下行频率

卫星通信基础知识

一、电磁波

振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。

由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频

电视信号，医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的

X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。

二、电磁波的频率、波长

人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。

频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H）进行完全振动

的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之

间的距离，通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v

表示。频率f，波长λ，和波速v之间满足如下关系：

v=λf

如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz，在国际单位

制中，波速的单位是m/s(米/秒)，波长的单位是m(米)，频率的单位是Hz.

对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公

里。

例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000米

除98,000,000Hz，等于3.06米。

不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频

率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz(1GHz=109Hz)以下的

波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。频率在3×1011Hz-4×1014Hz

之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理

治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84×1014HZ-7.69×1014Hz之间的波为可见

光，它能引起人们的视觉，频率在8×1014Hz-3×1017Hz之间的波称为紫外线，具

有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3×1017Hz-5×1019Hz之间的波称

为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，

在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。

三、波段与频道

由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范围，所以

频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的，在电视广播领域

中，更多使用波段。

微波是指波长在微米级的无线电信号。

按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表1.1所示。

表1.1无线电波波段的划分

名称英文波长范围频率范围

极低频（极长波）100000Km～10000Km3Hz～30Hz

超低频（超长波）10000Km～1000Km30Hz～300Hz

特低频（特长波）

ULF

1000Km～100Km300Hz～3000Hz

甚低频（甚长波）

VLF

100Km～10Km3KHz～30KHz

低频（长波）

LF

10000m～1000m30KHz～300KHz

中频（中波）

MF

1000m～100m300KHz～3000KHz

高频（短波）

HF

100m～10m3MHz～30MHz

甚高频（米波）

VHF

10m～1m30MHz～300MHz

微

波

特高频（分米波）

UHF

10dm～1dm300MHz～3000MHz

超高频（厘米波）

SHF

10cm～1cm3GHz～30GHz

极高频（毫米波）

EHF

10mm～1mm30GHz～300GHz

至高频（亚毫米波）0.3nm～1um300GHz～1000GHz

频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通常一个频

段（或波段）能够再分成多个频道。

四、极化方式

当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规律，这种

现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波，其电场矢

量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间，两两互相垂直，常用电场强度

矢量E的变化来代表电磁波的变化。

极化方式即卫星电视信号的电磁场的振动方向的变化方式。按照极化方式

的不同，电磁波可分为线极化波和圆极化波等各种不同的类型。

所谓线极化波就是其电场强度矢量E沿一定角度方向的波，当E与地面垂

直时，称为垂直极化波；当E与地面平行时，称为水平极化波。考虑到发射天

线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其他电波的干扰等因素，一般垂

直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于

短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。

五、Ku波段卫星通信波段及其特点

卫星通信使用微波频段300MHz—30GHz，采用高频信号的目的是保证地面

上发射的电磁波能够穿透电离层到达卫星。在卫星通信中，不同的卫星，或者同

一颗卫星上的转发器所使用的频率范围不同，不同频率范围有不同的代号。如

3.95-5.85GHz频率范围的代号是Ｃ，该频率范围简称C波段；12.24-18GHz频率

范围的代号是Ku,该频率范围简称Ku波段。

项目卫星通信所用的电磁波在12.24-18GHz频率范围，属于微波范围的Ku

波段，极化方式为垂直线极化。

六、同步通信卫星简介

由于电视信号属于微波信号，早期的电视广播信号主要在地面传播，其传

播方式为直线传播。由于地球本身是一个球体，传播距离受地球弯曲弧度的影响,

一般传播距离为40-60公里。

要使电视信号传播的更远，就需要加高天线或增加中继站。天线高度的增

加是有限的，中继站的增加会使信号衰减，成本加大。

要想减少中继站的数量，只能增加天线的高度，当我们把中继站搬到天上

后，就变成了卫星。卫星通信的目的是扩大信息的覆盖面，减少地面微波中继站，

减少信息传播过程中的故障率，极大的提高信息的传输范围，提高信号的传送质

量。

当卫星的轨道是圆形且在赤道平面上，卫星离地面35786.6公里，飞行方向

与地球自转方向相同时，从地面上任意一点看，卫星都是静止不动，这种对地静

止的卫星称为同步通信卫星。利用三颗同步卫星，就能够使信号覆盖地球的表面。

用于电视节目转发的卫星一般都是同步通信卫星。所以不同国家发射的通

信卫星都在赤道的上空，同步通信卫星所处的纬度都为0℃，经度在0-360℃之

间。

七、卫星数字广播常用术语

1.上行频率：指发射站把信号发射到卫星上用的频率，由于信号是由地面向上

发射，所以叫上行频率。

2.转发器：指卫星上用于接收地面发射来的信号，并对该信号进行放大，再以

另一个频率向地面进行发射的设备。一颗卫星上可以有多个转发器。

3.下行频率：指卫星向地面发射信号所使用的频率，不同的转发器所使用的下

行频率不同，换句话，当我们接收不同的节目内容时，所使用的下行频不同，在

使用卫星接收机时所设置的参数也就不同，如果设置不正确，将不能接收相应的

节目内容。例如：我国鑫诺一号卫星用于数据广播的下行频率之一为12,620MHz。

一颗卫星上有多个转发器，所以会有多个下行频率。

4.符号率：卫星节目的符号率，指数据传输的速率，与信号的比特率及信道参

数有关，单位为MB/S。目前市场上普遍使用的“诺基亚”、“菲力蒲”、“现代”、“同

洲”、“九洲”等卫星电视数字解压机的Symbolrate值在6-30MB／S。从世界上

卫星发展趋势看，卫星电视的符码率越来越高，当一个载波信号携带的节目数越

多时，此值越大。

-2:是一种动态音、视频信号的压缩传输标准(MovingPicturesExperts

Group)，它分为音频、视频，传输标准等多种形式。

：DVB(Digitalvideobroadcasting)指数字视频广播，其主要目的是找一

种对所有传输媒体都适用的数字电视技术与标准，其核心是以MPEG—2音、视

频编码，有三种标准：

DVB-S数据广播-卫星方式

DVB-C数据广播-闭路方式

DVB-T数据广播-地面微波中继方式

7.纠错方式：FECEP前向纠错码方式，不同的系统会有不同的设置，接收机

的FEC方式的设置必须与上行站编码方式一致才能正确解码，目前亚洲2号卫

星的FEC值为3／4。

8.本振频率：对C波段卫星接收机的LNB本振频率一般为5150MHz，而Ku

频段高频头的本振频率各不相同，常用的高频头的本振频率为11250或11300，

一般具体是多少，请仔细查看高频头包装盒上的说明。

：英文为DigitalSatelliteEquipmentControl，直译为：“数字卫星设

备控制”，有1.0、1.1、1.2、2.0等不同版本的标准，是用数字卫星电视接收机控

制，发出指令集(控制指令)给相应设备，如切换开关、切换器、天线驱动设备、

LNB等。工作过程是数字卫星电视接收机内部在同步时钟脉冲配合下，通过与

LNB高频头相连的同轴电缆线，经调制于22KHz频率上交替变化的数字信号串

行转送相关控制指令，DiSEqC1.0常用于控制多入一出的中频切换器的控制；

DiSEqC1.1是1.0的扩充版本；DiSEqC1.2则加入驱动并控制推动杆或极轴座的

功能；DiSEqC2.0就具有双向控制的功能，外设就会有信息传回数字卫星电视接

收机。

简单的理解，可认为DiSEqC是数字卫星接收机中的一个设置参数，它能够

使一个卫星接收机接收多个不同卫星天线的信号。在只有一个卫星接收天线时，

该值设置为关（OFF）状态。

码：PID码是英文PacketIdentifier简称,是包识别码的意思。电视信号

上传至卫星首先要对音视频及数据信号进行编码，用MPEG-2标准压缩成PES

包，再将PES包转换成长度为188字节的传送IP包，它代表每帧画面的信息量。

在188字节中，用3B来表示包开始前缀，以1B来表示包标识，2B表示PES包

的包长度剩下的是实时压缩的活动图像声音等可变PES包，PID在传送包的包

头上。如果不知道PID值，就不能正确接收相应的节目。具体来讲，PID可分视

频、音频两大类，其中视频类又分图像、图文类，音频类则分电视与广播类。

简单理解，PID就是为卫星上传送的节目加一个编号，数字卫星接收机或PC

接收卡要根据这个编号来判断所接收的信号属于那一个节目。PID就是收信人的

地址和姓名。在卫星数据广播中，每一个节目都有自己的PID。项目扶贫通道的

PID=b2。

总之，PID值是为了区分各种数据包的用途，DVB和MPEG-2标准中规定

在数据包中所加的标识符。要想接收所需IP数据频道，必须添加相应的PID值。

在通信工程中，通常将信道划分成两类：用传输线直接作为通信系统的信道

时称有线信道；用自由空间、大气层或海洋（水下）作通信系统信道时称无线信

道。

有线通信系统：架空明线、同轴电缆、波导、海底电缆、光缆。

无线通信系统：短波、超短波、散射通信、微波接力通信、卫星通信、大气

激光通信。由于散射通信、微波接力通信、卫星通信使用的工作频率一般属于微

波波段，称微波通信。

由于微波的波长远小于地球上许多物体（如飞机、舰艇、建筑物）的尺寸，

与光波类似，所以一般使用视距传播方式，即只有微波发射台的电磁波直线传播

所能到达的区域内设立接收站，才能收到信号。

1、微波接力通信的基本原理

微波站是架设在地面上的，因此不可避免地要受到地形地物的影响，即使没

有高山，建筑物的障碍，由于地球曲率也会给收、发站之间的距离带来限制。显

然，天线高度越高，视距越远。

在理想化的情况下，当两站的天线高度各为h1，h2米时，最大（极限）视距可

由下式求得为：

S≈3.57(+)Kmh1，h2单位为米，S单位为千米。

举例：如果两个人的高度为h1和h2，且h1＝h2＝1.7米，则可视距离S＝

9.31Km。若两地天线架高均为50米，则S约等于50Km。

(1)如果需要通信的距离远远超过50公里，达到数百、数千乃至上万公里时，

怎么办呢？人们就认为在两个远距离通信站之间，每隔四、五十公里架设一个接

力站中转，这些中间站的任务是将前一站送来的信号转送给下一站，这样一站又

一站接续下去，即可达到目的。

(2)如果通信距离极远，例如在一万八千公里之间（按50公里一个接力站算），

则需要架设360个微波站，代价是很高的。而且经多次转接，通信质量要受到影

响。

2、什么是卫星通信

卫星通信从某种意义上说是微波通信的一种特例，它是把地面上的微波中继

站移到离地球表面约35800公里的高度上，这样地面上相距18000公里左右的两

个微波站（不需很高的天线）只需通过中继站一次转接，便可通信。因此，为了

满足通信区域的需要，卫星必须严格地在指定的轨道上运行。同步卫星相对于地

球是静止的，所以也叫静止卫星，它在赤道平面上空，为了使它绕地球一周的时

间刚好等于地球自转一周的时间（近似为24小时），使它与地球同步，则卫星

距赤道表面的距离应该为35800公里。并必须保持每秒3.07公里的运行速度。

从卫星向地球上看，它能看到的地球表面面积为全球面积的42.2%。我们把卫星

能看到的地球表面称作卫星的复盖区。

由此可见，卫星通信是利用人造卫星作为中继站转发无线电波来实现两个或

多个地球站之间的通信的一种方式。

为了实现全球通信，只要在赤道上等间隔放置三个同步卫星，就可建立除地

球两极附近地区以外的全球不间断通信。

所以卫星和两个以上地球站就构成了卫星通信系统。

3、卫星通信中信号传输过程如下

由地面用户甲传来的电话、数据、电视、广播等信号，首先在地球站上以适

当的方式进行调制、变频、放大，再经过天线发向卫星，卫星接收到地球站发来

的信号后，经变频、放大后再发回地面，由另一个地面站用天线接收下来，再经

放大、变频以及适当的解调还原成原信号，送至用户乙。

实际上，同时由用户乙向用户甲也有一个上述的传输过程，这样就构成了双向通

信。

4、卫星通信目前使用的频段

频段上行频率下行频率频带宽率

C频段

5925-6425MHz3700-4200MHz500MHz

C频段扩展频段

5850-6425MHz3625-4200MHz575MHz

Ku频段

14-14.5GHz

10.95-11.45GHz

11.20-11.70GHz

11.70-12.20GHz

12.25-12.75GHz

500MHz

500MHz

500MHz

500MHz

500MHz

目前多数商用卫星固定业务使用C波段（6/4GHz）和Ku波段（14/12GHz），

C波段已十分拥挤，且存在与地面微波中继网的同频干扰问题；Ku波段频率高，

可用频段宽，可以传输更多的业务，另外同样天线增益的情况下，天线口径可以

减小；Ku波段自由空间损耗及雨衰大，应采用相应的降雨补偿措施。Ka波段

（30/20GHz）正在一些国家和组织加紧开发和利用中。

卫星通信的特点

卫星通信的特点可从技术和经济两方面来看。

从技术角度看，卫星通信具有：

卫星的波束覆盖面广，通信距离远；

便于一点到多址的连接和广播方式工作；

通信稳定、可靠；

通信电路开通迅速、简便等特点。

卫星的波束覆盖面广，通信距离远

卫星信号的覆盖面可以达到整个国家、整个地区、甚至跨洲。因此卫星通信

可以达到任何偏远地区。不受地理环境的限制。这是任何地面通信手段（电缆、

光纤、微波）所无法比拟的。卫星通信可以很方便地跨越几千公里，连接其他通

信手段所无法达到的边远地区、居住点、家庭和移动的车船，个人。

另外，无论两通信点近在只尺或远在几千公里以外，它们的传输距离和传输

时间是相同的。因为任何两通信点必须通过卫星传输信息。它们与卫星的距离是

几乎相同的。这对某些通信场合是十分重要的。

便于一点到多址的连接和广播方式工作

由于任一通信点与多点之间均通过卫星直接连接，无需通过另一点的转接，

因此在多址通信中具有极强的优点。避免了地面通信手段多次转接、电路迂回的

缺点。

通信稳定、可靠

正是由于避免了在地面电路通信中存在的多次转接、电路迂回带来的高故障

率，卫星通信系统具有很高的稳定性和可靠性，并仅取决于卫星星体和地面主站

（HUB）系统的稳定性和可靠性。

目前卫星的无故障周期（MTBF）平均可达十年多

通信电路开通迅速、简便

卫星通信电路无需进行铺设电路等大量基础设施建设。卫星资源由卫星运行

公司管理、测控。卫星通信系统的主要工程是主站的建设。而小站的安装十分简

便。因此卫星通信电路开通迅速、简便。

从使用和经济角度看，卫星通信具有：

应用范围广；

运行、管理灵活、方便；

投资少，建设快等特点。

应用范围广

正是由于其波束覆盖面广、通信距离远、便于多址的连接和广播方式工作等

特点，卫星通信具有很广的应用范围。

卫星通信设备可方便地组成星形或网状网络，用于数据传送、数据搜集、电

话通信等方面。在证券、银行、商业零售等各领域均有广泛应用。因为卫星通信

网可独立于常规地面通信网，特别适用于建立企业专用网。在这些方面休斯网络

系统公司的ISBN（综合卫星业务网）和TES（电话业务网）提供了很好的应用

范例和效果。

随着信息的全球化以及个人多媒体通信与无缝隙覆盖的需求，卫星通信作为

无线接入的重要手段发挥了很强的优势,可用于数据传送、IP电话通信、

INTERNET网和企业内部网接入、图像传送等多种业务。除传统业务领域以外，

在远程教育、远程医疗等领域也得到应用。

运行、管理灵活、方便

基于卫星通信的结构特点，其主站具有很强的操作和运行的管理、监控功能。

而且是主站对全网、对主站每个小站的直接管理和监控。对主站本身发出的信号

从卫星转发回质量的监控。这也是保证系统高可靠的前提。

主站（HUB）设备具有很强的管理功能。卫星通信系统的组态，运行，每

个小站的加入、退出，小站的业务设定均由主站操作。小站基本是无人值守的。

系统的扩容、通信网络结构的重组、通信小站的搬迁，均通过主站设置完成。

投资少，建设快

如前所述，卫星通信电路无需进行铺设电路等大量基础设施建设，主要工程

是主站的建设。总投资比地面通信网低。而主站的投资分摊到小站，则每个小站

的平均投资较小。

系统的建设也十分快。在土建完工的前提下，整个工程可在一个月内开通。

应该指出，卫星通信具有传输时延大的缺点。这对数据通信虽然影响不大。

但在传输一些需要接收端回传确认信号的数据包（如TCPPACKET）时，时延

将大大增加，影响传输效率。

3．卫星业务所涉及的频段及电波传播特点

3.1卫星业务涉及的频段

卫星业务是一种国际性业务，必须遵守《无线电规则》所规定的频率划分规

定。《无线电规则》的频率划分在其所分的世界三个区域内是基本一致的。各国

的频率划分，除个别被国际无线电频率划分表脚注条款认可外，一般与国际划分

也是一致的。根据《无线电规则》第二章第5条“频率划分”:空间业务频率划

分，低端涉及2501kHz的空间研究业务，高端涉及275GHz的卫星固定（地对空）

业务。

其中，在我国所在的第三区的HF频段（3MHz～30MHz），有空间研究业务

和卫星业余业务;在VHF频段（30MHz～300MHz），有空间研究业务、卫星业余

业务、空间操作业务、卫星气象业务及卫星移动业务等;在UHF（300MHz～1000

MHz）和SHF频段（1GHz～30GHz），主要有空间研究业务、空间操作业务、卫

星气象业务、卫星移动业务、卫星固定业务、卫星广播业务、卫星地球探测业务

及卫星无线电导航业务等，其中SHF频段通常进一步分为L、S、C、X、Ku、Ka

频段;在EHF频段（30GHz～300GHz），除了有SHF频段所具有的业务外，还有

卫星间业务和卫星业余业务。低于2.5GHz的L频段（1GHz～2GHz）和S频段

（2GHz～4GHz）大部分用于静止卫星的指令传输及特殊卫星业务如卫星导航等;

大多数卫星固定业务使用C频段（4GHz～8GHz）和Ku频段（12GHz～18GHz）;Ka

频段(18GHz～40GHz)作为星际链路频率已开始应用。

例如，《无线电规则》关于第三区非规划频段的卫星固定业务的频率划分如

下:

*S频段（MHz）空对地：2500～2535；地对空：2655～2690。

*C频段（MHz）空对地：3400～3700＋3700～4200；地对空：5850～5925

＋5925～6425＋6425～6725。

*X频段（MHz）空对地：7250～7750；地对空：7900～8400。

*Ku频段（GHz）空对地：10.95～11.2＋11.45～11.7＋12.2～12.75；地

对空：13.75～14＋14～14.5。

*Ka频段（GHz）空对地：17.7～21.2；地对空：27.5～31。

《无线电规则》关于第三区规划频段的卫星广播业务和卫星固定业务的频率

划分如下：

*附录30/30A（GHz）卫星广播业务空对地：11.7～12.2；地对空（馈线链

路）：14.5～14.8＋17.3～18.1。

*附录30B卫星固定业务C频段（MHz）空对地：4500～4800；地对空：6725～

7025；

Ku频段（GHz）空对地：10.7～10.95＋11.2～11.45；地对空：12.75～13.25。

3.2卫星业务所用频段电波传播特点

电波在地球站与卫星之间传播时，必须穿过地球周围的大气层，因而会受到

电离层中自由电子和离子的吸收，以及对流层中氧分子、水蒸气分子等的吸收和

散射，从而存在损耗。

频率在100MHz以下时，宇宙噪声会迅速增加，因此，100MHz以下频段通

常不用于空间通信。在0.3GHz～10GHz频段，大气损耗最小，称此频段为“无

线电窗口”。30GHz附近，称为“半透明无线电窗口”。选择卫星通信频段常需

考虑这些“窗口”，如1GHz～10GHz最为适宜。在此“窗口”中的C频段就是

开发应用较早的卫星通信频段。对于4GHz～6GHz频段，因频率较低，降雨损

耗不严重，在系统设计时通常留5dB～6dB的功率损耗余量。与C频段相比，

Ku频段的电波传播易受暴雨、浓云、密雾的影响。对11GHz～14GHz频段，由

于降雨损耗较大，一般要有10dB左右的功率损耗余量。但此频段具有不需要与

地面微波通信协调、卫星EIRP基本不受限制、同等工作条件下天线口径较小及

天线波束窄等优点，也得到了较广泛的应用。在Ka频段，降雨的影响也比较严

重，但它包含了一个“半透明无线电窗口”，得到越来越多研究和开发。