QAM等，以提高信号传输效率和抗干扰能力。
信号解调方式
03
在接收端，需要对信号进行解调，还原出原始信号。解调方式