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浅谈卫星电视接收技术

带宽,载频间还有1MHz宽的隔离。在这种情况下,一个转发器上的TWTA功率被5个数字卫星信号使用,显然每个数字卫星信号所获得的功率要小于一个转发器只给一路模拟卫星信号的功率,因此真正的一路数字卫星电视信号的EIRP值要比模拟卫星电视信号小,这就是数字卫星信号比模拟卫星电视信号难接收的主要原因之一。
在多路单载波(MCPC)情况下,它的优势就是可以在一路载波(下行频率)下传输数路甚至20多路电视信号,当然这个载波信号的带宽要比单路单载波宽了,通常此时的多路单载波信号要占一个转发器36MHz的带宽,如中星6B和亚太6号上信号大多如此。在一路载波下要传输如此多路的电视信号,从技术上,对基带信号的要求是很高的,其中有一点是如何防止多达20余路电视信号之间的串扰问题,解决的方法是降低它们的电平,采用功率回退的办法,结果是多路单载波信号既便是占用一个转发器的功率,而实际发射的功率还是变小了。所以EIRP值也要比模拟卫星信号的 EIRP值小,因此接收起来难了。同时多路单载波信号中,所传输的电视路数越多,每一路电视信号压缩的越历害,其带宽就越窄,其传输质量越难以保证。为了在较窄的带宽情况下传输而不丢失信息,就必须采用高符码率传输,用这么高的速率就是为了弥补频带过窄而易丢失信息的矛盾。而如此之高的速率(符码率)又给地面接收时增加了解码时间和难度。
基于以上原因,我们在接收数字卫星信号时,因为它比模拟信号场强要弱,所以感到难以接收了。

1 卫星接收机的门限问题
有人讲数字机有门限,模拟机没有门限。这是一个错觉,甚至是错误观点。数字机的门限大家能感觉到,要么有信号,要么没信号。而模拟机门限只是大家没有感觉到。模拟机的门限定义为在保证接收机输出一定信噪比S/N情况下,输入信号的最小载噪比 C/N。这个最小C/N就是模拟机的门限,相似于数字机的Eb/N。只是因为模拟机在收模拟信号时,因模拟信号是连续的、多状态的,所以在低于门限值C/N时仍能工作,仍有输出,只是这个输出是达不到要求的信噪比 S/N的,这给使用惯数字机的人一种感觉似乎没有门限。而数字机接收数字信时,数字信号只有两种状态且互不连续的,因此低于门限时无信号输出,给人一种明显的门限感觉。人们错误的将这种感觉移植到模拟机上,便对模拟机产生了错误认识。
利用卫星传送广播电视节目通常是使用同步轨道卫星,也称为静止轨道卫星,即从地面上看,卫星是静止不动的。同步轨道卫星位于地球赤道上空3.6万公里,这就相当于在3.6万公里高空建立了一个信号收转站,其信号覆盖区域非常之大,理论上讲每颗卫星可以覆盖地球1/3的地表面积。卫星电视的优点是覆盖范围大、信号稳定、质量好,特别适合于幅员辽阔、地形复杂的国家。

2 卫星电视广播的组成和原理
卫星电视广播通常采用C波段或Ku波段进行传送。C波段具有覆盖范围大,信号稳定,受降雨等气象因素影响小等优点,但接收易受地面同频微波信号的干扰,接收天线的口径也比较大(一般大于2m),因此,C波段一般用于大范围节目传输。Ku波段具有传输容量较大、信号强、地面干扰小、接收天线口径较小(一般1m左右)等优点,但信号传输受降雨等气象因素影响大,覆盖范围相对较小,因此Ku波段一般用于区域性节目覆盖,卫星广播电视直播即采用Ku波段。
一个典型的卫星广播电视传送通常由地球站、卫星和接收站等3部分组成。来自电台、电视台的广播电视节目首先进行压缩、复用,再经过中频、上变频和高功率放大转换为适合卫星传输的高频信号,然后再由卫星地球站上行发送至卫星。
数字卫星电视的出现,大大改善了人们收看卫星电视的视觉效果,进而逐步将模拟卫星电视淘汰。然而,这种发展也确实使接收者增加了接收的难度,数字卫星电视信号的接收不再像模拟卫星电视信号那么简便、直观、容错度较大。数字卫星电视信号的难接收,一方面表现在对地面接收的基理、接收的方法与技巧上;另外还有很重要的一方面就是空中卫星上行的原因,在星上,向地面转发的数字卫星电视信号的生成,传输的技术条件,造就了比模拟卫星电视信号难接收的基理。
大家知道,通信卫星或广播卫星上有若干个转发器,卫星电视信号就是由这些转发器将地面站发射来的电视信号接收并经过处理后再向地面发射而形成的。转发器在这里起到很重要的信号转换作用,每颗卫星上都有很多转发器。早期发展的卫星转发器都较少,最新的卫星都有40个以上转发器,同时还有若干个 Ku甚至Ka转发器,而这些转发器分别使用不同指向的天线形成不同的卫星信号波束。早期卫星上转发器不多,星上天线也不多,所以形成的波速很少,基本上是面波束,且是固定指向的,也就是说卫星上所有转发器所发出的信号,基本上是1个或者2个面波束。但是随着科技的发展,现代卫星不仅转发器多了,天线也多了,不再是所有的转发器都使用1面或2面星上天线。它们是根据市场需要由不同的转发器使用不同天线,形成不同的极化、不同的波段、不同指向的辐射波束,1颗卫星可以多达10余个不同区域波束,场强图也有10余种,正是因为这些新型卫星上承载着众多不同的数字卫星电视频道,用一张场强图就难以解决众多不同指向、不同极化的信号接收。

3 卫星电视广播的传送方式和发展
为了提高卫星的利用率,一般多套广播电视节目通过同一卫星转发器传送,采用的传送方式通常有两种,即SCPC(单路单载波)方式和MCPC(多路单载波)方式。

3.1 SCPC方式特点
(1)节目上下行灵活,可以方便地实现在不同地点上行多套广播电视节目(一个 36MHz卫星转发器大约可以传送5~6套标准清晰度数字电视节目),以频率分隔的方式共用一个卫星转发器。但是,为了背面避免载波间的边带干扰,各个载波之间需要留有一定的保护频带,使得卫星转发器的频带利用率下降;
(2)为避免多载波间产生互调干扰,转发器功率须退到线形区,使得卫星转发器的功率利用率下降。同时卫星转发器工作在线形区,每个载波的功率相对较小,因此以 SCPC方式传送的节目信号较易受到其它信号的影响,抗干扰性能较差;
(3)每个载波占用固定频率宽度,传送的节目码率固定不变,降低了卫星信道的利用率。

3.2 MCPC方式特点
(1)可以在同一地点打包集中上行多套广播电视节目(一个36MHz卫星转发器大约可以传送10套以上标准清晰度数字电视节目),而以单一载波占用一个卫星转发器。由于转发器内只有一个载波,不存在载波间相互干扰问题,因此不需要分配保护频带,卫星转发器的频率利用率较高;
(2)卫星转发器工作在饱和状态,载波功率相对较大,因此以MCPC方式传送的节目信号不易受到其它信号的影响,抗干扰性能较强;
(3)传送多套节目可以采用统计复用等节目码率动态分配技术,使每套节目的平均码率大为减少,提高了卫星信道的利用率。MCPC方式的缺点是不能实现各套节目分别在不同地点上行到同一转发器,节目的上行不如SCPC方式灵活。
SCPC方式与 MCPC方式各具特点,采用何种方式传送广播电视节目需要根据具体情况而定。一般来讲,不同地域间广播电视的节目传输通常采用SCPC 方式,而对于像卫星直播等节目集中上行的情况,而多采用MCPC方式。

4 卫星电视广播模拟和数字传输的特点
我们同样知道,每个卫星上转发器所转发信号的强弱取决于每个转发器中发射部分的功率放大器的功率TWTA大小,这个TWTA一般为数10W,甚至上千瓦。从而形成C波段和Ku波段转发器的最大全向等效辐射功率EIRP即俗称为场强的最大值各不相同。注意:我们这里所讲的卫星场强值是指1个转发器的EIRP值,也就是通常我们从卫星场强图上所看到的数值。我们同时又知道,每个转发器是有频带宽度的,C波段一般转发的带宽为40MHz,考虑到防止转发器之间串扰,实际使用带宽为36MHz,转发器之间留有4MHz的防卫度。
无论是模拟卫星电视信号还是数字卫星电视信号的基带信号,即所要传送的电视图像与伴音信号还是一样的,可以是PAL制或NTSC制信号,更可以是SECAM制信号,只是它们的基带信号带宽略有不同而已。在模拟卫星电视信号中,采用的是调频一调频制,即图像调制和伴音调制都是调频的。调制后的卫星电视信号的频带宽度远大于基带信号的带宽,一般C波段为36MHz。这就是我们所说的在模拟卫星电视中,一个转发器由于带宽的原因,只能容纳下一路调频的卫星电视(射频)信号的原因。那么这个转发器的放大功率也就全部给了这一路的模拟卫星电视(射频)信号。这里我们着重需要再次重申的是,卫星上一个转发器只能传送一路模拟卫星电视信号,一路模拟卫星电视信号占有一个转发器的全部发射功率,从而获得了一个转发器的全部功率所形成的 EIRP值。
然而在数字卫星电视信号中,却与模拟卫星信号形成了很大的不同。我们知道,数字信号是在模拟信号的基础上进行抽样、编码、调制而成的,在这个过程中同时完成了频带压缩,正是由于数字信号的这个可以压缩频带的特点,使得一路数字卫星信号的带宽要小于模拟卫星信号。在模拟卫星电视信号必须占用36MHz带宽的情况下,一路数字卫星电视信号只需要占用5~6MHz带宽,甚至更少的带宽就够了。这一特征是数字信号的优势,所以在一个转发器中可以传输多达10~20路的电视信号,每套节目所占的带宽自然就清楚了,是远小于模拟信号的,当然传输的电视路数越多,信号质量就越难以保证。
一个转发器转发一路模拟信号和转发多路数字信号,每路信号所获取的转发器功率一样吗?当然不一样,一般由它们所占用的频带宽度来决定。如果一路模拟信号占用36MHz带宽,而一路数字信号也占用36MHz带宽的话,它们所取得转发器功率应该是一样的,它们的EIRP值也便会一样的。但就是因数字卫星电视信号可以压缩节省频率,因为数字卫星电视的带宽要窄,所以数字卫视信号所获取的转发器功 率变小,变小的程度依据它们所占带宽而定。很显然,由于数字卫星电视信号的功率比模拟卫星信号功率小了,那么EIRP值也小了,也就是数字卫星信号相对弱了,自然接收数字卫星信号要比接收模拟信卫星信号难了。
当我们明白了由于带宽的原因一般数字卫星信号要比模拟卫星信号的EIRP值要小,至于小的程度还要看数字卫星信号是单路单载波(SCPC)信号,还是多路单载波( MCPC)信号。
在单路单载波(SCPC)情况下,一个36MHz转发器可以容纳5个左右数字卫星信号,每个载波信号一般6MHz


 
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