卫星广播系统的构成

卫星广播可以大致分为上行地球站（卫星地面站）、通信卫星或广播卫星、卫星接收站三个子系统。上行站的功能：首先对电视台节目播控中心传送来的信号进行基带处理，然后进行中频调制，形成中频信号，其后通过上变频和高功率放大环节，产生足够强的微波信号馈送至天线上，进一步将卫星广播的上行信号发送到同步轨道的卫星去。

广播卫星的功能：接收发自地球站的上行信号，经过低噪声放大、下变频和功率放大等环节，生成卫星广播的下行信号，通过天线将此信号转发其服务区域之内。

卫星接收站的功能：通过天线接收来自卫星的下行信号，首先经过低噪声放大、下变频和中放等环节，生成卫星接收系统内的第一中频信号，该信号经同轴电缆传送到室内一个或多个卫星接收机，在接收机内部，进一步产生第二中频信号，经过中放、解调、等处理，分别还原出视频和音频信号，作为个体接收这些信号可直接输入电视机，而作为集体接收系统来说，视音频信号则输送到有线电视系统前端内的调制器，进一步形成射频信号，传送到该系统内的每一个用户端。

卫星广播电视接收系统介绍

卫星接收系统又称为卫星接收站，它由卫星接收天线、高频头、第一中频电缆、功分器和卫星接收机等几部分组成，如下图所示, 

卫星接收天线将广播卫星传送的电磁波接收下来，然后送入高频头。C波段的卫星下行频率是3700～4200MHz，带宽为500 MHz，其内采用了频率复用技术共安排了24个卫星转发器，每个转发器的带宽是36 MHz。Ku波段的情况不很统一，转发器的数量和转发器的频带宽度也不大一样。

（C波段，频率从4.0- 8.0GHz的一段频带，Ku波段，12-18GHz频段  10.7-12.75G）

1.卫星接收天线：

卫星接收天线的作用是，有效地接收卫星辐射到地面的电磁波，并将它传送高频头之内。卫星接收天线的类型有反射面天线和微带天线。反射面天线是由反射面和馈源两部分组成的，馈源本身就是一种天线。在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种形式，而从作原理上来分，卫星广播系统中使用的反射面天线可以分为旋转抛物面线、卡赛格伦天线、格里高利天线、球形反射面天线等几种类型。有线电视系统中常用的为旋转抛物面天线中的前馈与偏馈天线。

2.高频头功能是：（1）低噪声放大，（2）下变频，（3）中频放大。将C波段和KU波段信号的下行频率，转换成第一中频950~2150MHZ，通过馈线输送到机房。高频头的供电通常是由卫星接收机来提供的直流电压，电压数值一般在13V~18V之间，通过第一中频电缆输送到高频头。

（从外形上看，C波段高频头比KU波段的大，标记上本振频率不一样，C波段的大部分是5150，KU的是11300）

3.数字卫星接收机：又称QPSK综合接收解码器（IRD），主要完成频道调谐、QPSK解调、信道解码、解复用、MPEG-2解压缩和PAL编码形成全电视信号等功能，对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。高频头对于C/Ku频段的卫星电视节目需要设置不同的本振频率。

4.功分器：从结构上，可分为无源功分器和有源功分器，功分器的功能是：（1）将电缆传送到室内的一路第一中频信号平均分配几路，提供给各个卫星接收机，（2）对各个卫星接收机进行比较有效的隔离，尽量减少各个接收机之间的干扰。

（与分支分配器的区别）功分器的口芯与功分器的金属外壳的直流电阻为无穷大，分支分配器的口芯与与其金属外壳的直流电阻为零是短路的。

5.线路放大器：其作用是弥补电缆产生的损耗，在卫星天线与系统前端的距离过远的情况下使用。

卫星接收系统的安装与调试

数字卫星接收系统的安装与调试可以分为机械部分和电气部分。

1.机械部分要考虑天线的风荷，由于福建处多台风地区，天线抗台风能力应大于12级，必要时需钢绞线固定，天线基础的承重应按相应的标准。特别是在高楼楼层面安装时，应将天线基座固定在承重梁上，如果梁的承重不够的话，应在梁的上方安装“工”字槽钢，而且槽钢的设计应符合相关安全、承重设计。

2.在电气部分，应从以下方面考虑

1)天线位置的选择：主要考虑减轻地面微波中继线的干扰；以及还要考虑在天线的主瓣方向上是否存在遮挡物。对于卫星接收天线来说，要求在距天线波束中心（即天线方向图主瓣的中心线）5度的范围以内，不能有任何建筑物、电线、树、山峰等遮挡物存在。

2)天线的防雷：应该按照国家标准《建筑物防雷设计规范》（GBJ5783）来实施。

3)若卫星接收天线附近已经有合格的避雷针的话，同时卫星天线有处于该避雷针的有效防护区域之内，则无需给卫星接收天线加装避雷针，但此时要求卫星底座的接地电阻要小于4欧，避雷针一定要位于卫星接收天线的背面，否则它会对天线产生遮挡。

4)若卫星接收天线处于空旷地带或处于有避雷针的有效防护区域之外，这种情况下应该在天线的背面安装符合防雷规范的避雷针，或直接在天线主反射面上单独焊接一个长度约为2.5m，直径约0.02m的避雷针，材料应该选择镀锌的圆钢，顶部成针状

5)卫星广播电视接收系统中，天线、馈源、高频头、卫星接收机、电视机等部件用电缆和接插件连接过程中，做好防雨、防漏、匹配工作，确保最大功率输出，在节目接收过程中不应有黑屏、马赛克等误码现象（雨衰、日凌等因素除外）。

6)高频头到前端机房的馈线应固定绑扎好，防止被风刮断。

3.天线的安装与调试步骤

1)将天线安装在天线的基础上之前，应确保组装天线过程不应产生变形。

2)正确地安装好馈源，确保馈源位于反射面的焦点处。

3)接收线极化波时（垂直与水平极化），则要调整好极化角，调整过程中，注意位于接收地点西南方向的卫星与位于接收地点东南方向的卫星的极化角调整方向是完全不同的，以前馈天线为例，从馈源向反射面看，在接收正南方向的卫星时，馈源法兰盘的窄边代表了天线的极化方向；在接收西南方向的卫星时（接收地点的经度大于卫星的经度），需要将馈源逆时针转动一个极化角；而接收东南方向的卫星时（接收地点的经度小于卫星的经度），需要将馈源源顺时针转动一个极化角。

4)在天线、馈源、高频头安装完毕后，可由高频头输出的馈线联接到天线下面的临时系统，现在大部分的卫星接收机都有信号场强指示，事先确定好一个卫星节目，所需参数举例如下,并在卫星接收机调整好各项参数，在显示器上指示卫星场强。下一步调整天线的仰角与方位角。

为了将接收天线对准广播卫星，在每一个卫星接收地点都要确定该点接收天线的仰角和方位角。仰角和方位角可以有很多现成资料直接查询得到。也可以通过公式计算的方式得到，下面介绍用矢量代数法计算仰角和方位角的计算公式，具体过程可参考其它资料。

a)接收天线仰角 EL 

注：为接收地点的纬度，经度为,卫星的经度为，接收地点与卫星的经度差称为相对经度， ，

b)接收天线的方位角AZ

Tan AZ=tan/sin，南：AZ=，西：AZ=，东：AZ=-

●天线的仰角由所接收节目的卫星来确定，并通过查表或计算得出具体数值，若能在天线上找到一个与天线口面平行的平面，利用普通的量角器就可以方便地确定出天线的实际仰角，如下图所示，分别为前馈天线和偏馈天线的仰角确定方法。

●天线方位角的确定：有二种情况

a)以正北为，顺时针转动，如亚洲3S的卫星方位角为。

b)以正南为，顺时针转动（偏西）为正，如亚洲3S的卫星方位角为，逆时针转动（偏东）为负。

6)此时观察卫星接收机输出的信号场强指示，并以确定的方位角左右转动天线，直到信号场强指示值最高。这样天线的调整工作就算好了，拆除临时接收系统，将高频头引下线连接好，并绑扎固定，在接头处上好防雨胶带，这样卫星接收系统就算调试好了。

卫星天线系统的日常维护

1.保持馈源和反射面的清洁，不要让馈源进水、结冰，不要让反射面积水、积雪或让其它杂物覆盖，否则卫星信号将受到一定程度的衰减，影响卫星信号的接收。

2.接收Ku波段的数字卫星广播时，要注意雨衰对卫星接收的影响，下大雨时，Ku波段的信号影响较C波段的严重，甚至信号中断。适当地加大接收天线的口径可以在一定程度上减轻雨衰的影响，但是不可能根本解决雨衰的问题。

3.每年的春分前和秋风后会发生日凌现象，此时前端机房所接收的卫星信号将出雪花、马赛克、黑屏现象，因此值班人员应根据当地的日凌影响时间，在日凌结束后，对未恢复信号的数字卫星接收重新开机。

4.除了以上的维护外，应每周检查卫星接收机场强指示，每月检查卫星接收天线的接收方向和加固情况，每个季度对接收天线进行全面性能检查和维护。

知识拓展：

数字卫星广播的发展方向

从C波段逐步向Ku波段过渡：C波段卫星的下行频率为3.7～4.2GHz，虽然其技术成熟，但同时也是地面微波所用的波段，因此卫星接收站易受地面微波干扰，同时上行地球站的选址较严格。另外，C波段通信卫星下行波束宽、覆盖面大，到达地面的信号功率密度较小，加之频率较低，为达到良好的广播电视接收效果，地面接收天线口径需3－4.5m以上。而Ku波段的下行信号使用12 GHz，该波段波长短，下行波束窄，可使用小口径天线接收Ku波段传送的广播电视信号。

采用Ka波段：Ka波段的频率范围为26.5-40GHz,其段内的电波波长约在1.5cm左右，所以接收天线的口径可以更小，更有利于直播卫星业务的推广。

本振频率

本振频率由本振电路产生，它产生的高频电磁波与所接收的高频信号混合而产生一个差频，这个差频就是中频。

当本振频率高于信号频率时（本振频率比信号频率高一个中频），称为高本振，而当本振频率低于信号频率时（本振频率比信号频率低一个中频）就称为低本振。由于本振频率不容易作得很高，因此Ku波段高频头多采用低本振，而C波段的高频头多采用高本振。高本振和低本振比较而言，高本振抗干扰能力较强，也加之C波段和通信频段共用更易受到干扰，而Ku波段属于卫星广播电视专用的频段相对而言干扰少一些。由于C波段和Ku波段高频头输出的频率都在卫星接收机第一中频范围之内，所以才使C波段和Ku波段卫星接收机兼容成为可能。接收C波段时，由于C波段的下行频率在3700~ 4200MHz，高频头本振频率都相同为5150MHz，所以接收C波段时都使用本振相同的高频头。现在C波段的下行频率已从原来3700MHz扩展为3400MHz，相应的频带也由原来的500MHz带宽扩展到800MHz。因此在C波段内接收时，也存在选择高频头接收频率范围的问题，应选择所接收频道的下行频率在高频头接收范围之内。

双本振高频头，这种双本振高频头具有两个本振，一个本振是5150MHz，另一个本振是5750MHz，这两个本振对水平、垂直极化信号分别处理。在 3700～4200MHz范围内的两个极化信号就被分别差出950~1450MHz（5150一4200=950；5150—3700=1450）和1550～2050MHz （5750-4200=1550；5750—3700=2050）互不重叠的中频频率，而可以在同一根电缆中传送给卫星接收机，配合宽带950～2050MHz卫星接收机，就可以同时接收。

在工程上接收同一颗卫星的两种极化信号无须同时使用二个单极化高频头(双极化馈源上安装两个单极化高频头），只用这一个高频头便可把两种极化信号同时接收下来，再配以适当的功分器和卫星接收机，便可有不同极化的信号同时输出

Ku波段频率高，下行频率范围在10.7~12.75GHz之间，带宽达2.05GHz，这比C波段带宽宽4倍。为了制造容易又能保证指标的Ku高频头选用了低本振，这样就降低了制造难度，又由于Ku频带宽，选用一个本振频率很难做到Ku波段全都适用，而采用缩小频带范围在不同的频带范围设置不同的本振频率。目前市场上常见到的本振频率有9.75GHz、10.6GHz、10.75GHz、11.25GHz，11.3GHz等。

极化波

频率复用。

电磁波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的轨迹来表示电磁波的极化。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化，圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。

当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。若电场矢量在空间描出的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。

通常，全球波束和板球波束采用圆极化方式，而服务局部区域的波束则往往采用线极化方式。因为广播卫星一般是服务于特定区域的，所以广播卫星大多采用线极化方式。

DVB-S、DVB-S2：

数字卫星广播系统标准。DVB-S方式，就是符合欧洲电信标准ETS300412的数字卫星广播方式(由ESTI欧洲电信标准学会制定的)。DVB-S2是由JTC（联合技术委员会）制定的。DVB-S2标准是在DVB-S的基础上开发的。

标准内，详细描述了数字卫星广播中数字信号的信源编码、信道编码方式、和调制方式。

DVB-S对信源的格式有严格的规定，即MPEG TS流，而DVB-S2则灵活得多，实现了对多种数据输入格式的支持，扩展性大为增强。

DVB-S2支持包括MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4AVC（H.2）、WM9在内的多格式信源编码格式及IP、ATM在内的多种输入流格式。作为当前信道编码和信源编码的最新成果，DVB-S2和MPEG-4AVC（H.2）的结合颇受业界瞩目。

与DVB-S采用单一的QPSK调制方式相比，DVB-S.2有更多的选择，即QPSK、8PSK、16APSK、32APSK。对于广播业务来说，QPSK和8PSK均为标准配置，而16APSK、32APSK是可选配置。

与DVB-S相比，在相同的传输条件下，DVB-S2提高传输容量约30%以上，同样的频谱效率下可得到更强的接收效果。

卫星条件接收

在发送端，利用某个密钥(key)将所要传送的节目信息进行加扰，使其随机化。这样，普通的接收机在接收到没有恢复这些加扰后的节目比特流之前，是无法正常观看节目的。在传输加扰后的节目比特流之前，将加扰所使用的密钥进行加密，然后提前将其传送给机顶盒的CA组件。在接收端，机顶盒的CA组件从比特流的特殊位置中将加密后的密钥取出，通过特殊算法将其解密恢复原始的密钥信息，对接收到的加扰节目信息进行解扰，恢复出正常的节目信息，就可以收看了。

在实际的应用中，密钥的产生、数量及变换的频率是不定的，完全取决于节目的提供者。

　　(1)加扰与解扰

　　为了使订户能得到相应的服务，要对传输码流进行加扰，其过程就是在发送端将原始信息由伪随机序列进行实时扰乱控制，伪随机序列的产生则由控制字发生器来进行控制。接收端也有一个和发送端结构相同的伪随机序列产生器，只要收发两端间的序列同步（即用同一个初始值启动），接收端的伪随机序列（解扰序列）就可用来将加扰信息恢复为原始信息，为了达到同步要求，必须由发送端向接收端发送一个去同步伪随机序列的起始控制字（是一个随机数）。起始控制字(cw)作为解扰密钥使用。

　　(2)控制字加密与传输控制

　　有条件接收的核心是控制字cw加密与传输的控制。在采用MPEG-2标准的数字电视系统中，与节目流有条件接收系统相关的有两个数据流：授权控制信息ECM和授权管理信息EMM。

　　由业务密钥SK加密处理后的cw在ECM中传送，ECM中还包括：节目来源、时间、内容分类和节目价格等节目信息。对cw加密的SK在EMM中传送，SK在传送前要经过用户个人分配密钥PDK的加密处理，EMM中还包含地址、用户授权信息。这是一种三层加密机制。

　　(3)用户管理系统

　　用户管理系统(简称SMS)，是指采用数字技术及网络技术，对用户收看数字电视节目以及进行多功能信息服务的运营管理系统。数字电视SMS通过对用户订购信息的记录与处理，形成用户数据库，并经由与CAS的接口，向CAS发送用户授权管理信息(EMM)的基本数据，CAS据此实现对用户收看数字电视节目的控制。系统通常采用三层体系结构，包括数据库服务器、应用服务器和客户端应用程序。

　　(4)智能卡

　　智能卡是一张塑料卡，内嵌入CPU、ROM(EPROM，E2PROM)和RAM等集成电路，组成一块芯片。智能卡中有一个专用的掩膜过的ROM，用来存储用户地址、解密算法和操作程序，它们不可被读出。如果想用电子显微镜来扫描芯片，则EPROM内的信息将被擦除。

　　同时，在芯片内部，数据流在存储器之间的流动也不可能被直接检测出来。这就从根本上解决了智能卡的安全问题。而且，芯片内部寻址的数据是加密的，存储区域可以分成若干的小区，每个小区都有自己的保密代码，保密代码可以作为私人口令使用。智能卡内的数据和位置结构应随卡的不同而不同，否则安全性大大降低。

　　智能卡与外界通过异步总线连接，芯片内的存储器不能直接从外部访问，因而可以有效的防止非法攻击者的进入。

　　智能卡的软件包括：基本QOS功能，标准通信接口，ECM处理，EMM处理，解扰控制字生成等下载本文