06197现代通信技术（第2版）魏东兴冯锡钰卫星章节9章

1、第九章 卫星通信网,9.1 卫星广播电视网 9.2 VSAT网 9.3 全球定位系统GPS,本章主要内容,9.1 卫星广播电视网,两大类传输方式： 模拟传输方式，又称为调频方式； 数字传输方式。,利用卫星转发电视信号，是电视广播技术上的一次飞跃，因为卫星通信与利用地面微波中继或同轴电缆系统相比有明显的优势。利用卫星进行电视广播，覆盖区域广，而且其性能稳定可靠，运行成本相对较低。所以卫星电视广播几乎覆盖了世界上所有的国家和地区。,9.1.1 卫星电视广播系统的组成,组成： 电视节目中心、上行地球站（简称上行站）、广播卫星(转发器)、车载移动地球站与转播站、电视接收站TVRO,1.上行地球站,作用： 发：是把电视节目中心(电视台)送来的电视信号加以处理、调制、滤波、中放、上变频和功率放大后，经天线发向卫星； 收：接收卫星转发回来的电视信号，以监测自身的节目质量。,数字卫星电视上行地球站组成,2. 广播卫星（转发器）,应用于电视广播系统的卫星主要是静止卫星，作用是接收来自上行站的已调信号（上行频率），经放大、变频等处理后，变成下行频率，并以适当的极化方式，向服务地区转播电视节目。目前，绝大部

2、分电视信号均采用数字卫星传输技术 （如DVB-S标准），通过高效的视频压缩编码技术，使信道利用率大大提高，可在一个卫星转发器传输多路电视信号。,3. 卫星电视接收站(TVRO),个体接收 集体接收,LNB 的调整,9.1.2 数字卫星电视广播,1.数字卫星广播的优点,(1) 图像质量高。这是数字传输方式本身的优点，采用相应的差错控制编码技术，抗干扰能力强，噪声影响小；而且采用相关的图像压缩编码标准使传输到用户端的图像分辨率大大提高。 (2)卫星信道的利用率高，经济效益显著。采用图像压缩编码加数字调制技术，可在保证传输一路电视信号所需带宽在7MHz以内，如在一个标准的C转发器的36MHz的带宽内可同时传送五路电视信号（见图8-2 P161），大大提高了卫星信道的利用率，对电视节目提供商来说，则可以节省卫星转发器的租金，降低运营成本。 (3) 便于实现电视信号的有偿服务。对数字电视信号进行加扰加密，非常简便安全，有利于开展电视付费业务。 (4) 数字卫星电视有利于过渡到利用卫星传送数字高清晰度电视（HDTV）。 (5) 能够提供多路多声道的伴音信号。这是由图像压缩编码标准决定的，目前的图像

3、压缩编码标准中包含了多路伴音的压缩编码，而且伴音的音质质量很高。 (6)能提供多种服务。可利用数字卫星电视广播信道提供数据服务，采用相关的标准将图文电视、股票信息、电子报纸等数据压缩后发布给用户。并可以提供有选择的双向电视服务，如视频点播（VOD）及互动电视等。,2.数字卫星电视传输的制式,(1) DVB-S技术 欧洲的数字视频广播（DVB）主要分三部分：DVB-S、DVB-C和DVB-T，分别用于卫星广播、有线电视和地面（无线）广播。其中的DVB-S已经被包括中国在内的许多国家采用，已成为数字卫星广播的主流技术。 DVB-S的技术要点包括：图像压缩编码采用MPEG-2标准；信道编码采用了卷积码和Reed-Solomon码(R-S码)；信道调制方式为QPSK；适用于不同带宽的卫星转发器；允许节目的复用，在传输电视节目的同时，可以传输声音业务和数据业务。目前，在中国通过卫星传输电视节目的各省市区电视台基本上都采用DVB-S技术。,(2) Digicipher技术,GI公司 Digicipher-I技术，其图像压缩编码方式类似MPEG-1标准，但不兼容MPEG-1。采用Digicipher

4、-I技术编码的图像分辨率低。另外，该技术只能传输NTSC制式的电视信号，如果传输SECAM和PAL则必须先经过制式的转换。 Digicipher-II技术，同Digicipher-I一样，Digicipher-II支持多频道数字电视传输，并且可以进行数字音频、数据和图文传送。Digicipher-II改进的方面主要包括：图像压缩编码方式与MPEG-2标准兼容，伴音信号压缩采用AC-3技术，可直接传输PAL制电视信号，无需制式转换。 中国中央电视台先后采用了Digicipher-I和Digicipher-II技术完成了加密频道电视信号的卫星传输。由于中国已经将DVB-S技术作为数字卫星电视广播的试行标准，所以Digicipher技术最终是会被DVB-S技术取代的。,3. 卫星广播系统的实例“村村通”卫星电视系统,系统包括三部分 卫星节目中心、上行段及空间段、“村村通”用户TVRO, 节目中心,接收CCTV及各省市区的电视节目，其中CCTV的节目是由光缆传送到卫星节目中心的，各省市电视台的节目由节目中心的接收站从各个不同的卫星接收下来。 然后节目中心将所有电视信号进行压缩（MPEG-2）、

5、加密处理，因为“村村通”电视信号实行有条件接收，对用户实行有条件管理的政策。 最后将处理的信号通过上行地球站发射给卫星。,上行段及空间段,用户接收系统包括地球单收站、经过授权的智能卡等设备。其中智能卡完成解密、解压缩的功能，将电视信号还原后，再由地面传输系统（有线电视网CATV系统或地面无线发射台）向个体用户传输。, “村村通”用户TVRO,上行段及空间段。上行地球站天线为13米口面直径天线，工作于Ku波段，转发器为鑫诺1号卫星的转发器。,（2）系统特点, 社会效益显著。“村村通”工程虽然耗资数十亿元，但其覆盖范围大，解决了偏远地区尤其是西部地区的上亿人口收看电视的问题。 电视信号传输质量高。由于采用了全数字的信号传输手段，使传输电视节目的质量大大提高。 户接收站成本较低。由于CCTV和各省市电视节目和部分境外节目加在一起共四十多套电视节目经过压缩处理后由一个卫星转发，地球站只需一副天线即可实现接收，大大节省了数量众多的接收用户的地球站（TVRO）成本。 采用加密技术便于管理。各地球站的接收必须经过节目中心对其接收机只能卡进行合法授权，实现有条件收看。可以阻止本系统用户收看其它卫星直播

6、平台(包括境外的和境内的)播出的节目(包括不加密的免费节目)；平台管理员可从前端即时开放或关闭任一用户的智能卡；平台管理员可从前端对任一频道内的任何节目进行授权控制，即时更改节目类型(如免费收看还是付费收看)；可对某个地区进行区域关闭，使区域内所有用户都无法收看某个特定节目。例如当某地区有一场重要足球比赛时，使用区域关闭功能关闭该地区电视节目传输，鼓励用户去现场观看比赛，而非该地区用户仍可收看该场比赛实况。,9.2 VSAT网,1. 基本概念,甚小口径（天线）数据终端（VSAT），称为“甚小口径（天线）地球站”，或简称为小站。 所谓“小”：天线口径小、业务量相对较小、设备简单、价格低、基建规模小、维护人员少、耗电量小等。 VSAT站是一种具有甚小口径天线的、智能的卫星地球站，很容易在用户办公地点安装。而VSAT卫星通信网则是由大量的微型站与一个大型中枢地球站（主站）协同工作，组成VSAT网。通常，可以通过VSAT网进行单向或双向数据、话音、图像及其它业务通信。,9.2.1 概述,推动VSAT发展的技术因素：,大规模超大规模集成电路 微波与固态功放 高增益低旁瓣天线的小型化 微型计算机技

7、术 高效灵活的多址联接技术 分组传输和分组数据交换技术 扩频通信 差错控制、数字调制解调技术 数字信号处理技术 卫星大型化技术等。,2. VSAT的特点,(1) VSAT站“小”。 其设备简单、体积小、重量轻、造价低、安装容易、功耗低、维护操作简便。VSAT一般工作在Ku波段（也有的工作在C波段），使其天线口径小，约为0.32.4米，发射功率可低至12W，可以方便地安装于庭院、屋顶、阳台、窗口等处。 (2) 具有智能的地球站。 整个VSAT网络，包括大量的VSAT小站在内，采用了一系列、新技术并加以优化、综合，将通信与计算机技术有效地结合在一起，系统在信号处理、各种业务的自适应、改变网络结构及网络容量的灵活性以及网络控制中心对关键电路进行工作参数的检测和控制管理功能等方面，都不同程度地使用了计算机，即所谓的智能化。中枢站使用功能强的计算机，VSAT站使用微型计算机，系统中软件所完成的工作占很大比重。 (3) 组网灵活，接续方便。 由于计算机通信的发展、各种数字网络协议的不断完善以及网络部件的模块化，使得VSAT网络易于调整和扩展，以适应用户业务量的增长及用户使用要求的变化。,2、VSA

8、T的特点（c1）,(4)通信效率高、性能质量好、可靠性高、通信容量可以自适应，适于多种数据率和多种业务类型，便于向ISDN过渡。 (5) 可建立直接面向用户的直达电路，特别适合于用户分散、业务量轻的边远地区以及用户终端分布范围广的专用和公用通信网。 (6) 多址方式多样化。视各种具体情况（如VSAT小站的总数、每个小站的业务量、数据率的高低等），可选择FDMA、TDMA、CDMA三种多址方式中的一种或混合方式。,3、VSAT的发展与应用,1) 初期阶段（1980年以前1980年）。1980年出现了C波段单收的VSAT，同时出现了大功率卫星，使VSAT终端的应用成为可能。这一时期的VSAT使用扩频调制技术，提供低数据业务（一般小于9600bps）。主要用于单向数据传输，如商品信息业务的新闻报导等。此阶段也研究了ALOHA争用信道方案的算法，证实了进行双向数据传输的可行性。 2) 第一代VSAT（1983年1988年）。第一代产品于1983年出现了双向、交互式的数据传输系统，工作于C波段。在此期间，休斯公司推出第一个高速Ku波段的VSAT。由于Ku波段VSAT的速率较高，美国联邦通信委员会

9、（FCC）的批准要求较简单，所以它得以迅速普及。这一代VSAT的特点是：主要使用Ku波段；应用于数据通信；星状的网络结构；SCPC、RA/TDMA等多址方式；以硬件定义的多路复用网络（即用硬件定义多端口、多规约、多用途系统）。,（1）VSAT的发展概况,（1）VSAT的发展概况（续）,3）第二代VSAT（1988年现在）。这一代VSAT将在一些新的应用中起重要作用。如高速数据广播、图像传送、综合数据和话音，以及移动数据通信等。总之，VSAT正从单纯数据型向数据、话音和图像信号综合化传输方向发展；VSAT还进入了ISDN领域，用其实现LAN与LAN的互联，LAN与WAN的交叉桥接等。 第二代产品的主要特征为： 采用分布式（不是用中枢站集中控制）的网络管理。网络管理者不仅能发现问题，而且能在控制台上改变和调整网络的配置；网络管理的另一特点是：能在网络中规定虚拟子网络。这一能力使公司内的一个部门完全自控并不受主网络制约地管理其子网络，就好像该部门拥有自己的专用网。 网络结构方面能支持以标准数据通信协议为基础的交换网络，可提供多主站连接，点对点（或远端一远端）通信和混合地面/卫星网络的组合进行通信。系统采用开放式结构，可保证将来与其它组网方案相兼容。 带宽管理方法（也即多址方式）：带宽管理的基本问题是平衡网络的响应时间和数据吞吐量。第一代中常用的方法是P-ALOHA、S-ALOHA和TDMA等。这一代将采用混合带宽管理技术提供最佳的网络响应时间和数据吞吐量，例如自适应预约S-ALOHA多址技术等，为随机TDMA（RA/TDMA）和TDMA模式之间提供动态转变。 VSAT站本身的设计将采用高性能计算机系统，精简端口扩展所需的硬件设备，因此最大限度地减少电路、组件和连接器的数量，以提高可靠性。每个VSAT皆有独立卫星接续单元，以允许在一个端口可传输分组交互性的数据业务，而且一般有多个（如34个）端口。 用软件来定义、修改网络配置，系统灵活性大大提高了。,（2） VSAT的应用场合,VSAT主要提供各种非话音业务，如数据、视频、Internet接入、VPN等。 VSAT网提供的典型业务有： 广播和分配业务，包括：数据、图像、音频、视频、TVRO、商业电视（BTV）等。 采集和监控业务，包括：数据、视频等。 双向交互

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