浅谈Ku卫星技术的应用

林君

中国民用航空中南地区空中交通管理局

【摘 要】移动卫星通信是现代卫星通信是现代卫星通信的一个重要发展方向，随着卫星通信向高频段（K频段、K频段）发展，移动卫星通信也必然要走向更高频段。本文就Ku频段卫星技术展开讨论，以Ku波段卫星数字广播为例 ，来阐述Ku卫星技术的应用与发展。

【关键词】Ku频段；卫星技术；应用

卫星通信具有广域覆盖的特点，且不受时间、天气和地形的限制。Ku频段频谱资源丰富，有条件建设宽带大容量卫星通信系统，能同时支持数据、语音、图像和视频业务，在应急通信中彰显优势。

Ku频段星载天线的尺寸和转发器的输出功率有限，而卫星距离地球表而的垂直距离约为36000 km，电波传播损耗大，雨衰严重。为了建立可靠的高速率通信链路，要求地而站天线达到足够的增益。一般来说，对于小型地球站，其天线增益应至少达到28 dBi，天线波束宽度小于50。作为卫星通信的移动载体，车辆、舰船和飞机在运动状态下，其方位、俯仰和横滚姿态角度的快速变化均能使天线波束不能准确对星，如果天线不能快速、准确地对星跟踪，将导致通信质量下降甚至通信中断。

移动载体的姿态变化以及所在的地理经纬度，造成卫星来波信号与天线存在极化偏转角，如果不能动态调整天线的极化方向，将对同频率极化复用的相邻信道进行干扰。我国幅员辽阔，为了兼顾高纬度和低纬度衛星移动通信业务，地球站天线波束的仰角扫描范围为20～90，属于宽角跟踪。

1 .概述

目前，国内卫星通信网中已建成的卫星通信地球站均工作在C频段（4 GHz/6 GHz），由于国内微波通信干线也采用同一频段，频率资源十分紧张在选地球站站址时，需要进行复杂的干扰协调工作，这给地球站的建设带来了较大困难近年来，由于对信道容量的需求不断增加，促进了双极化频率复用技术的应用和10 GHz以上频段应用技术的发展。

卫星广播是我国最重要的大众信息传播平台之一，我国卫星广播的广播方式主要有C、Ku两个波段随着数字电视广播技术的发展，西方国家已经接连关闭了C波段的数字模拟信号，全部采用稳定性更好的Ku波段进行数字电视广播信号的传输，我国虽然距离广电视信号全部数字传输化还有一定距离，但近年来Ku波段数字信号在我国的发展现状也是喜人的。

2 .Ku波段卫星数字广播的特点

2.1 Ku波段卫星广播的特点

（1）Ku波段卫星单转发器功率一般比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星EIRP较大，加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收；（2）C波段卫星广播遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，而Ku波段的地面干扰很小，大大地降低了对接收环境的要求；（3）降雨对Ku波段卫星广播的影响比较严重，其上下行信号降雨衰耗远大于C波段，暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB，而C波段最大雨衰量一般不超过1dB。

2.2 卫星数字广播的特点

Ku波段相比于C波段最大的应用优势在于利用Ku波段我们能够实现数字广播电视节目的传送，这也正是Ku波段大量取代C波段的根本原因所在。随着数字压缩技术在卫星广播电视领域的应用，相比于C波段的数字模拟信号，人们更加青睐于Ku波段的数字信号。

数字压缩技术在卫星广播中的应用是广播电视传送技术的一次重大变革，采用MPEG-2视频压缩标准及MUSICAM 音频压缩方法的DVB-S卫星数字广播具有模拟方式不可比拟的优势，毫无疑问地会在卫星广播领域迅速取代传统的模拟调频传送方式。 （1）利用数字压缩技术的卫星数字广播极大地降低了传送的视音频码率，对卫星转发器的频带及功率需求大大低于模拟方式，同一转发器可播送更多的节目，大幅度降低了节目播出费用；（2）卫星数字广播由于采用了强有力的纠错算法，传送质量很高，接收限很低。与模拟广播接收质量的渐变式劣化不同，只要在接收门限上，数字广播信号就没有可察觉的失真、干扰和衰弱； （3）卫星数字广播可提供数据传输和多媒体功能及加扰和授权的能力，特别有利于直接到户的付费服务。 Ku波段卫星数字广播结合了Ku波段及数字技术的特点，非常适合于分散的小口径天线个体接收，特别是卫星广播电视节目直接到户DTH服务，而由于Ku波段雨衰问题比较严重，做为可靠性要求非常高的卫星节目分配业务则选用C波段传送更为有利。

3.Ku波段卫星数字广播上行系统应用技术与发展

卫星广播传输相比于传统的广播电视信号传输，对上行系统有着较为特殊的要求，应用Ku波段建立的卫星数字广播上行系统，相位噪声更低、幅频特性更好且群延时性更优。

与C波段模拟上行系统不同之处主要有三点.（1）Ku波段卫星数字广播上行系统要适合于数字传输的特殊要求，这就要求上行系统要有更低的相位噪声、更好地幅频特性和群时延特性； （2）Ku波段卫星数字广播上行系统所使用的上行天线波束半功率角度很窄，对天线的机械精度和跟踪精度提出了更高的要求。如国产Ku波段13米上行天线其主反射镜镜面精度达0.5mmR.M.S，付反射镜镜面精度达0.17mm R.M.S，天线跟踪精度达0.013°R.M.S；（3）Ku波段卫星数字广播上行系统要采取上行功率控制手段，以便自动补偿或消除在卫星上行链路出现的雨、雪、云、雾等对上行信号的衰减作用。

这几点奠定了Ku波段应用于卫星数字信号传输的基础、为了满足卫星广播信号传输的特殊要求，Ku波段卫星数字广播的上行系统天线波束功率角度很窄，且对天线机械精度有着极高的要求、为了弥补Ku波段阴雨天信号衰减率过高，一般会采用自动补偿或上行功率控制的手段抑制不良天气对上行信号的衰减作用。

为了更好的做好Ku波段广播信号的上行控制，我们首先可以利用上行天线接收下来的卫星信标强度变化控制，实现对上变频器的供方输出控制，采用该方法时要注意做好信标接收机和功率控制器斜率的调整、另一种功率控制方法就是通过检测上行阶段的大气噪声温度实现的，通过对上行大气噪声的监控我们能够计算出信号衰减数值，并以此为基础控制功放输出功率，保证信号抵达卫星时仍然能够保有较好的质量。

目前西方发达国家已经基本上关闭了c波段的卫星模拟信号，Ku波段卫星数字广播以其信号传输质量高、个性化点播、价格更便宜等特点已经成为现代广播电视发展的主流。在Ku波段卫星数字广播信号不断发展的前景下，Ku波段卫星数字广播必然能够得到进一步的推广应用和发展。

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