淺談Ku衛星技術的應用

林 君 / 中國民用航空中南地區空中交通管理局

淺談Ku衛星技術的應用

林 君 / 中國民用航空中南地區空中交通管理局

移動衛星通信是現代衛星通信是現代衛星通信的一個重要發展方向，隨著衛星通信向高頻段（K頻段、K頻段）發展，移動衛星通信也必然要走向更高頻段。本文就Ku頻段衛星技術展開討論，以Ku波段衛星數字廣播為例 ，來闡述Ku衛星技術的應用與發展。

Ku頻段；衛星技術；應用

衛星通信具有廣域覆蓋的特點，且不受時間、天氣和地形的限制。Ku頻段頻譜資源豐富，有條件建設寬帶大容量衛星通信系統，能同時支持數據、語音、圖像和視頻業務，在應急通信中彰顯優勢。

Ku頻段星載天線的尺寸和轉發器的輸出功率有限，而衛星距離地球表而的垂直距離約為36000 km，電波傳播損耗大，雨衰嚴重。為了建立可靠的高速率通信鏈路，要求地而站天線達到足夠的增益。一般來說，對于小型地球站，其天線增益應至少達到28 dBi，天線波束寬度小于50。作為衛星通信的移動載體，車輛、艦船和飛機在運動狀態下，其方位、俯仰和橫滾姿態角度的快速變化均能使天線波束不能準確對星，如果天線不能快速、準確地對星跟蹤，將導致通信質量下降甚至通信中斷。

移動載體的姿態變化以及所在的地理經緯度，造成衛星來波信號與天線存在極化偏轉角，如果不能動態調整天線的極化方向，將對同頻率極化復用的相鄰信道進行干擾。我國幅員遼闊，為了兼顧高緯度和低緯度衛星移動通信業務，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，國內衛星通信網中已建成的衛星通信地球站均工作在C頻段（4 GHz/6 GHz），由于國內微波通信干線也采用同一頻段，頻率資源十分緊張在選地球站站址時，需要進行復雜的干擾協調工作，這給地球站的建設帶來了較大困難近年來，由于對信道容量的需求不斷增加，促進了雙極化頻率復用技術的應用和10 GHz以上頻段應用技術的發展。

衛星廣播是我國最重要的大眾信息傳播平臺之一，我國衛星廣播的廣播方式主要有C、Ku兩個波段隨著數字電視廣播技術的發展，西方國家已經接連關閉了C波段的數字模擬信號，全部采用穩定性更好的Ku波段進行數字電視廣播信號的傳輸，我國雖然距離廣電視信號全部數字傳輸化還有一定距離，但近年來Ku波段數字信號在我國的發展現狀也是喜人的。

2.Ku波段衛星數字廣播的特點

2.1 Ku波段衛星廣播的特點

（1）Ku波段衛星單轉發器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛星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波段衛星節目的天線口徑遠小于C波段，從而可有效地降低接收成本，方便個體接收；（2）C波段衛星廣播遭受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴重，而Ku波段的地面干擾很小，大大地降低了對接收環境的要求；（3）降雨對Ku波段衛星廣播的影響比較嚴重，其上下行信號降雨衰耗遠大于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20dB，而C波段最大雨衰量一般不超過1dB。

2.2 衛星數字廣播的特點

Ku波段相比于C波段最大的應用優勢在于利用Ku波段我們能夠實現數字廣播電視節目的傳送，這也正是Ku波段大量取代C波段的根本原因所在。隨著數字壓縮技術在衛星廣播電視領域的應用，相比于C波段的數字模擬信號，人們更加青睞于Ku波段的數字信號。

數字壓縮技術在衛星廣播中的應用是廣播電視傳送技術的一次重大變革，采用MPEG-2視頻壓縮標準及MUSICAM 音頻壓縮方法的DVB-S衛星數字廣播具有模擬方式不可比擬的優勢，毫無疑問地會在衛星廣播領域迅速取代傳統的模擬調頻傳送方式。 （1）利用數字壓縮技術的衛星數字廣播極大地降低了傳送的視音頻碼率，對衛星轉發器的頻帶及功率需求大大低于模擬方式，同一轉發器可播送更多的節目，大幅度降低了節目播出費用；（2）衛星數字廣播由于采用了強有力的糾錯算法，傳送質量很高，接收限很低。與模擬廣播接收質量的漸變式劣化不同，只要在接收門限上，數字廣播信號就沒有可察覺的失真、干擾和衰弱； （3）衛星數字廣播可提供數據傳輸和多媒體功能及加擾和授權的能力，特別有利于直接到戶的付費服務。 Ku波段衛星數字廣播結合了Ku波段及數字技術的特點，非常適合于分散的小口徑天線個體接收，特別是衛星廣播電視節目直接到戶DTH服務，而由于Ku波段雨衰問題比較嚴重，做為可靠性要求非常高的衛星節目分配業務則選用C波段傳送更為有利。

3.Ku波段衛星數字廣播上行系統應用技術與發展

衛星廣播傳輸相比于傳統的廣播電視信號傳輸，對上行系統有著較為特殊的要求，應用Ku波段建立的衛星數字廣播上行系統，相位噪聲更低、幅頻特性更好且群延時性更優。

與C波段模擬上行系統不同之處主要有三點.（1）Ku波段衛星數字廣播上行系統要適合于數字傳輸的特殊要求，這就要求上行系統要有更低的相位噪聲、更好地幅頻特性和群時延特性； （2）Ku波段衛星數字廣播上行系統所使用的上行天線波束半功率角度很窄，對天線的機械精度和跟蹤精度提出了更高的要求。如國產Ku波段13米上行天線其主反射鏡鏡面精度達0.5mmR.M.S，付反射鏡鏡面精度達0.17mm R.M.S，天線跟蹤精度達0.013°R.M.S；（3）Ku波段衛星數字廣播上行系統要采取上行功率控制手段，以便自動補償或消除在衛星上行鏈路出現的雨、雪、云、霧等對上行信號的衰減作用。

這幾點奠定了Ku波段應用于衛星數字信號傳輸的基礎、為了滿足衛星廣播信號傳輸的特殊要求，Ku波段衛星數字廣播的上行系統天線波束功率角度很窄，且對天線機械精度有著極高的要求、為了彌補Ku波段陰雨天信號衰減率過高，一般會采用自動補償或上行功率控制的手段抑制不良天氣對上行信號的衰減作用。

為了更好的做好Ku波段廣播信號的上行控制，我們首先可以利用上行天線接收下來的衛星信標強度變化控制，實現對上變頻器的供方輸出控制，采用該方法時要注意做好信標接收機和功率控制器斜率的調整、另一種功率控制方法就是通過檢測上行階段的大氣噪聲溫度實現的，通過對上行大氣噪聲的監控我們能夠計算出信號衰減數值，并以此為基礎控制功放輸出功率，保證信號抵達衛星時仍然能夠保有較好的質量。

目前西方發達國家已經基本上關閉了c波段的衛星模擬信號，Ku波段衛星數字廣播以其信號傳輸質量高、個性化點播、價格更便宜等特點已經成為現代廣播電視發展的主流。在Ku波段衛星數字廣播信號不斷發展的前景下，Ku波段衛星數字廣播必然能夠得到進一步的推廣應用和發展。

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