1.5 地球站

地球站是指设在地球表面（包括地面、水面和低层大气中）的一种通信站，也叫地面站，是为用户直接提供服务的设备，其作用是将语音、文字、数据和图像信息转变为电磁信号发出去，并将接收到的电磁信号复原为原来的形式［7］。

根据安装平台的不同，地球站可分为固定站、可搬移站、车（机、船）载站、箱式站、便携站和手持站等，能工作在一个或多个频段，具有不同的天线口径和功率，组成多种网络结构，使用不同的多址体制来接入卫星，向用户提供丰富的业务。

根据在网络中所处的地位和完成的功能，地球站可分为中央站和远端站两大类。通常把设置有网络控制和管理中心的地球站称为中央站，也叫中心站或主站，是整个网络的控制和管理中心，很多情况下也是数据处理和交换的中心；其余地球站称为远端站，也叫小站，安装在用户处并直接向用户提供通信服务。

由于使用环境不同，地球站呈现出不同的设备形态，但通常都包括天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道与接口设备等，某些大型地球站还包括天线跟踪伺服设备。图1-6给出了传统的大型地球站的设备组成框图。目前大型地球站仍采用这种方式，小型地球站通常分为天线、室外单元（ODU）和室内单元（IDU）3个部分，手持站的所有模块都集成在一个机壳内［8］。

（1）天线、馈线设备

其基本作用是将发射机送来的射频信号变成定向（对准卫星）辐射的电磁波；同时收集卫星发来的电磁波，送到接收设备。通常，地球站的天线是收、发共用的，因此要有收、发开关（或称双工器）。从双工器到收发信机之间，用一定长度的馈线连接。

由于卫星通信大都工作于微波波段，所以地球站天线通常是面天线，目前大型站主要采用卡塞格伦天线。一般来说，当工作频段一定时，天线口径越大，天线增益越高，对天线基础的要求也相应提高，并且可能还需要配备专门的天线跟踪伺服设备；如果用于移动或可搬移站，地球站的机动性也会变差。

（2）发射设备

其主要任务是将已调制的中频信号变换为射频信号，并将功率放大到一定的电平，经馈线送到天线并向卫星发射。功率放大器可以是单载波工作，也可以是多载波工作。如果是单载波工作，功率放大器可工作在饱和区；但多载波工作时，功率放大器需要有一定的输出补偿（不少于3 dB）。功率放大器的输出功率最高可达数百至数千瓦。

（3）接收设备

其主要任务是把天线收集的来自卫星转发器的无线电信号，经过放大和频率下变频后，送给解调器。

由于地球站接收设备入口的信号电平极其微弱，为了减少接收机内部噪声对信号的影响，提高接收灵敏度，接收设备必须使用低噪声微波前置放大器。为减少馈线损耗的影响，该放大器一般安装在天线上。

由低噪声放大器输出的射频信号，要经过下变频器变为中频信号，以便解调器进行解调。

（4）信道与接口设备

其主要任务是完成信号的调制解调、接口与信令变换等功能。在发射端，信道与接口设备的基本任务是将用户送来的消息加以处理，变成适合采用的卫星通信体制要求的信号形式；在接收端，则进行与发送端相反的处理，把接收到的信号恢复为原来的消息。

（5）天线跟踪伺服设备

由于各种摄动力的影响，地球静止轨道卫星并非相对地面绝对“静止”，而是有一定的漂移，其星下点轨迹在地面上不是一个点，而是以赤道为对称轴的“8”字形，卫星漂移造成的轨道倾角越大，“8”字形的区域也越大。因此，地球站的天线必须经常校正自己的方位角和俯仰角，才能对准卫星。其实现方式有手动跟踪和自动跟踪两种，前者是相隔一定时间对天线进行人工定位；后者是利用一套电子、机电设备，使天线轴对准卫星进行自动跟踪。手动跟踪是各型地球站都具有的；自动跟踪则多用于大型地球站，以保持高跟踪精度。

（6）电源设备

其主要任务是向地球站提供各类供电保障。

除了上述设备，有些地球站还包括控制设备和监视设备等。

对于目前最常用的甚小孔径/天线（VSAT）地球站，其通常包括天线、室外单元和室内单元3个部分。室内单元与室外单元之间通过中频电缆进行连接，目前常用的中频电缆主要有70 MHz、140 MHz和L频段（950～1 450 MHz）3种；室外单元一般包括功率放大器、低噪声放大器和上/下变频器等部分；室内单元一般包括调制解调器、信道编译码器和基带处理设备等。图1-7给出了VSAT地球站的一般组成框图。