淺談Ku衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用

林 君 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

淺談Ku衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用

林 君 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

移動(dòng)衛(wèi)星通信是現(xiàn)代衛(wèi)星通信是現(xiàn)代衛(wèi)星通信的一個(gè)重要發(fā)展方向，隨著衛(wèi)星通信向高頻段（K頻段、K頻段）發(fā)展，移動(dòng)衛(wèi)星通信也必然要走向更高頻段。本文就Ku頻段衛(wèi)星技術(shù)展開討論，以Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播為例 ，來(lái)闡述Ku衛(wèi)星技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

Ku頻段；衛(wèi)星技術(shù)；應(yīng)用

衛(wèi)星通信具有廣域覆蓋的特點(diǎn)，且不受時(shí)間、天氣和地形的限制。Ku頻段頻譜資源豐富，有條件建設(shè)寬帶大容量衛(wèi)星通信系統(tǒng)，能同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像和視頻業(yè)務(wù)，在應(yīng)急通信中彰顯優(yōu)勢(shì)。

Ku頻段星載天線的尺寸和轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率有限，而衛(wèi)星距離地球表而的垂直距離約為36000 km，電波傳播損耗大，雨衰嚴(yán)重。為了建立可靠的高速率通信鏈路，要求地而站天線達(dá)到足夠的增益。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于小型地球站，其天線增益應(yīng)至少達(dá)到28 dBi，天線波束寬度小于50。作為衛(wèi)星通信的移動(dòng)載體，車輛、艦船和飛機(jī)在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，其方位、俯仰和橫滾姿態(tài)角度的快速變化均能使天線波束不能準(zhǔn)確對(duì)星，如果天線不能快速、準(zhǔn)確地對(duì)星跟蹤，將導(dǎo)致通信質(zhì)量下降甚至通信中斷。

移動(dòng)載體的姿態(tài)變化以及所在的地理經(jīng)緯度，造成衛(wèi)星來(lái)波信號(hào)與天線存在極化偏轉(zhuǎn)角，如果不能動(dòng)態(tài)調(diào)整天線的極化方向，將對(duì)同頻率極化復(fù)用的相鄰信道進(jìn)行干擾。我國(guó)幅員遼闊，為了兼顧高緯度和低緯度衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，地球站天線波束的仰角掃描范圍為20～90，屬于寬角跟蹤。

1.概述

目前，國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信網(wǎng)中已建成的衛(wèi)星通信地球站均工作在C頻段（4 GHz/6 GHz），由于國(guó)內(nèi)微波通信干線也采用同一頻段，頻率資源十分緊張?jiān)谶x地球站站址時(shí)，需要進(jìn)行復(fù)雜的干擾協(xié)調(diào)工作，這給地球站的建設(shè)帶來(lái)了較大困難近年來(lái)，由于對(duì)信道容量的需求不斷增加，促進(jìn)了雙極化頻率復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用和10 GHz以上頻段應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。

衛(wèi)星廣播是我國(guó)最重要的大眾信息傳播平臺(tái)之一，我國(guó)衛(wèi)星廣播的廣播方式主要有C、Ku兩個(gè)波段隨著數(shù)字電視廣播技術(shù)的發(fā)展，西方國(guó)家已經(jīng)接連關(guān)閉了C波段的數(shù)字模擬信號(hào)，全部采用穩(wěn)定性更好的Ku波段進(jìn)行數(shù)字電視廣播信號(hào)的傳輸，我國(guó)雖然距離廣電視信號(hào)全部數(shù)字傳輸化還有一定距離，但近年來(lái)Ku波段數(shù)字信號(hào)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀也是喜人的。

2.Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播的特點(diǎn)

2.1 Ku波段衛(wèi)星廣播的特點(diǎn)

（1）Ku波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星EIRP較大，加上Ku波段接收天線效率高于C波段接收天線，因此接收Ku波段衛(wèi)星節(jié)目的天線口徑遠(yuǎn)小于C波段，從而可有效地降低接收成本，方便個(gè)體接收；（2）C波段衛(wèi)星廣播遭受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴(yán)重，而Ku波段的地面干擾很小，大大地降低了對(duì)接收環(huán)境的要求；（3）降雨對(duì)Ku波段衛(wèi)星廣播的影響比較嚴(yán)重，其上下行信號(hào)降雨衰耗遠(yuǎn)大于C波段，暴雨情況下Ku波段上行或下行鏈路瞬間雨衰量可超過(guò)20dB，而C波段最大雨衰量一般不超過(guò)1dB。

2.2 衛(wèi)星數(shù)字廣播的特點(diǎn)

Ku波段相比于C波段最大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)在于利用Ku波段我們能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字廣播電視節(jié)目的傳送，這也正是Ku波段大量取代C波段的根本原因所在。隨著數(shù)字壓縮技術(shù)在衛(wèi)星廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，相比于C波段的數(shù)字模擬信號(hào)，人們更加青睞于Ku波段的數(shù)字信號(hào)。

數(shù)字壓縮技術(shù)在衛(wèi)星廣播中的應(yīng)用是廣播電視傳送技術(shù)的一次重大變革，采用MPEG-2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)及MUSICAM 音頻壓縮方法的DVB-S衛(wèi)星數(shù)字廣播具有模擬方式不可比擬的優(yōu)勢(shì)，毫無(wú)疑問(wèn)地會(huì)在衛(wèi)星廣播領(lǐng)域迅速取代傳統(tǒng)的模擬調(diào)頻傳送方式。 （1）利用數(shù)字壓縮技術(shù)的衛(wèi)星數(shù)字廣播極大地降低了傳送的視音頻碼率，對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶及功率需求大大低于模擬方式，同一轉(zhuǎn)發(fā)器可播送更多的節(jié)目，大幅度降低了節(jié)目播出費(fèi)用；（2）衛(wèi)星數(shù)字廣播由于采用了強(qiáng)有力的糾錯(cuò)算法，傳送質(zhì)量很高，接收限很低。與模擬廣播接收質(zhì)量的漸變式劣化不同，只要在接收門限上，數(shù)字廣播信號(hào)就沒(méi)有可察覺(jué)的失真、干擾和衰弱； （3）衛(wèi)星數(shù)字廣播可提供數(shù)據(jù)傳輸和多媒體功能及加擾和授權(quán)的能力，特別有利于直接到戶的付費(fèi)服務(wù)。 Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播結(jié)合了Ku波段及數(shù)字技術(shù)的特點(diǎn)，非常適合于分散的小口徑天線個(gè)體接收，特別是衛(wèi)星廣播電視節(jié)目直接到戶DTH服務(wù)，而由于Ku波段雨衰問(wèn)題比較嚴(yán)重，做為可靠性要求非常高的衛(wèi)星節(jié)目分配業(yè)務(wù)則選用C波段傳送更為有利。

3.Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展

衛(wèi)星廣播傳輸相比于傳統(tǒng)的廣播電視信號(hào)傳輸，對(duì)上行系統(tǒng)有著較為特殊的要求，應(yīng)用Ku波段建立的衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)，相位噪聲更低、幅頻特性更好且群延時(shí)性更優(yōu)。

與C波段模擬上行系統(tǒng)不同之處主要有三點(diǎn).（1）Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)要適合于數(shù)字傳輸?shù)奶厥庖?，這就要求上行系統(tǒng)要有更低的相位噪聲、更好地幅頻特性和群時(shí)延特性； （2）Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)所使用的上行天線波束半功率角度很窄，對(duì)天線的機(jī)械精度和跟蹤精度提出了更高的要求。如國(guó)產(chǎn)Ku波段13米上行天線其主反射鏡鏡面精度達(dá)0.5mmR.M.S，付反射鏡鏡面精度達(dá)0.17mm R.M.S，天線跟蹤精度達(dá)0.013°R.M.S；（3）Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播上行系統(tǒng)要采取上行功率控制手段，以便自動(dòng)補(bǔ)償或消除在衛(wèi)星上行鏈路出現(xiàn)的雨、雪、云、霧等對(duì)上行信號(hào)的衰減作用。

這幾點(diǎn)奠定了Ku波段應(yīng)用于衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)、為了滿足衛(wèi)星廣播信號(hào)傳輸?shù)奶厥庖?，Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播的上行系統(tǒng)天線波束功率角度很窄，且對(duì)天線機(jī)械精度有著極高的要求、為了彌補(bǔ)Ku波段陰雨天信號(hào)衰減率過(guò)高，一般會(huì)采用自動(dòng)補(bǔ)償或上行功率控制的手段抑制不良天氣對(duì)上行信號(hào)的衰減作用。

為了更好的做好Ku波段廣播信號(hào)的上行控制，我們首先可以利用上行天線接收下來(lái)的衛(wèi)星信標(biāo)強(qiáng)度變化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)上變頻器的供方輸出控制，采用該方法時(shí)要注意做好信標(biāo)接收機(jī)和功率控制器斜率的調(diào)整、另一種功率控制方法就是通過(guò)檢測(cè)上行階段的大氣噪聲溫度實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)對(duì)上行大氣噪聲的監(jiān)控我們能夠計(jì)算出信號(hào)衰減數(shù)值，并以此為基礎(chǔ)控制功放輸出功率，保證信號(hào)抵達(dá)衛(wèi)星時(shí)仍然能夠保有較好的質(zhì)量。

目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)基本上關(guān)閉了c波段的衛(wèi)星模擬信號(hào)，Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播以其信號(hào)傳輸質(zhì)量高、個(gè)性化點(diǎn)播、價(jià)格更便宜等特點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代廣播電視發(fā)展的主流。在Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播信號(hào)不斷發(fā)展的前景下，Ku波段衛(wèi)星數(shù)字廣播必然能夠得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用和發(fā)展。

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