卫星广播电视的传输方式()

第5章卫星电视信号的传送5.1概述5.2卫星广播电视的传输方式5.3卫星广播系统的组成5.4卫星数字电视5.1概述卫星电视是利用位于赤道上空36000km的同步卫星作为电视广播站，对地面居高临下，不受地理条件限制，其传送的图像质量高，没有重影。卫星电视的传送有卫星通信和卫星广播两种工作方式。卫星通信是通过普通通信卫星将电视节目传到小型站或电视台或有线电视网后进入观众家庭,从信息传递来看，是一种点到点通信。卫星广播则是直接覆盖，它把来自地面的上行发射站传送来的电视节目转发到地面，供地面数万甚至数十万的个体和集体接收设备接收，卫星覆盖区的用户能直接收看卫星转发的广播电视节目。卫星广播是点对面的单向传输和覆盖。卫星广播的转发器用定向天线将电波聚集成窄束辐射到覆盖区，电波的利用率很高。由于卫星广播采用了宽带调频方式、低噪声接收设备和高增益接收天线，因此降低了对服务场强的要求，采用小口径天线就可以收看卫星广播节目。卫星电视广播有以下优点：远：是指卫星通信的距离远。俗话说，“站得高，看得远”，同步通信卫星可以“看”到地球最大跨度达一万八千余公里。在这个覆盖区的任意两点都可通过卫星进行通信，而微波通信一般是50里左右设一个中继站，一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于300多个微波中继站。多：指通信路数多、容量大。一颗现代通信卫星，可携带几十个转发器、可提供几十路电视和成千上万路电话。好：指通信质量好、可靠性高。卫星通信的传输环节少，不受地理条件和气象的影响，可获得高质量的通信信号。省：是指成本低。在同样容量、同样距离的条件下，卫星通信和其他通信设备相比，所耗的资金少，卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高，随着设计和工艺的成熟，成本还在降低。5.2.1频段分配和频道划分卫星广播电视系统都使用微波频段，主要是基于以下几点考虑：·微波频段频率高,波长短,可使星上和地面的天线尺寸大大减小,增益提高,方向性增强,从而减小卫星的体积和重量,降低对发射功率的要求,且可防止对邻近区域的干扰；·微波频段不易受大气扰动噪声的影响；·微波能穿过电离层；·无线电业务已占用较低频率,而微波频段相对比较“空闲”。5.2卫星广播电视的传输方式国际电信联盟（ITU）对卫星广播业务使用的频率进行了分配，下行频段有六个，如表5-1。我国规定使用11.7～12.2GHz的Ku频段。C频段和Ku频段卫星电视频道划分见表5-2和表5-3。表5-1卫星广播下行频段表5-2C频段卫星电视频道划分表5-3Ku频段卫星电视频道划分一个频道的带宽有19.18MHz，而BSTV广播的一个频道信号带宽为27MHz，相邻频道有7.82MHz重叠。采用频道间隔小于频道宽度可增加频道数，提高频率资源利用率，但相邻频道将产生相互干扰。因此，邻国、邻地区之间常用不同频道和不同极化波进行卫星电视广播。上行线路属于卫星固定通信业务，其频段应从此类通信的上行线路频段中选用。但从便于用一副星载天线兼作收发之用考虑，上、下频段不应离得太远，通常相距2GHz。5.2.2调制方式在BSTV系统中，图像信号采用调频方式。原因如下：（1）若采用调幅制比调频制要多20dB的功率，这对卫星是个很大的负担。（2）调频制比调幅制的抗干扰能力强。根据香农定理，信噪比和带宽可以互换，因此，为得到一定的信噪比，在不增加信号发射功率的条件下，只有牺牲带宽，图像信号采用调频方式。但在调频之前，复合基带信号（包括图像信号和伴音信号）的构成有以下几种常用的调制方式：1.FM―FM方式：伴音信号对伴音副载波调频，然后与图像信号叠加构成复合基带信号，再对主载波调频。2.PCM―FDM―FM方式：先对模拟伴音进行采样、量化和编码（PCM），变成数字伴音；然后把此数字伴音对副载波进行PSK；利用FDM技术，采用多个副载波，可以实现多种语言广播和立体声广播；最后与图像信号叠加构成复合基带信号，再对主载波调频。3.MAC(MultiplexedAnalogComponent)方式：即复用模拟分量方式，基本思想是对亮度信号和两个色差信号在时间轴上经压缩后采用时分复用（TDM）的传送方式，从根本上克服目前FDM方式所存在的亮、色串扰问题。5.2.3卫星电视信号的能量扩散在带有行、场同步信号的视频信号中，大多数时间里信号电平都处于黑白电平上；而中间电平的时间较短。用这种视频信号对载波进行频率调制，就会造成频谱能量在两侧过于集中，分布不均匀，致使与它共用频段的某些地面通信受到较大干扰。为了减少这种干扰，在发射功率受到限制的同时，也应对信号频谱能量加以扩散。为此，在卫星电视广播中，往往人为地在视频信号上叠加一个与帧频（或半帧频）同步的三角波，使得不论有无调制信号，主载波都受此三角波调制，因此能量扩散，功率谱降低，可减弱对其它通信系统的干扰。我国采用25Hz对称三角波，它与帧频同步且顶点对准场消隐脉冲处。5.3.1基本组成卫星电视广播系统主要由上行（发射）站、卫星、接收站和遥测遥控跟踪站组成，如图5-1所示。5.3卫星广播系统的组成图5-1卫星广播电视系统方框图遥测遥控跟踪站广播卫星12GHz14GHz14GHz上行站接收站电视台广播的节目信号，经光纤线路或微波中继线路传送到上行发射站，节目信号经放大和频率调制后，变成14GHz的载波发射给卫星。上行站的基本组成框图如5-2所示。图5-2上行站基本组成框图（P61）卫星上的转发器接收到上行波束后，将其放大并转换成12GHz的载波信号，再通过卫星上的天线转变成覆盖一定地区的下行波束。卫星地面接收站收到12GHz的载波信号后，从中解调出节目信号，经当地转播台或有线电视台播出，供用户接收，也可利用卫星广播电视接收机直接接收卫星上的广播电视节目信号。遥测遥控跟踪站测量卫星的姿态和轨道运行，测量卫星的各种工程参数和环境参数，对卫星进行控制和实施各种功能状态的切换，以保证卫星的正常运转。我国目前主要利用亚洲二号、亚太一号A和鑫诺一号卫星转播电视。亚洲二号卫星转播广东、福建、河南、江西、青海、辽宁、内蒙古、湖南、湖北、广西、陕西、中央3、4、5、6、7、8、9套节目以及安徽、黑龙江、江苏、北京、山西、天津、河北和远程教育的节目。亚太一号A卫星转播云南、贵州、浙江、西藏、四川、山东、新疆、海南、重庆、甘肃、宁夏、山东教育电视台、中国教育电视台、中国教育电视2台、中央1、2、7台节目。鑫诺一号卫星CBTV直播平台转播中央和各省市台数字电视节目。5.3.2地面接收站由于卫星电视信号强度较弱，频带很宽，因此要求卫星电视接收设备具有灵敏度高、噪声小、频带宽、接收天线增益高的特点。卫星广播电视信号的接收需要专门的卫星电视接收设备,并配上普通电视接收机或监视器才能完成。卫星电视广播的地面接收设备由接收天线、高频头和卫星电视接收机组成。1.天线与高频头接收天线直接关系到卫星广播电视节目的收视质量。图5-3是一种前馈式抛物面天线的结构。前馈天线将天线部件馈源放置在旋转抛物面的前方焦点处。馈源的主要作用是收集卫星电视信号并馈送到高频头去。天线支架分为上支架和下支架两部分。上支架主要作用是支撑抛物面，下支架用于把天线安装在地面或建筑物上。仰角和方位角调节机构用于卫星天线的方向选择，以对准轨道上的卫星。前馈式天线安装、拆装高频头不便，因此适合于小于5m的天线。卡塞格伦天线也称后馈式天线，是在抛物面天线的基础上发展起来的，后馈式天线有两个反射面如图5-4所示。它以抛物面为主反射面，副反射面为旋转双曲面，它的虚焦点与主反射抛物面焦点重合，它的实焦点与馈源中心重合，它将抛物面反射电波再辐射到抛物面后的馈源上。卡塞格伦天线效率高、方向性强、噪声低、增益高，性能比抛物面天线好。大多数收发双工的地面通信兼电视接收站都采用卡塞格伦天线。天线有板状天线和网状天线，网状天线效率较低，但有结构简单、成本低、安装运输方便、抗风力强等优点。图5-3前馈式抛物面天线的结构馈源馈源支撑杆抛物面下支架上支架仰角调节图5-4卡塞格伦天线的结构馈源旋转双曲面抛物面卫星电波虚焦点LNB实焦点为了减小噪声，高频头在馈源后部与馈源做成一体化结构，高频头即低噪声下变频器(LNB:LowNoiseBlockDownConverter)，又称室外单元。图5-5是高频头的组成方框图。来自馈源的微弱信号，经过宽频带低噪声放大器后，送到混频级，与本振信号混频后，输出宽频带的第一中频信号(频率为950～1450MHz)。高频头要接收卫星电视信号的全部频道，例如，C波段的频率范围为3.7～4.2GHz，有500MHz带宽，有24个频道，高频头就要对24个频道都能进行放大和进行频率变换。高频头对C波段采用高本振，本振频率为5.17GHz或者5.15GHz，变频后的频道与下行频道高低顺序是倒置的。Ku波段的频率范围为11.7～12.75GHz,有1.05GHz带宽,高频头就要对整个带宽都能进行放大和进行频率变换。高频头对Ku波段采用低本振,本振频率为10.75GHz,变频后的频道与下行频道的高低顺序相同。图5-5高频头组成方框图2.卫星电视接收机卫星电视接收机又称室内单元，它的主要作用是从室外单元送来的第一中频信号中选择所需要的频道信号，将其解调成AV信号或再调制到地面电视广播的某频道上，送至普通电视接收机。此外，室内单元还向室外单元馈送直流电压和控制电压。根据室内单元是否有变频器，将其分为两种形式：一次变频型和二次变频型。前者不含变频器，结构简单，但只能接收一个频道。后者可通过改变第二本振实现频道选择。目前的卫星电视接收机，大多采用二次变频方式，图5-6是它的组成框图。图5-6二次变频型卫星电视接收机的组成框图（P65）3.预加重和去加重语音和图像信号低频能量大，高频段信号能量明显小；而鉴频器输出噪声的功率谱密度随频率的升高而增加，造成图像信号的低频信噪比很大，高频信噪比明显不足。调频收发技术中，通常采用预加重和去加重技术来解决这一问题。预加重：发送端对输入信号高频分量的提升。去加重：接收端解调后对高频分量的压低。图5-7是预加重和去加重网络的标准形式。图5-7预加重和去加重网络（P67）5.4卫星数字电视在广播电视的地面广播、卫星广播和有线电视三种传送方式中，最易实现数字电视广播的是卫星电视，我国卫星电视正在由C波段向Ku波段发展，由模拟卫星电视向数字卫星电视发展，而且发展得非常快。数字卫星电视传送的优点有：(1)数字方式传输节目质量高，图像质量比较稳定。(2)传输一路模拟电视节目的卫星通道可传输4～8路数字电视节目，传输节目数量多，可满足观众日益增长的需求，也降低了每套电视节目传送的成本。(3)体积小，容易调整，设备稳定性、可靠性提高。(4)容易进行加扰加密，实现条件接收和对用户的授权管理。图5-8是数字卫星电视上行站方框图，包括信源编码、多路复用、信道编码、四相相移键控(QPSK)，调制、上变频器和功率放大等部分。音频视频辅助数据控制数据信源编码信道编码12m天线A/DA/D视频压缩音频压缩多路复用能量扩散RS编码卷积交织卷积编码QPSK调制上变频器功率放大图5-8数字卫星电视上行站方框图卫星数字电视接收系统由接收天线(包括馈源)、高频头(LNB)和卫星数字电视接收机三部分组成，经过接收、解调、解码、D/A变换等处理，就可接收到电视台发出的电视节目。