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查阅卫星接收的相关资料

2017-2-28 22:14:57      点击:
作为一名卫星电视发烧友,应该学会查阅与卫星接收相关的各种资料,尤其是初学者,更应掌握一些必需的知识,这样才能更好地指导卫星接收,才能玩好卫星电视。这里所讲的“卫星接收的相关资料”,当然都是与“卫星”相关的,但并不是说怎样去调天线,怎样使用卫星接收机,而是接收前期的准备工作,以及接收后期的补充学习过程。

那么,与卫星接收的相关资料包括哪些内容呢?这里包括卫星本身的一些相关资料,卫星的基本性能,接收卫星的相关参数,卫星场强图、波束图,以及根据这些资料如何选择接收天线的尺寸和接收机等,下面分别一一说明。

了解相关卫星的基本情况,这对于初次接收某颗卫星或某颗新卫星尤其是重要的。我们接收一颗卫星之前,首先要了解一下这颗卫星的基本情况,下面我们以亚太6号卫星为例加以说明。亚太6号卫星的性能参数表中,略去了一些对我们关系不大的一些参数。表中罗列了一些名词:卫星名称、卫星型号、服务寿命、轨道位置、定点精度、覆盖范围、转发器数目、行波管放大器功率、等效全向辐射功率、下行频率范围、频道带宽等。卫星名称一般是固定的,但后期由于种种原因也可能发生变化,这类现象也不少见,如原来的亚太2R,后来又称Telstar 10,亚太5号又称Telstar 18,吉益1A后改称AAP-1等,这大多是因为卫星柰属权的变更而卫星名称随之变更。卫星型号即卫星所采用平台系列,即采用哪种类型的卫星载体,实际上很多卫星的平台都是相同的,这也就基本决定了这颗卫星的性能参数,如国内制造的卫星属东方红系列平台,国外卫星制造商的平台有休斯、阿尔卡特、劳拉、洛克希德·马丁等,早期卫星采用休斯 HS376L较多,后期多采用HS601HP,如亚星及亚太卫星。劳拉平台FS-1300具有更大的容量,亚太6号则是阿尔卡特制造的SB-4100 C1,中卫一号则用洛克希德·马丁A-2100AX,国际系列卫星采用GE7000系列。平台越先进,装载的转发器越多,发射功率越大,性能也很稳定,寿命也大大延长。

现在的卫星大多都采用三轴稳定形式,定点精度很高。卫星的轨位则是国际电信联盟所规定的,每个国家都有其中申请而获得的相应卫星轨位,所有卫星都定点于赤道上空。覆盖范围则是由卫星的用途所决定的,也是由其所属国家所决定的。一般来说,某国的卫星只允许有效覆盖本国的领土(本土波束),最多是边缘覆盖一些邻国地区,若是区域性卫星则覆盖范围更大一些(区域波束),国际卫星会更大一些(半球波束或全球波束),而C波段较Ku波段有更大的覆盖范围也是一个基本的规律。

卫星装载转发器的数量及功率也是非常重要的,现在大型的卫星平台都有很大的容量,均可负载24个C波段和24个Ku波段的转发器,或者更多的数量。卫星上行波管放大器功率越大,其发射功率越大,地面的场强覆盖也越强,地面相应接收天线的尺寸要求也就越小,相对也就容易许多。转发器数目越多,意味着卫星传送的节目数量也就越多,当然这也与带宽有很大关系。现在转发器的带宽一般为36MHz,而早期的转发器则多为27 MHz,Ku波段转发器带宽一般为54 MHz,也有更宽的,如72 MHz,当然也有36 MHz。一个72 MHz的转发器显然是相当于两个36 MHz的转发器容量的,所以对于转发器不能只看其数量,而是看其所占的总带宽,这又涉及到了下行频率问题。带宽越大,相应的下行频率范围也就越宽。

在卫星的基本参数中还有卫星的重量、发射重量,卫星所属的公司,卫星发射日期,卫星发射用的火箭类型等,还有一些附带场强图和转发器的具体安排等,我们分别加以具体说明。

卫星场强图的作用

每一颗广播通信卫星都有一个场强图,它给我们提供了这颗卫星有效的覆盖范围,以及卫星在某地的落地场强值(等效全向辐射功率),我们可以根据这个数值,去计算在此地接收此卫星所需天线的尺寸。显然场强值越大,地面接收所需的天线尺寸就越大小,即二者之间成反比。C波段和Ku波段场强值与接收天线尺寸之间的关系(编者注:集体接收和个体接收的接收天线口径是有区别的)。虽然场强值与接收天线尺寸成反比,但二者之间并非成线性关系的,虽然我们画的是一条直线,但下面的天线尺寸显然是不成正比的,这一点大家要注意,这只是为大家查看提供了一个快捷途径而已。当C波段落地场强值达到时,我们就可以用1.8米天线来接收了,当Ku波段落地场强值达到50dBW时,我们就可以用0.6米天线来接收了,这其实是一个保守数字,是为长期稳定接收而设计的尺寸,实际上我们可以用再小一个数量级的天线来接收。

如当年的亚太1A及亚太1号和亚洲1号卫星,它们的场强值最高都不超过38dBW,但可以用1.5米天线勉强接收,亚洲1号上的个别模拟节目还有噪点,亚太1A卫星上的模拟节目也有噪点,部分数字节目下不来,但亚洲2号发射后,用同样的天线接收河南和广东的模拟节目,是相当的清楚,没有一点噪波点,后来所上的数字节目也都可以收下,要知道在全中国范围内亚洲2号的落地场强均为39dBW,虽然不是很大,但非常均匀,成为当时亚洲地区上空功率最强的卫星。亚洲3S取代亚洲1号,同星转送的模拟及数字节目也有了很大的提高,本人当年见证了这一时刻,阿里郎数字节目成为首批新星节目的进驻者。虽然落地场强有些地区高达41dBW,但全国范围内并不均匀,这也就造成了南北收视的差异。

Ku波段场强覆盖的特点

Ku波段不同于C波段,它是真正的广播频段,而C波段原是划归于地面通信用的频段。Ku波段具有很宽的带宽,划为广播卫星的频段为2000MHz(编者注:Ku波段不能称是广播频段,这只是发烧友的误解,Ku波段的11.7~12.2GHz或11.7~12.25GHz才是国际电联划给卫星广播频段。Ku波段除了用于广播频段外,还用于能信等其它业务。发烧友们之所以产生误解,是因为许多电视和声音广播通过通信业务在Ku波段中传输,便以为是广播业务,116?E的韩星3号卫星上的情况便是明显一例。因此国际电联划给广播的频段也没有2000MHz带宽,而只有500-800MHz带宽),而C波段加之扩展频段总共才800MHz(原为500MHz),容纳的节目就更多。因其频率高,故波长短,地面用很小的天线就可以接收,因此更适合作直播卫星的家庭个体接收。但其也有一个致使的弱点,那就是传输过程中受天气的影响很大,存在着不可避免的雨衰问题。翻开场强图册,查看一下主要覆盖中国大陆的几颗卫星,如亚太卫星、亚洲卫星、鑫诺卫星等,其中心场强都是位于华南、华东地区,为什么?是不是这些地区特别发达,收卫星的特别多,不是的,这确实是特别照顾这些地区,是因为这些地区夏季雨量特别大,较高的场强来弥补雨衰带来的信号衰减。平时这些地区用45厘米甚至更小的天线享受着高场值带来的好处,但一旦阴雨连绵,信号早就中断,还不如我们这些60厘米天线的效果,其实为长期稳定接收,还是与我们一样,最好用大一点的天线。C波段相对于Ku波段来讲,则覆盖比较均匀,除非有特别需要,会对某些地区覆盖有所加强。

不同频段,不同场强

在接收韩星3号卫星时,人们都普遍发现这样一个规律,同样的一颗卫星,同样的覆盖区域,但表现出不同的下行频率,其场强值相差很大。这也不奇怪,本来同一颗卫星上不同的转发器,其信号强度也不相同,就算是同一转发器,其上面的不同载波信号也不尽相同,这是正常的。但韩星3号似乎还有规律可循,就是下行11GHz的信号很强,而12GHz的信号则相对弱得多,也就是表现在同一面天线接(比如60厘米)收同一颗卫星,很容易收下11GHz的信号,而12GHz的则一点信号都没有,笔者在东北时曾多次接收过,确实如此,这倒是有些奇怪了(编者注:此星11GHz为广播业务频段,为DTH故场强很高,而12GHz为通信业务频段,场强自然弱多了)。

其实这是因为应用了不同频段,用作了不同的用途,导致了场强值的差异。虽然10.7~12.75GHz均属常规的Ku波段,但实际应用上又细分了多的Ku波段,这正如收音机中的短波段,又细分为多个常用的米波段一样。韩星3号上实际应用了两个小波段,即11.7GHz~12.2GHz和12.25GHz~12.75GHz两个卫星广播波段。韩星3号的场强图中,为了说明和对比方便,我们将两个波段的场强图做在了一起,两个场强图非常相似,覆盖范围出完全相同,只不过就是场强值不同,而且相差十分悬殊,BS波段中心场强高达59.4dBW,而CS波段中心场强则为50.4 dBW,确实相差很多,而我们的卫视网站,一般只提供了第一幅场强图,没有第二幅场强图,这也是人们无法解释,同一卫星两个频段差异咋就这么大呢?

出现了两个新名词:BS和CS,可能大家以前也听说过,其实这是日本、韩国卫星电视的专用名词,它们都是采用的是Ku波段,BS专指11.7~ 12.2 GHz这一频段,而CS专指12.25 GHz~12.75这一频段,它们都是500 MHz带宽,一般情况下BS段均作为直播频段,采用圆极化方式,而CS段则作为普通频段,采用线极化方式工作。我们最常见的就是12.25GHz~12.75 GHz这一频段,大部分卫星的Ku波段都采用这一频段工作。在日本和韩国均称BS和CS,在日本说起BS就是指110 ?E卫星上的模拟节目和高清节目,它们均采用线极化工作,而韩星3号上BS段采用旋极化,CS采用线极化,韩国直播系统中即有CS又有BS。

其实,BS直播频段是国际上规定的频段,BS频段卫星标准频道划分。其中单号采用右旋极化,双号采用左旋极化,实际日韩两国的BS段的实际使用范围是11.7~12 GHz。事实上,香港天浪直播用的四个转发器也是采用这个标准,即采用了TP1、TP5、TP9、TP13四个转发器。我国即将发射的鑫诺2号直播星也采用了BS波段,也用圆极化工作方式。采用BS频段工作的三颗直播星分别位于110 ?E、116 ?E、122 ?E的轨道位置,三者之间均相隔6度,即使频率、极化相同,也不会产生干扰,因为它们各自的覆盖区域不同。但溢波接收也存在问题,如在深圳接收122 ?E的天浪则没有任何问题,因为信号超强,并在覆盖区内,而接收110 ?E的日本高清及模拟节目,属于溢波接收,信号微弱,本来就要用3.7的板状天线才能接收,天浪开播后,由于受到天浪同频干扰,故现在只能用5米的网状天线才能正常接收BS高清节目。

星载转发器的带宽与频率安排

卫星上的转发器是卫星上很重要的一个组成部分,日语当中又称为中断器,其实它确实起到中断的作用。地面卫星发射站将信号接收,经变频后再发射至地面,这就是我们所说的下行频率。此信号经地面接收天线的抛物面反射,会聚后经高频头放大变频后生成第一中频950~2150 MHz,通过电缆送至接收机内解调。上行与下行信号极化相反,如上行是水平极化,则下行是垂直极化,上行是右旋极化,下行则为左旋极化。下行频率C波段是4 GHz信号,上行是6 GHz,Ku波段下行是11~12 GHz信号,上行是17~18 GHz,具体渐进 :C波段3.7~4.2 GHz(现在扩展至3.4~4.2 GHz),Ku波段10.7~12.75 GHz。

通常一个转发器的带宽是36 MHz,加之保护隔离4 MHz为单位的,以此计算,早期的C波段3.7~4.2 GHz范围内最多可以安排12个转发器,加之极化复用,则C波段共可容纳24个36 MHz标准转发器。现在低端扩展至3.4 GHz,则C波段共可容纳40个36 MHz标准转发器。除此之外,转发器的带宽还有其它规格,如27 MHz、54 MHz、72 MHz等规格,当然还有一些其它非标的规格。往往一颗卫星上根据不同用途,可能安排各种带宽的转发器,但36 MHz带宽是最为常见的,是C波段的标准配置,而54 MHz带宽转发器则是Ku波段的标准配置。如果是36 MHz带宽,每个转发器就是以40 MHz为单位计算,27 MHz按30 MHz为一个单位,54 MHz按60 MHz为一个单位,72 MHz按80 MHz为一个单位计算。掌握了这个规律,大家就可以推算每个卫星上转发器的安排情况了。

我们以亚太6号卫星为例加以说明,这颗卫星转发器的安排情况,安排比较复杂,有54 MHz:2个;50 MHz:2个;36 MHz:31个;33 MHz:3个,共38个C波段转发器,而Ku波段只安排了同极化的12个转发器,其中1个为50 Ku波段,其它11个均为36 Ku波段。以前的亚1、亚2、亚太1、亚太1A均是按标准配置的。3A转发器的中心频率是3720,则4A就是3760,就是3720+40=3760,13B是4140,则14B是4140+40=4180,以此类推,Ku波段也是如此。我们刚才提到的中心频率,其实整个转发器的频率范围就是中心频率±18 MHz,如3A转发器的频率范围是3720±18 MHz,即3702~3738 MHz。若是54 MHz带宽就±27 MHz。当年亚洲3S替代亚洲1号卫星,就可以整体转移,这是因为两颗卫星的转发器安排是相同的,而亚太6号替代亚太1A就有部分频率要改变,是因为两颗卫星的转发器安排不尽相同,具体分析可参见今年本刊本人的《日渐看好的亚太6号卫星》一文。

上面我们提到了鑫诺2号直播卫星,它同样是工作在BS段,它装载22个转发器,其中4个54 MHz,18个带宽36 MHz转发器,其实4个54 MHz总带宽为216 MHz,相当于6个36 MHz带宽的容量,实际总的卫星有效带宽并没有改变。它采用了圆极化工作方式,更有利于地面的接收,因为高频头不用调节极化角。国际标准一个Ku频道的带宽是27 MHz,频道间隔是38.36 MHz,转发器保护带宽11.36 MHz,即TP1的中心频率是11727.48,那么它的频率范围就是11727.48 ±13.5 MHz,即11713.98~11740.98 MHz,而同极化两个频道的间隔就是TP3-TP1=11746.66-11727.48=38.36 MHz。这与36M带宽转发器的40M频道间隔相差只1 MHz多,显然这种27 MHz带宽的利用率实在是太低了,在同样的总带宽中有不少都浪费了,因此,采用36 MHz转发器的目前这种频谱安排是行之有效的,频带利用率是最高的。

实际上,这种在500 MHz带宽内安排24个27 MHz转发器,是按当时模拟频道的情况来安排的,但在数字时代也沿用了这种标准安排。如日本110 ?E的两颗卫星,模拟节目4个和数字节目4个都是用的这种27 MHz转发器,韩国直播中也用了6个27 MHz转发器,上面已说过,日、韩的BS频率实际上只用到了整个BS段中的16个频点,即11.7~12 GHz,还有200 MHz没有用上。在124 ?E/128 ?E卫星上有12个36 MHz C波段转发器,38个Ku波段转发器均采用了27 MHz带宽的转发器。可喜的是此时的频道间隔已不是从前的38 MHz了,而是标准的30 MHz,这样利用率大大加强,采用21.096M/S的符码率已用足了27 MHz的带宽。韩星11 GHz信号的符码率为21.3M/S,香港天浪直播节目所采用的4个转发器同样是27 MHz带宽的,由于采用了7/8的前向纠错,其共同表现为只有信号很高时,才能有效地接收,有时信号很高,但也可能出现马赛克现象,这又涉及到了另一个重要接收参数——FEC,关于此类话题,可参见2003年本人的《FEC浅析》一文。

卫星上不同的波束覆盖

有时我们从参数表上看到一组新参数,对照场强图判断,在本地可以收到,但实际上无论怎样调整天线,都无法接收到,这是为什么呢?其中最可能的一个原因是这个下行信号并不覆盖本地。那为什么别人能收到呢?因为这个下行信号的波束正好覆盖别人那里。同一颗卫星上还有接收不到的参数吗?是的,这完全可能,这些都是卫星上有不同的下行波束造成的,而一般的网站只提供一个卫星场强图,也很少标出某个参数是属于哪一个下行波束,所以造成了这种尴尬的现象。

一颗广播卫星,一般情况下,C= Ku波段都只有一个完整的面波束覆盖,但有些卫星,如一些区域性卫星或国际卫星,它的覆盖面很大,用面波束很难全面覆盖,即使能覆盖过来,此时落地场强值也会变得很小,况且有些地方是无须覆盖的,如大片的海洋,如果将信号都打到海里,岂不是浪费?不如用多个点波束进行个别地区的有效覆盖,这样场强值还会高一些,这就是卫星上有多个波束的由来。当然,一个波束只能采用一定的频点(转发器)下行,不可能用所有的转发器用于同一波束,那就不是点波束了,当然还有一些机动波束,它是可以根据实际需要进行移动的,可以机动地覆盖到某一个地区。

其实些卫星上不同的波束我们还是经常遇到的,还记得当年的亚洲1号吧,其实它就是有南北两个波束,我们一般只能接收到北波束的节目,即水平极化的节目,而南波束的节目(垂直极化)则接收不到,当然处于两个波束交叉覆盖的地区,两个极化的节目都能收到,但这肯定也是覆盖区的边缘地带了,所有的波束都有其交叉覆盖的区域,这些地区的发烧友可能是最幸福的。亚洲1号这种尴尬局面直至亚洲3S升空后取代它,南北统一才划上了一个句号。