數(shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)(1)

1、 數(shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)第1章 概論11衛(wèi)星廣播1.1.1 簡(jiǎn)史通信網(wǎng)絡(luò)和廣播電視覆蓋的三種基本傳輸方式為：光纜、衛(wèi)星、和微波。目前，廣播電視三種傳輸方式主要有：地面無線的傳輸形式、有線網(wǎng)絡(luò)傳輸、衛(wèi)星傳輸。微波中繼最早出現(xiàn)在20世紀(jì)40年代，衛(wèi)星廣播誕生于20世紀(jì)60年代。數(shù)字衛(wèi)星廣播于1994年首次出現(xiàn)在美國(guó)，我國(guó)于1995年引入。目前，數(shù)字衛(wèi)星廣播已經(jīng)成為覆蓋全國(guó)的主要方式。微波是指頻率高于1000MHz（1GHz）的無線電波，按照波長(zhǎng)可分為分米波，厘米波，毫米波等波段。微波中繼站一般間距在50km左右。微波中繼具有抗重大自然災(zāi)害的特點(diǎn)。衛(wèi)星通信由英國(guó)科幻小說家阿瑟 C 克拉克 于1945

2、年首次提出。1984年4月8日，我國(guó)成功發(fā)射第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”。1.1.2模擬衛(wèi)星廣播：模擬衛(wèi)星廣播系統(tǒng)可以分為上行地球站、通信衛(wèi)星、衛(wèi)星接收站三個(gè)子系統(tǒng)。上行地球站的功能：首先對(duì)電視臺(tái)播控中心傳來的信號(hào)進(jìn)行基帶處理，然后進(jìn)行中頻調(diào)制，形成中頻信號(hào)，其后通過上變頻與高功率放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生足夠強(qiáng)的微波信號(hào)饋送至天線上，進(jìn)一步將衛(wèi)星廣播上的信號(hào)送到在同頻軌道上的衛(wèi)星上。通常上行地球站還具有遙測(cè)、監(jiān)控和跟蹤功能。廣播衛(wèi)星的功能：接收發(fā)自地球站上的信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大，下變頻和功率放大等環(huán)節(jié)，生成衛(wèi)星廣播的下行信號(hào)，通過天線將此信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)區(qū)域內(nèi)。衛(wèi)星接收站的功能：通過天線接收來自衛(wèi)星的下

3、行信號(hào)，首先經(jīng)過低噪聲放大，下變頻和中放等環(huán)節(jié)，生成衛(wèi)星接收系內(nèi)的第一中頻信號(hào)，該信號(hào)通過同軸電纜傳送到室內(nèi)一個(gè)或多個(gè)衛(wèi)星接收機(jī)。在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)一步產(chǎn)生第二中頻信號(hào)，經(jīng)過中放，解調(diào)，視頻處理，伴音解調(diào)和伴音處理等環(huán)節(jié)，分別還原出視頻信號(hào)與音頻信號(hào)。衛(wèi)星電視廣播中的視頻信號(hào)采用調(diào)頻方式（FM），地面電視廣播采用的是殘邊帶調(diào)幅方式（AM/VSB）。調(diào)頻方式具有接收弱信號(hào)能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，所需衛(wèi)星發(fā)射功率小的特點(diǎn)。衛(wèi)星電視廣播中的伴音信號(hào)分為模擬伴音與數(shù)字伴音兩種類型。模擬衛(wèi)星廣播的伴音與地面電視廣播的區(qū)別在于：1.副載波不同。2.采用的伴音預(yù)加重和去加重方式不同。數(shù)字伴音的優(yōu)點(diǎn)是：傳輸容量大，聲

4、音質(zhì)量高，聲音與圖像信號(hào)間的串?dāng)_比較小。1.1.3 數(shù)字衛(wèi)星廣播與模擬衛(wèi)星廣播系統(tǒng)類似，數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)也是由上行地球站、廣播衛(wèi)星與衛(wèi)星接收站三部分組成的。數(shù)字衛(wèi)星廣播的優(yōu)點(diǎn)：1 一顆衛(wèi)星可以提供上百套電視節(jié)目。通常一個(gè)衛(wèi)星裝備24個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬為36MHz。采用數(shù)字壓縮和數(shù)字傳輸技術(shù)后，每個(gè)電視頻道的帶寬大約7M左右。2 經(jīng)濟(jì)效益好。3 節(jié)目傳輸質(zhì)量高。4 所需發(fā)射功率小。5 能提供多路多聲道的優(yōu)質(zhì)音頻信號(hào)。6 能提供多種服務(wù)。7 便于實(shí)行節(jié)目的有條件接收。數(shù)字衛(wèi)星廣播的制式：目前，數(shù)字衛(wèi)星廣播的制式大至分為兩種：DVB-S（歐洲廣播聯(lián)盟的數(shù)字廣播視頻方式）； （美國(guó)通用儀

5、器公司開發(fā)的方式）兩種制式互不兼容，主要差別在于數(shù)字信號(hào)的傳輸方式上（信道編碼有所不同）。信源編碼都采用MPEG-2壓縮方式。DVB-S系統(tǒng)中采用的信號(hào)調(diào)制方式稱為四相相移鍵控（QPSK）。為盡量減少誤碼對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，采用了卷積碼和里德-索羅門碼（RS碼）的編碼方式組成的誤碼保護(hù)方式。DVB-S系統(tǒng)適用于不同帶寬的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。DVB-S系統(tǒng)允許實(shí)行節(jié)目的復(fù)用。在數(shù)字衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中根據(jù)節(jié)目復(fù)用的情況，有單路單載波和多路單載波方式之分。單路單載波（SCPC）：多路信號(hào)有多個(gè)載波。每路信號(hào)對(duì)各自的載波進(jìn)行調(diào)制，多路信號(hào)在射頻上頻分復(fù)用，各路信號(hào)可從不同地點(diǎn)上星。由于每個(gè)載波只傳送一套電視節(jié)目

6、，因此衛(wèi)星上行站傳輸?shù)姆?hào)率就比較低，4-7Mbps，占用的頻帶也比較窄，一般不超過7MHz。多路單載波（MCPC）：多路信號(hào)只有一個(gè)載波。多路信號(hào)在調(diào)制前復(fù)用，通過信道編碼環(huán)節(jié)后對(duì)載波調(diào)制。該方式適用于從一個(gè)地點(diǎn)上星的多路信號(hào)。由于傳送節(jié)目多，與SCPC相比，上行站傳輸?shù)姆?hào)率比較高，占用頻帶也比較寬。直播衛(wèi)星利用工作在專用衛(wèi)星廣播頻段的廣播衛(wèi)星，將廣播電視節(jié)目直接送到家庭的一種廣播方式。又稱衛(wèi)星直接到戶（DTH）。技術(shù)上兩項(xiàng)措施：1. 采用Ku波段；2.采用大功率衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。1.1.4 衛(wèi)星廣播的頻率范圍世界無線電行政大會(huì)將衛(wèi)星通信和廣播細(xì)分為三大類：固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)（FSS）、廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)（

7、BSS）和移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)（MSS）。1.2 微波通信1.2.1 微波通信的特點(diǎn)微波是指波長(zhǎng)為1米至1毫米或頻率為300MHz至300GHz范圍內(nèi)的電磁波。微波通信是指用微波波段的電磁波進(jìn)行的通信。 波長(zhǎng)*頻率=波速（3*108 m/s）微波通信是一種比較先進(jìn)的通信技術(shù)，與短波通信相比，具有通信容量大、傳輸質(zhì)量高、抗干擾能力強(qiáng)、投資較少、建設(shè)速度快等優(yōu)點(diǎn)。微波通信主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1. 頻帶寬2. 傳輸質(zhì)量及穩(wěn)定性好。不受天電干擾、工業(yè)干擾、太陽黑子的變化及電離層變化的影響。3. 直線傳播，視線距離內(nèi)通信。4. 天線方向性強(qiáng)，通信中相互干擾小。所需要的發(fā)射功率?。◣淄吖β示蛪蛄耍?。微波、多路、中

8、繼是微波通信最基本的特點(diǎn)。1.2.2 多路復(fù)用原理微波中繼通信系統(tǒng)分為模擬微波通信系統(tǒng)和數(shù)字微波通信系統(tǒng)。它他都是利用一條通信電路進(jìn)行多路通信。稱為多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用（FDM）：按照頻率分路的復(fù)用系統(tǒng)，為模擬微波通信系統(tǒng)采用。時(shí)分多路復(fù)用（TDM）：按照時(shí)間分路的復(fù)用系統(tǒng)，為數(shù)字微波通信系統(tǒng)采用。頻分多路復(fù)用簡(jiǎn)單原理：原理：不同的傳輸媒體具有不同的帶寬，頻分多路復(fù)用技術(shù)對(duì)整個(gè)物理信道的可用帶寬進(jìn)行分割，利用載波調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)的頻譜遷移，使得多路信號(hào)在整個(gè)物理信道帶寬允許的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)頻譜上的不重疊，從而共用一個(gè)信道，為了防止多路信號(hào)之間的相互干擾，使用隔離頻帶來隔離每個(gè)子信道。工作

9、過程：按頻率高低來劃分電路。將各個(gè)話路信號(hào)變換到不同的頻率上，然后用濾波器將他們合并成為多路信號(hào)，在接收端，將多路信號(hào)再分離成各個(gè)話路的信號(hào)。如下圖所示：左邊是發(fā)信端，右邊是收信端。在發(fā)信端，話路1的基帶信號(hào)加到調(diào)制器1上，對(duì)載頻1進(jìn)行調(diào)幅并抑制其載頻，在頻制器輸出得到殘余載頻及上、下兩個(gè)邊帶，用帶通濾波器取出一個(gè)邊帶，得到單邊帶信號(hào)。同理話路2、3得到位于不同頻帶的單邊帶信號(hào)。各路載頻間隔4KHz。然后將各話路的單邊帶信號(hào)合并起來，就成為頻分多路電話信號(hào)。通常又稱為群信號(hào)。在收信端，先由帶通濾波器從信號(hào)中分離出各話路的高頻邊帶信號(hào)，然后送到解調(diào)器，與各路相應(yīng)的載頻差拍變頻，還原出各個(gè)話路的基

10、帶信號(hào)，并用低通濾波器濾出。調(diào)制1載頻1帶通1調(diào)制2載頻2帶通2帶通1解調(diào)1載頻1低通1帶通2解調(diào)2載頻2低通2話路1話路2話路1話路2頻分多路復(fù)用設(shè)備原理頻分多路復(fù)用的特點(diǎn)是：各路信號(hào)在公共信道上占用的頻率是錯(cuò)開的，即：頻域分開，時(shí)域重疊。視頻頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中，電視基帶信號(hào)由圖像信號(hào)、伴音信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)組成。時(shí)分多路復(fù)用：原理：將該理信道劃分成若干時(shí)間片，并將各個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多路信號(hào)，使得他們?cè)跁r(shí)間上不重疊。工作過程：如下圖：各路語音信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，其頻帶限制在3400Hz內(nèi)，然后由抽樣開關(guān)以8000Hz的速率對(duì)其抽樣，各抽樣開關(guān)在定時(shí)器控制下按一定順序輪流抽樣。各路信號(hào)取樣值（

11、PAM信號(hào)）順序在公共量化編碼器中量化、編碼、變換為PCM（ 脈沖編碼調(diào)制）信號(hào)、碼型變換、經(jīng)信道傳輸?shù)浇邮涨岸?。在接收端正好相關(guān)，先對(duì)信號(hào)進(jìn)行再生，碼型反變換，將其還原為PCM信號(hào)，再經(jīng)分路開關(guān)將各路信號(hào)分離。收端定時(shí)器的控制信號(hào)與發(fā)端完全同步。CH 1時(shí)分多路復(fù)用設(shè)備原理低通低通低通量化編碼碼型變換信道CH 2CH n再生碼反變換解碼CH 1低通低通低通CH 2CH n發(fā)信定時(shí)收信定時(shí)CH1 2nCH1 2n時(shí)分多路信號(hào)的特點(diǎn)：各路信號(hào)在公共信道上占用的時(shí)間是錯(cuò)開的。即：時(shí)域分開，頻域重疊。1.2.3 模擬微波通信系統(tǒng)微波站可以分為兩類：一類是終端站，一類是中繼站。終端站的任務(wù)：調(diào)制與解調(diào)

12、。一方面將機(jī)房來的信號(hào)調(diào)制到微波頻率發(fā)射出去；另一方面將接收到的微波信號(hào)解調(diào)出來，送至用戶，中繼站的任務(wù)：完成微波信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)與分路。中繼站又可分為主站、中間站和分路站三種類型。主站：需要分出或加入話路與電視信號(hào)的站，在進(jìn)行話路轉(zhuǎn)接時(shí)，群路信號(hào)要經(jīng)過超群解調(diào)。分路站：分出或加入一部分話路。話路轉(zhuǎn)接時(shí)，不解調(diào)群路信號(hào)，而是用濾波器將需要分出或加入的話路濾出后進(jìn)行解調(diào)?？梢苑殖鲭娨曅盘?hào)，一般不加入電視信號(hào)。中間站：不分出或加入話路和電視信號(hào)。將收到的微波信號(hào)加以變頻、放大。以另外的頻率再向下一站轉(zhuǎn)發(fā)。整個(gè)微波中繼線路上共有：終端站，主站，分路站和中間站四種類型，前三種都要進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)，又稱為調(diào)制站

13、。模擬通信系統(tǒng)有兩項(xiàng)主要性能指標(biāo)：通信容量和保真度。與數(shù)字通信相比，模擬通信的主要優(yōu)點(diǎn)是頻帶利用率較高。缺點(diǎn)是抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備不易大規(guī)模集成，不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求。1.2.4 數(shù)字微波通信系統(tǒng)在通信系統(tǒng)中，如果傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)，這個(gè)通信系統(tǒng)就叫數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)中，通信的有效性與可靠性是最主要的技術(shù)性能指標(biāo)。即傳輸速度與傳輸質(zhì)量。數(shù)字通信系統(tǒng)最主要的性能指標(biāo)有兩項(xiàng)：即一定信號(hào)帶寬下的傳輸容量和一定中斷概率下的傳輸差錯(cuò)率。碼元與比特：碼元在數(shù)字通信中常常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)稱為二進(jìn)制碼元。碼元，承載信息量的基本信號(hào)單

14、位。比特信息量的單位，一個(gè)二進(jìn)制碼元的信息量為1bit ，中文翻譯是“位”。字節(jié)計(jì)算機(jī)內(nèi)專用的數(shù)據(jù)計(jì)量單位8bit=1Byte數(shù)字信號(hào)的傳輸速率一般有如下兩種方法表示：比特速率：指系統(tǒng)每秒傳送的比特?cái)?shù)，單位是bit/s。碼元速率：指系統(tǒng)中每秒傳送的碼元數(shù)，單位是波特（Band）。真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)的有效指標(biāo)，通常采用每赫信道帶寬內(nèi)的比特速率來衡量。單位是bit/s/Hz。數(shù)字信號(hào)的傳輸差錯(cuò)率一般有如下兩種表示方法：誤碼率：又稱碼元差錯(cuò)率。是指在傳輸?shù)拇a元總數(shù)中，錯(cuò)誤接收的碼元所占的比例。誤比特率：又稱比特差錯(cuò)率。是指在傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)中，錯(cuò)誤接收的比特所占的比例。數(shù)字微波與模擬微波相比較，有如

15、下幾個(gè)特點(diǎn)：1. 系統(tǒng)性能要求，質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同。模擬微波傳輸質(zhì)量是以信噪比作為衡量指標(biāo)，數(shù)字微波電路則以誤碼率作為傳輸質(zhì)量指標(biāo)。2. 模擬微波系統(tǒng)主要考慮的是波形保真度，接收機(jī)的功能只是將基帶信號(hào)檢波出來。數(shù)字微波系統(tǒng)接收機(jī)的功能不僅要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行檢波，更重要的是對(duì)其取值進(jìn)行判斷。所以解調(diào)器的構(gòu)成也不同。3. 數(shù)字微波傳輸信息可進(jìn)行再生接力方式。避免了模擬微波接力系統(tǒng)中出現(xiàn)的噪聲積累。4. 模擬微波多路復(fù)用通常采用頻分多路（FDM）。數(shù)字微波多路通信系統(tǒng)采用時(shí)分多路復(fù)用（TDM）。信號(hào)同步系統(tǒng)是數(shù)字微波設(shè)備中的重要組成部分。5. 數(shù)字微波信號(hào)頻譜比模擬微波信號(hào)寬，信號(hào)占用的頻帶也寬6. 數(shù)

16、字微波系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)基帶信號(hào)便于根據(jù)需要進(jìn)行處理，有利于實(shí)現(xiàn)集成化和數(shù)字化電路以及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的建立。第2章 同步衛(wèi)星廣播21衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的組成2.1.1 衛(wèi)星上行地球站一個(gè)衛(wèi)星上行地球站由發(fā)送、天線、接收、監(jiān)控、電源等幾個(gè)子系統(tǒng)組成。衛(wèi)星上行地球站的天線都是大口徑天線，一般為6m-20m。天線的形式大多為雙反射面天線，也有些采用卡塞格倫天線或格里高里天線。采用后者的好處是收發(fā)可以共用一副天線而無需使用雙工器。信源編碼器復(fù)接器V1A1信源編碼器V2A2Data信道編碼器QPSK調(diào)制上變頻器（主）信源編碼器功分器V1A1信源編碼器V2A2Data信道編碼器QPSK調(diào)制上變頻器（副）高功放

17、（主）高功放（備）復(fù)接器天線數(shù)字衛(wèi)星上行地球站發(fā)送系統(tǒng)框圖數(shù)字衛(wèi)星廣播的輸入信號(hào)有三個(gè)：音頻信號(hào)（A）、視頻信號(hào)（V）和數(shù)據(jù)信號(hào)（Data）。模擬的音頻信號(hào)與視頻信號(hào)先輸入信源編碼器，生成經(jīng)過壓縮的數(shù)字信號(hào)。（壓縮標(biāo)準(zhǔn)：MPEG-2）信源編碼器壓縮后輸出的數(shù)字信號(hào)叫傳輸流（Transport Stream）,其中視頻信息和音頻信息都被打成一定格式的數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)所包的長(zhǎng)度都是188字節(jié)，其中包括一個(gè)同步字節(jié)，數(shù)據(jù)信號(hào)也要按照這個(gè)格式打包。復(fù)接器將音頻數(shù)據(jù)包、視頻數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)包按一定的規(guī)律組合在一起，形成一個(gè)整體的數(shù)據(jù)信號(hào)送入信道編碼器。在信道編碼器中采用糾錯(cuò)編碼方式盡量減少傳輸過程中形成的

18、誤碼，信道編碼器主要由能量擴(kuò)展、外碼編碼、卷積交織、內(nèi)碼編碼、基帶成形等幾部分組成。經(jīng)過信道編碼后，信號(hào)進(jìn)入QPSK調(diào)制器。經(jīng)過QPSK調(diào)制后的信號(hào)又成了模擬信號(hào)。經(jīng)過上變頻、高功率放器后，饋送至衛(wèi)星天線發(fā)射到同步衛(wèi)星上。為什么要用QPSK調(diào)制？因?yàn)镼PSK特別適合弱信號(hào)的場(chǎng)合，也就是說在輸入的載噪比比較低的情況下，能夠獲得比較高的輸出信噪比。由于衛(wèi)星信號(hào)的傳輸距離在4000Km左右，通常地面能達(dá)到的場(chǎng)強(qiáng)在15-30dBV/m的范圍之內(nèi)，顯然信號(hào)是相當(dāng)弱的。在這樣的信號(hào)強(qiáng)度條件下，采用QPSK調(diào)制方式往往能夠得到足夠的信噪比。QPSK屬于中頻調(diào)制，一般的中頻頻率為70MHz。2.1.2 衛(wèi)星接

19、收系統(tǒng)衛(wèi)星接收系統(tǒng)分為兩種：集體接收系統(tǒng)與個(gè)體衛(wèi)星接收系統(tǒng)。兩者的主要差別在于是否使用功分器。集體衛(wèi)星接收系統(tǒng)又稱為衛(wèi)星接收站，它由衛(wèi)星接收天線、高頻頭、第一中頻電纜、功分器和衛(wèi)星接收機(jī)等幾部分組成，有時(shí)還包括線路放大器。模擬衛(wèi)星接收系統(tǒng)與數(shù)字衛(wèi)星接收系統(tǒng)的組成形式是完全一樣的，因?yàn)閮煞N接收機(jī)接收的都是第一中頻信號(hào)，而第一中頻信號(hào)為已調(diào)波，它屬于模擬信號(hào)的范疇。衛(wèi)星接收天線將廣播衛(wèi)星傳送的電磁波接收下來，然后送入高頻頭。高頻頭的作用有兩個(gè)：低噪聲放大與下變頻。原因是：衛(wèi)星到地面距離遠(yuǎn)，信號(hào)弱，高頻頭需要高增益，同時(shí)為保證接收質(zhì)量，又要求低噪聲。下變頻的目的是為了減少信號(hào)傳輸?shù)绞覂?nèi)的衰減。頻率越

20、高，衰減越大。經(jīng)過下變頻后的信號(hào)稱為第一中頻信號(hào)。我國(guó)為衛(wèi)星接收機(jī)的第一中頻信號(hào)為970-1470MHz。第一中頻電纜的作用是將衛(wèi)星信號(hào)從室外傳送到室內(nèi)，同時(shí)給高頻頭提供18V的直流電源。線纜長(zhǎng)度一般不超過50m。如果確實(shí)距離遠(yuǎn)，可以電纜中部安裝線路放大器。線路放大器也是依靠電纜供電。功分器的作用是將一路信號(hào)分為若干路，以便給各衛(wèi)星接收機(jī)提供信號(hào)，同時(shí)它還要保證各衛(wèi)星接收機(jī)之間互不干擾。功分器分為有源和無源功分器。2.1.3 通信廣播衛(wèi)星目前使用的同步衛(wèi)星有通信衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、海事衛(wèi)星、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星等幾種。通信衛(wèi)星與廣播衛(wèi)星的差別很小，主要差別在于工作波段與等效全向輻射功率。廣播衛(wèi)星的等效全向

21、輻射功率要大一些。一般來說，通信廣播衛(wèi)星可以劃分為五個(gè)子系統(tǒng)：天線子系統(tǒng)、廣播子系統(tǒng)、電源子系統(tǒng)、跟蹤遙測(cè)指令子系統(tǒng)和姿態(tài)控制子系統(tǒng)。衛(wèi)星上的天線有若干副，分別作為轉(zhuǎn)播和控制之用。從事轉(zhuǎn)播的天線往往是收發(fā)共用的。衛(wèi)星天線分為：全球波束天線、半球波束天線、點(diǎn)波束天線、賦性波束天線。全球波束天線覆蓋衛(wèi)星能夠覆蓋的全部區(qū)域。點(diǎn)波束天線的半功率角很小，覆蓋地球表面一個(gè)小范圍的特定區(qū)域。點(diǎn)波束天線一般采用偏饋天線的形式。賦性波束天線普遍使用，可以將輻射能量集中在衛(wèi)星廣播的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，減少對(duì)其它區(qū)域的干擾，具有比較好的電磁兼容特性。雙工器是一種微波波導(dǎo)器件，主體是金屬波導(dǎo)，它具備濾波、阻抗匹配、分波、功率

22、合成等功能。雙工器首先要保證收發(fā)間互不干擾，還要保證阻抗匹配，同時(shí)其插入損耗也要小。低噪聲放大器的特點(diǎn)：低噪聲，高增益。衛(wèi)星的姿態(tài)控制可分為自旋穩(wěn)定和三軸穩(wěn)定兩種方式。22同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星是指運(yùn)轉(zhuǎn)周期與地球自轉(zhuǎn)同步的衛(wèi)星。地球自轉(zhuǎn)一周時(shí)間為23小時(shí)56分4.0905秒。同步衛(wèi)星的特點(diǎn)，為什么廣播系統(tǒng)中采用同步衛(wèi)星？1. 接收天線容易對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，同時(shí)天線的跟蹤系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單。2. 由于衛(wèi)星位置固定，因此不存在多普勒頻移現(xiàn)象。3. 服務(wù)區(qū)域比較大，一顆同步衛(wèi)星大概可以覆蓋地球表面的42%。4. 廣播信道大部分處于真空之中，因此工作相對(duì)穩(wěn)定，信號(hào)質(zhì)量高。同步衛(wèi)星高度為35786Km。由于太陽引力、月球引

23、力、地球磁場(chǎng)變化等外界因素的影響，同步衛(wèi)星相對(duì)地面來說并不是絕對(duì)靜止不動(dòng)的，而是在其指定位置附近作小幅度的飄動(dòng)。同步衛(wèi)星偏離理想同步軌道的現(xiàn)象稱為攝動(dòng)。攝動(dòng)的主要原因是太陽引力。從地面上看太陽引力引起的同步衛(wèi)星攝動(dòng)現(xiàn)象是衛(wèi)星沿南北方向緩慢地飄動(dòng)。為保證衛(wèi)星廣播的連續(xù)性，必須對(duì)衛(wèi)星攝動(dòng)加以校正。衛(wèi)星接收天線口徑越大，其方向圖就越尖銳，因此衛(wèi)星漂移的影響就越大。所以大口徑衛(wèi)星天線應(yīng)具備有自動(dòng)跟蹤能力。23 日凌也星蝕2.3.1日凌每年春分和秋分前后，太陽穿過赤道，這段時(shí)間太陽位于地球赤道上空。由于通訊衛(wèi)星多定點(diǎn)在赤道上空運(yùn)行，在這期間，如果太陽、通信衛(wèi)星和地面衛(wèi)星接收天線恰巧又在一條直線上，那么太

24、陽強(qiáng)大的電磁輻射會(huì)對(duì)衛(wèi)星下行信號(hào)造成強(qiáng)烈的干擾，這種現(xiàn)象稱為日凌。在北半球，日凌發(fā)生在春分之前及秋分之后；在南半球，日凌發(fā)生在春分之后及秋分之前。緯度影響每年日凌開始和結(jié)束的日期。春分時(shí)，地球站的緯度越高(北)，則日凌開始和結(jié)束的日期越早；秋分時(shí)，緯度越高，則日凌開始和結(jié)束的日期越晚。如果兩地經(jīng)度一樣，那么緯度每相差3度左右，則這兩地日凌開始和結(jié)束的日期就會(huì)相差一天。經(jīng)度影響每天日凌開始和結(jié)束的時(shí)間。地球站的經(jīng)度越往西，則每天日凌開始和結(jié)束的時(shí)間越早；經(jīng)度越往東，則每天日凌開始和結(jié)束的時(shí)間越晚。如果兩地緯度一樣，那么經(jīng)度每相差2度，則兩地日凌開始及結(jié)束的時(shí)間會(huì)相差約1分鐘。 衛(wèi)星經(jīng)度越大，則每

25、天日凌開始和結(jié)束的時(shí)間越晚。接收天線的口徑越大，其半功率角就越小，日凌持續(xù)時(shí)間就越短。反之就越長(zhǎng)。接收頻率越高，其半功率角就越小，則日凌持續(xù)時(shí)間越短。2.3.2衛(wèi)星蝕衛(wèi)星蝕與月食類似，當(dāng)同步衛(wèi)星進(jìn)入到地球的陰影區(qū)域之后，衛(wèi)星見不到太陽光稱為衛(wèi)星蝕。每年的在春分與秋分前后各23天，都會(huì)發(fā)生衛(wèi)星蝕。發(fā)生衛(wèi)星蝕后，太陽能電池不能為衛(wèi)星提供電能，衛(wèi)星依靠蓄電池工作。24 廣播衛(wèi)星的電參數(shù)等效全向輻射功率等效全身輻射功率是衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的一項(xiàng)極為重要的參數(shù)，它反映了衛(wèi)星的輻射能力，等效全向輻射功率一般記為EIRP。功率單位是dBW，0dBW相當(dāng)于1W，10dBW相當(dāng)于10W，20dBW相當(dāng)于100WdB 是

26、一個(gè)純計(jì)數(shù)單位：dB = 10logX。dB的意義其實(shí)再簡(jiǎn)單不過了，就是把一個(gè)很大（后面跟一長(zhǎng)串0的）或者很小（前面有一長(zhǎng)串0的）的數(shù)比較簡(jiǎn)短地表示出來。對(duì)數(shù)的概念 如果a(a>0，且a1)的b次冪等于N，即ab=N，那么數(shù)b叫做以a為底N的對(duì)數(shù)，記作：logaN=b,其中a叫做對(duì)數(shù)的底數(shù)，N叫做真數(shù). loga1=0 logaa=1 a logaN=N logaab=b 特別地，以10為底的對(duì)數(shù)叫常用對(duì)數(shù)，記作log10N,簡(jiǎn)記為lgN；以無理數(shù)e(e=2.718 28)為底的對(duì)數(shù)叫做自然對(duì)數(shù)，記作logeN，簡(jiǎn)記為lnN. 公式：EIRP=10 lg PTWTA(W) Lt + Gt

27、 PTWTA ：行波管放大器的輸出功率，為常數(shù)。單位為瓦，其數(shù)值通常在5W-200W之間。Lt ：行波管至衛(wèi)星天線之間的功率損耗，常數(shù)。單位為dB，數(shù)值為正數(shù)。它包括饋線損耗、多功器的接入損耗、雙工器的接入損耗等幾部分。行波管放大器的輸出功率經(jīng)過各種中間損耗，就成為衛(wèi)星天線的輸入功率。Gt：衛(wèi)星天線的增益，單位為dB。隨接收地點(diǎn)位置改變，衛(wèi)星波束中心處的天線增益最高。（疑點(diǎn)：上述兩點(diǎn)衛(wèi)星天線是指太空的還是地面的？）一顆廣播衛(wèi)星的等效全向輻射功率是隨著接收地點(diǎn)而改變的。在工程上為了便于使用，通常將衛(wèi)星的等效全向輻射功率標(biāo)注在地圖上，稱為衛(wèi)星的波束圖或衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域。品質(zhì)因素品質(zhì)因素又稱為系統(tǒng)優(yōu)值

28、，記為G./T，是衡量衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器本身質(zhì)量的一項(xiàng)特性參數(shù)，它反映了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收弱性號(hào)能力的大小。公式：G/T=G 10 lg(Ta-Tt) (dB/K)G：衛(wèi)星星載天線在上行工作頻率時(shí)的增益。Ta：該天線的等效噪聲溫度。單位K。Tt：衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的等效噪聲溫度。單位K。功率通量密度衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波達(dá)到地面時(shí)的功率能量密度記為，單位是dBW/m2，它反映了衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面時(shí)的強(qiáng)度。=EIRP 20 lg d(m) 10 lg(4) - L （dBW/m2）d：衛(wèi)星至地而的距離，單位為m。L：在電波傳輸過程中由于各種原因產(chǎn)生的附加損耗。如雨衰，大氣吸收衰等。地面場(chǎng)強(qiáng)E（dBV/m） = + 134

29、.8極化方式極化是衛(wèi)星廣播中一個(gè)極為重要的概念，是電磁波的一項(xiàng)基本參數(shù)，通信廣播衛(wèi)星采用的電波極化方式有圓極化和線極化兩種。國(guó)際通信衛(wèi)星通常為圓極化方式，而區(qū)域性的廣播衛(wèi)星大多采用線極化的方式。電波的極化反映了電場(chǎng)矢量的失端隨時(shí)間變化的規(guī)律。而天線的極化則反映了該天線輻射或接收的無線電波的極化方式。頻率復(fù)用在衛(wèi)星廣播中，為了充分利用寶貴的頻譜資源，采用了所謂的“頻率復(fù)用”技術(shù)，即在同一頻帶內(nèi)利用兩種不同的極化方式傳送兩套不同的信號(hào)，兩種不同的極化波之間存在所謂的“極化隔離”。線極化方式優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：接收天線調(diào)整略微復(fù)雜一點(diǎn)。圓極化方式優(yōu)點(diǎn)：接收天線調(diào)整相對(duì)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜一些。

30、25模擬衛(wèi)星廣播系統(tǒng)地面電視廣播采用的是殘邊帶調(diào)幅方式，在我國(guó)采用的是PAL-D制式中，電視頻道的帶寬是8MHz，伴音副載波的頻率是6.5MHz。模擬衛(wèi)星廣播采用的是調(diào)頻方式，衛(wèi)星電視頻道的帶寬為27MHz，伴音副載波的頻率為6.6MHz。2.5.1視頻的調(diào)制方式衛(wèi)星廣播要解決的主要問題是弱信號(hào)接收問題。由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率比較小，離地面距離又很遠(yuǎn)，所以信號(hào)很弱。模擬衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中視頻信號(hào)的調(diào)制方式采用了調(diào)頻方式。優(yōu)點(diǎn)：接收弱性號(hào)能力強(qiáng)；抗干擾能力強(qiáng)。調(diào)頻信號(hào)的帶寬：與調(diào)幅波相比，調(diào)頻波占用的頻帶是比較寬的B = Fv + Fe + 2Fa + 2fbB：模擬衛(wèi)星信號(hào)的頻帶寬度。Fv：對(duì)應(yīng)1V

31、峰峰值的視頻頻偏。典型數(shù)值為：16.8MHz。Fe：能量擴(kuò)散頻偏。典型數(shù)值為1MHz。Fa：伴音副載波對(duì)主載波的頻偏。典型數(shù)值為1.15MHz。fb：基帶信號(hào)的最高頻率。典型數(shù)值為6.6MHz。綜上可算出，模擬衛(wèi)星電視頻道的理論帶寬為33.3MHz。實(shí)際接收機(jī)使用的頻帶寬度典型值為30MHz、27MHz。調(diào)頻解調(diào)器的調(diào)制增益調(diào)頻解調(diào)器的調(diào)制增益Mf又稱為調(diào)頻改善系數(shù)。是模擬衛(wèi)星接收機(jī)的一項(xiàng)重要參數(shù)。定義為輸出端的信噪比與輸入端的載噪比之差。Mf = S/NdB C/NdB圖像等級(jí)與信噪比（圖像質(zhì)量應(yīng)達(dá)到4級(jí)） 等級(jí)54.543.532.52S/N(dB)45.540.836.633.029.9

32、27.425.4調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制增益計(jì)算公式：MF = 10 lg 3/2 * (Fv/fv)2 * B/ fv (dB)B：接收機(jī)帶寬； Fv視步步偏；fv視頻信號(hào)最高頻率。2.5.2預(yù)加重與去加重在調(diào)頻系統(tǒng)中，通常采用預(yù)加重和去加重的方式來提高系統(tǒng)的載噪比。預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在衛(wèi)星上行地球站內(nèi)，而去加重網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在衛(wèi)星接收機(jī)中。去加重的頻率特性曲線正好與預(yù)加重的頻率特性曲線相反。預(yù)加重和去加重網(wǎng)絡(luò)為電容、電阻和電感構(gòu)成的橋T型網(wǎng)絡(luò)。26衛(wèi)星廣播中的電波傳播問題2.6.1極化三種極化方式：線極化；圓極化；橢圓極化線極化：當(dāng)時(shí)間變化時(shí)，若電場(chǎng)矢量的方向始終平行于某一直線，這樣的電波就稱為線級(jí)化波。在

33、正弦電磁場(chǎng)中，線極化波的大小隨時(shí)間作正弦變化；在前半個(gè)周期內(nèi)，電場(chǎng)矢量的方向指向直線的一端，在后半個(gè)周期，電場(chǎng)矢量則指向直線的另一端，簡(jiǎn)單的說就是在一個(gè)周期內(nèi)電場(chǎng)的“大小變，方向不變”。線極化分為水平極化與垂直極化兩種。在區(qū)域性的衛(wèi)星廣播中，普遍采用水平和垂直兩種極化方式。與地面通信廣播不同，在衛(wèi)星通信廣播中參考平面為地球的赤道平面，平行于赤道平面的極化稱為水平極化，而垂直于水平極化且又垂直于電波傳播方向的線極化稱為垂直極化。這種定義方式稱為赤道線極化。圓極化：沿著電波的傳播方向看，圓極化波中電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓。在正弦電磁場(chǎng)中，在一個(gè)周期內(nèi)，電場(chǎng)的大小不變，而電場(chǎng)矢量的方向隨時(shí)間旋

34、轉(zhuǎn)一周。任何一個(gè)線極化波均可分解為兩個(gè)方向上相互垂直的線極化波，而兩者的強(qiáng)度相等，相位相差90度。圓極化波分為左旋圓極化與右旋圓極化兩種方式。順著波的傳播方向看，若電場(chǎng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，就稱為右旋極化波；若場(chǎng)場(chǎng)矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，就稱為左旋極化波。圓極化波主要用于洲際間（全球波束、半球波束）的衛(wèi)星通信與衛(wèi)星廣播。橢圓極化：電場(chǎng)矢量的矢端軌跡是一個(gè)橢圓。在一個(gè)周期之內(nèi)，電場(chǎng)的大小和方向都發(fā)生變化。通常，在廣播和通信領(lǐng)域是不采用橢圓極化波的。第3章 DVB-S系統(tǒng)31系統(tǒng)概述3.1.1 DVB-S系統(tǒng)定義DVB-S系統(tǒng)定義了從MPEG-2復(fù)用器輸出到衛(wèi)星射頻信道、能對(duì)電視基帶信號(hào)進(jìn)行適配處理的設(shè)備功能模

35、塊，也可稱之為衛(wèi)星信道適配器。它對(duì)數(shù)據(jù)流作以下處理：視頻編碼器節(jié)目復(fù)用器DVB-S系統(tǒng)框圖音頻編碼器數(shù)據(jù)編碼器節(jié)目復(fù)用器復(fù)用適配和能量擴(kuò)散外編碼器卷積交織器內(nèi)編碼器基帶成形QPSK調(diào)制器12MPEG-2源編碼與復(fù)用衛(wèi)星信道適配器至衛(wèi)星射頻信道1傳送復(fù)用適配和用于能量擴(kuò)散的隨機(jī)化處理；2外編碼（RS編碼）；3卷積交織；4內(nèi)編碼（即刪除型卷積碼）；5基帶面形；6調(diào)制。由于衛(wèi)星傳輸業(yè)務(wù)功率受限，因此強(qiáng)的抗干擾和抗噪聲性能是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，采用QPSK調(diào)制方式以及級(jí)連的圈積碼和RS碼的前向糾錯(cuò)控制方式，在接收載噪比高于誤碼門限的條件下，可以提供準(zhǔn)無誤碼（QEF）的質(zhì)量指標(biāo)。3.1.2 信道編碼方式

36、數(shù)字信號(hào)在通過有噪聲干擾的信道時(shí)會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)，使用差錯(cuò)控制技術(shù)即信道編碼技術(shù)可以保證所造成的差錯(cuò)減少到最低程度。衛(wèi)星廣播中為何要使用前向糾錯(cuò)控制（FEC）作為信道編碼差錯(cuò)控制技術(shù)？答：差錯(cuò)控制技術(shù)可以分成三類：前向糾錯(cuò)控制（FEC）、自動(dòng)要求重發(fā)（ARQ）以及FEC與ARQ的混合技術(shù)。方式中，發(fā)送端發(fā)出能夠檢測(cè)錯(cuò)誤的碼，接收端收到通過信道傳來的碼后，在譯碼器根據(jù)該碼的編碼規(guī)則，判決收到的碼序列中有無錯(cuò)誤產(chǎn)生，并通過反饋信道把判決結(jié)果用判決信號(hào)告訴發(fā)端。發(fā)端根據(jù)這些判決信號(hào)，把接收端認(rèn)為有錯(cuò)的消息再次傳送，直到接收端認(rèn)為正確接收為止。而FEC方式中，發(fā)端送能夠被糾錯(cuò)的碼，接收端收到這些碼后，通過糾

37、錯(cuò)譯碼器不僅能夠自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且可以自動(dòng)地糾正接收碼傳輸中的錯(cuò)誤。由上可見，ARQ方式必須有一反饋信道，而衛(wèi)星廣播信道是單向信道，必須使用FEC技術(shù)。衛(wèi)星信道上基本上是高斯白噪聲信道，差錯(cuò)是隨機(jī)出現(xiàn)的，但也會(huì)出現(xiàn)少量的突發(fā)性錯(cuò)誤。所以，衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)采用差錯(cuò)控制技術(shù)主要考慮的是抗隨機(jī)性錯(cuò)誤，也要考慮采用抗突發(fā)性差錯(cuò)的糾錯(cuò)碼。FEC的兩大類即分組碼與卷積碼以及他們的級(jí)聯(lián)使用，在衛(wèi)星傳輸中均有使用。高斯白噪聲：如果一個(gè)噪聲，它的幅度分布服從高斯分布，而它的功率譜密度又是均勻分布的，則稱它為高斯白噪聲。熱噪聲和散粒噪聲是高斯白噪聲。為什么要使用級(jí)連碼的差錯(cuò)控制方式？答：信道編碼定理指出，隨著碼長(zhǎng)的

38、增加，譯碼錯(cuò)誤概率將按指數(shù)接近于零。因此，為了使碼有效，就必須使用長(zhǎng)碼，但是，隨著長(zhǎng)碼的增加，在一個(gè)碼組中要求糾錯(cuò)的數(shù)目也相應(yīng)增加，譯碼器的復(fù)雜性與計(jì)算量也相應(yīng)增加以至難以實(shí)現(xiàn)，為了解決性能與設(shè)備復(fù)雜性的矛盾，可以構(gòu)造級(jí)連碼把編碼的過程分兩級(jí)完成。級(jí)連碼工作過程：外編碼器內(nèi)編碼器信道內(nèi)譯碼器外譯碼器利用級(jí)連碼的差錯(cuò)控制系統(tǒng)輸入輸出級(jí)連碼由內(nèi)碼和外碼組成，外碼通常采用分組碼，內(nèi)碼即可以采用分組碼也可以采用卷積碼。當(dāng)信道產(chǎn)生少量的隨機(jī)錯(cuò)誤時(shí)，通過內(nèi)碼就可以糾正；當(dāng)產(chǎn)生較長(zhǎng)的突發(fā)錯(cuò)誤或隨機(jī)錯(cuò)誤很多，以至于超過內(nèi)碼的糾錯(cuò)能力時(shí)，則內(nèi)譯碼器產(chǎn)生錯(cuò)譯，輸出的碼字有幾個(gè)錯(cuò)誤，但這僅相當(dāng)于外碼的幾個(gè)符號(hào)錯(cuò)誤，

39、外碼譯碼器能夠較容易的糾正。理論分析和計(jì)算模擬表明，在高斯白噪聲信道中，外碼用RS碼，內(nèi)碼用卷積碼并用維特比譯碼，能夠獲得很大的編碼增益，特別適合衛(wèi)星信道中。因此，DVB-S系統(tǒng)采用了級(jí)連的卷積碼和RS碼的前向差錯(cuò)控制方式。并且在外碼編碼之前進(jìn)行了傳送復(fù)用適配和用于能量擴(kuò)散的隨機(jī)化處理，在外碼編碼后、內(nèi)碼編碼前進(jìn)行了卷積交織處理，以提高系統(tǒng)的抗脈沖干擾能力。3.1.3 調(diào)制方式目前數(shù)字衛(wèi)星電視傳輸系統(tǒng)調(diào)制方式以QPSK為主導(dǎo)地位，也有采用8PSK的。32傳輸復(fù)用適配和能量擴(kuò)散隨機(jī)化處理3.2.1 隨機(jī)化處理的作用隨機(jī)化處理即為“擾碼”。即用較長(zhǎng)的偽隨機(jī)序列與數(shù)字基帶信號(hào)序列一個(gè)比特一個(gè)比特地模

40、2加（即異或），以改變?cè)盘?hào)的統(tǒng)計(jì)特性使其具有偽隨機(jī)性質(zhì)；解擾：在接收端使用相同的偽隨機(jī)序列與解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)序列接發(fā)端相同的規(guī)律模2加，從而恢復(fù)出原來的數(shù)字序列。在DVB-S系統(tǒng)中，進(jìn)行隨機(jī)化處理主要有兩個(gè)作用：1.能量擴(kuò)散；2.改善位定時(shí)恢復(fù)質(zhì)量。3.2.2 擾碼器現(xiàn)解擾器完成擾碼與解擾的電路相應(yīng)地稱為擾碼器與解擾器。擾碼器實(shí)際上就是偽隨機(jī)系列發(fā)生器。an-1an-2a0C0=1C1C2偽隨機(jī)序列發(fā)生器輸入序列S/G輸出序列G/R偽隨機(jī)序列P擾碼器與解擾器對(duì)于擾碼器，輸入序列為“S”，輸出序列為“G”，滿足如下關(guān)系：G=SP對(duì)于解擾器, 輸入序列為“G”，輸出序列為“R”，滿足如下關(guān)系

41、R=GP=SPP=S33外碼、交織和成幀3.3.1 RS碼RS碼屬于糾錯(cuò)碼中的線性分組碼的子類，具有很強(qiáng)的糾突發(fā)錯(cuò)能力。分組碼是把信源輸出的信息序列按每段k個(gè)碼元分為一個(gè)信息組，并以一定規(guī)則對(duì)每一信息組增加r=n-k個(gè)監(jiān)督碼元，組成長(zhǎng)為n的碼字。在分組碼中若碼字的信息碼元與監(jiān)督碼元之間有某種線性關(guān)系則稱為線性分組碼。線性分組碼的幾個(gè)重要參數(shù)：編碼效率、漢明重量、漢明距離和最小距離。編碼效率（碼率）定義為R=k/n，它表明在（n,k）分組碼中信息位在碼字中所占比重。比重越大，碼的傳輸信息的有效性越高，但糾錯(cuò)能力越差。因此，編碼效率是衡量分組碼有效性的一個(gè)基本參數(shù)。漢明重量定義為一個(gè)碼字中非零碼元

42、的數(shù)目，簡(jiǎn)稱碼重。漢明距離定義為兩個(gè)碼字之間對(duì)應(yīng)碼位上具有不同二進(jìn)制碼元的位數(shù)。簡(jiǎn)稱碼距。在分組碼中，各碼字之間的漢明距離可能會(huì)不相同，但必定有一個(gè)是最小的，把這個(gè)最小的距離定義為該分組碼的最小距離dmin，dmin越大，檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力越強(qiáng)。線性分組碼的兩個(gè)重要性質(zhì)：1.任意兩個(gè)許用碼字之和（逐位模2和）仍為一許用碼字，即線性碼具有封閉性。2.碼的最小距離等于非零碼的最小重量。循環(huán)碼是一種具有特殊性質(zhì)的線性分組碼，即循環(huán)碼中任一許用碼字經(jīng)任意循環(huán)移位后所得的碼字仍為許用碼字（除全零碼外）。RS碼是一種循環(huán)碼。3.3.2 卷積交織什么是交織技術(shù)？假設(shè)所傳輸?shù)拿總€(gè)數(shù)據(jù)碼字有N個(gè)時(shí)隙，問題是連續(xù)的時(shí)

43、隙不能被認(rèn)為是獨(dú)立的。但是如果在傳輸前將時(shí)隙重組，這樣屬于一個(gè)碼字的N個(gè)時(shí)隙將不再連續(xù)傳輸。當(dāng)他們以足夠大的時(shí)間間隙傳輸后，這N個(gè)時(shí)隙中的每一個(gè)的幅度和相位在衰落過程的時(shí)間變化中將是相互獨(dú)立的，因而具有抗突發(fā)錯(cuò)誤的能力。這種重新組合序列的方法稱為交織。由交織構(gòu)造出來的編碼又稱為交織碼，從某種意義上來說，交織是一種時(shí)間分集技術(shù)。然而通過時(shí)間分集達(dá)到獨(dú)立需要付出時(shí)延的代價(jià)。兩種常用的交織技術(shù)：分組交織和卷積交織。DVB-S系統(tǒng)采用的是卷積交織技術(shù)。卷積交織與分組交織在基本思想、構(gòu)造方法及性能分析上相同，不同的是卷積交織的碼元交錯(cuò)方法不同。卷積交織-去交織的總時(shí)延為約為分組交織-去交織的一半。為了符

44、合國(guó)際電聯(lián)的無線電管理規(guī)定并保證有足夠的二進(jìn)制轉(zhuǎn)換，對(duì)從MPEG-2來的輸入數(shù)據(jù)將進(jìn)行隨機(jī)化處理，隨機(jī)化處理只作用于傳送包的信息字節(jié)，不作用于同步字節(jié)。34內(nèi)碼刪除型卷積碼就是通過周期地刪除低效率卷積編碼器輸出中的某些符號(hào)而實(shí)現(xiàn)的高效率編碼。在DVB-S系統(tǒng)中允許使用一系列基于（2，1，7）卷積碼的刪除型圈積碼。35基帶成形和調(diào)制3.5.1 基帶成形基帶成形的作用是產(chǎn)生適合信道有效帶寬范圍內(nèi)傳輸?shù)模粫?huì)產(chǎn)生畸變或失真的基帶信號(hào)。3.5.2 QPSK調(diào)制為了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，在衛(wèi)星數(shù)字傳輸中，四相相移鍵控（也稱正交相移鍵控，QPSK）是目前最常用的一種調(diào)制

45、方式，它具有較高的頻譜利用率，較強(qiáng)的抗干擾性，在電路實(shí)現(xiàn)上也較為簡(jiǎn)單。由于QPSK的4種不同輸出相位要求有4種不同的輸入條件，因此二進(jìn)制輸入數(shù)據(jù)必須以2bit一組輸入，雙比特有4種可能的取值：00，01，10，11。每輸入一組雙比特，輸出相位就產(chǎn)生一次變化，輸出變換的速率是輸入比特率的一半。串/并轉(zhuǎn)換I兩種方式的QPSK正交調(diào)制器基帶成形濾波基帶成形濾波Q-/4+/4f03S(t)串/并轉(zhuǎn)換I基帶成形濾波基帶成形濾波Q-/2f0輸入S(t)B方式210符號(hào)雙比特碼元載波相位IQ000111100o90o180o270oA方式參考相位00011110A方式相位與IQ的關(guān)系3210符號(hào)雙比特碼元載

46、波相位IQ0001111045o135o225o315oB方式相位與IQ的關(guān)系參考相位00101101由上圖可見，QPSK正交調(diào)制器有兩個(gè)BPSK(2PSK)調(diào)制器構(gòu)成，輸入的串行二進(jìn)制序列經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后，分成兩路速率減半的I/Q信道序列，也就是雙比特序列中的一個(gè)比特直接加到I信道、另一個(gè)加到Q信道，經(jīng)基帶在形濾波后形成I(t)和Q(t)信號(hào)，然后對(duì)cosct和sinct進(jìn)行BPSK調(diào)制，相加后即得QPSK信號(hào)。得到的波形如下圖所示：t101100100100t1011001001003/203/2/203/45/4/43/47/4/4B方式A方式QPSK信號(hào)波形輸入信號(hào)序列絕對(duì)調(diào)相信號(hào)輸入信

47、號(hào)序列絕對(duì)調(diào)相信號(hào)36誤碼性能要求3.6.1 理論誤碼率所謂理論誤碼率是指沒有使用差錯(cuò)編碼且差錯(cuò)源只有信道中的高斯噪聲條件下的誤碼率。在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，誤碼率與每比特性號(hào)能量與單邊噪聲功率譜密度之比（Eb/N0）有關(guān)，而且與調(diào)制方式有關(guān)。對(duì)于所采用的調(diào)制技術(shù)希望它能滿足各種系統(tǒng)限制條件，同時(shí)對(duì)規(guī)定的門限誤碼率所要求的Eb/N0最小。通過對(duì)各種數(shù)字調(diào)制方式比較可知，QPSK調(diào)制對(duì)規(guī)定的誤碼門限有較小的Eb/N0值。3.6.2 編碼增益當(dāng)選用了某種調(diào)制解調(diào)方式后，若誤碼率仍不能滿足要求，那么必須采用信道編碼即差錯(cuò)控制編碼，以進(jìn)一步降低誤碼率。差錯(cuò)編碼后的Eb/N0與編碼前的Eb/N0分貝數(shù)之差，就

48、是編碼增益。由信道編碼理論可知，在傳輸功率受限但帶寬可能增加的高斯無記憶衛(wèi)星信道上，采用FEC的卷積編碼、維特比譯碼的QPSK方式與采用未編碼的QPSK方式比較，誤碼性能大大改改也即獲得了編碼增益。3.6.3 誤碼性能的惡化為保證衛(wèi)星鏈路的誤碼性能達(dá)到一定要求，必須使所要求的Eb/N0對(duì)系統(tǒng)性能惡化因素留有一定余量。3.6.4 Eb/N0門限在給出數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸質(zhì)量要求Pb后，可根據(jù)實(shí)際衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)所采用的調(diào)制方式和差錯(cuò)控制方式確定Eb/N0門限：(Eb/N0)th = (Eb/N0)m Gc + M dB第4章 衛(wèi)星接收系統(tǒng)本章主要調(diào)論衛(wèi)星接收系統(tǒng)各個(gè)組成部分的基本概念，重點(diǎn)介紹它們的特性

49、參數(shù)，這對(duì)工程技術(shù)人員來說是必須掌握的內(nèi)容。41衛(wèi)星接收天線當(dāng)前廣泛使用的衛(wèi)星接收天線為反射面天線。反射面天線是由反射面和饋源兩部分組成的，饋源本身叫作喇叭天線，根據(jù)饋源與反射面的相對(duì)位置將反射面天線分為前饋天線、后饋天線和偏饋天線三種形式。從工作原理上來說，常見的衛(wèi)星接收天線可分為旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡賽格倫天線、格里高里天線、球形反射面天線幾種類型。4.1.1 工作原理分析反射面天線的工作原理，通?？梢圆捎玫姆椒ㄓ校簬缀喂鈱W(xué)法、口面場(chǎng)積分析法、口面電流分析法等。工程上往往采用幾何光學(xué)法。幾何光學(xué)法的基本出發(fā)點(diǎn)有兩條：1.光線沿直線傳播。2.入射角等于反射角。旋轉(zhuǎn)拋物面天線：旋轉(zhuǎn)拋物面天線是最常

50、用的衛(wèi)星天線形式，它是一種主瓣尖銳、副瓣電平比較低、高增益天線，由一個(gè)反射面和饋源組成。由于它的饋源位于反射面的前方，所以又叫前饋天線。反射面積在1-4.5m范圍內(nèi)的天線多采用前饋天線的形式。旋轉(zhuǎn)拋物面天線的焦距口徑比是該天線的一項(xiàng)基本參數(shù)，其數(shù)字決定了反射面的曲率和形狀。當(dāng)f=0.25d時(shí)，稱為中焦天線，焦點(diǎn)正好位于天線的口面上;當(dāng)f<0.25d時(shí)為短焦天線；當(dāng)f>0.25d時(shí)為長(zhǎng)焦天線。短焦拋物面中焦拋物面長(zhǎng)焦拋物面拋物線有兩個(gè)重要的幾何光學(xué)性質(zhì)：1.平行于拋物線對(duì)稱軸方向入射的射線經(jīng)拋物線反射之后一定經(jīng)過焦點(diǎn)。2.平行于拋物線對(duì)稱軸方向入射的射線經(jīng)拋物面反射之后達(dá)到焦點(diǎn)時(shí)，所

51、走過的路程是相同的。卡賽格倫天線：卡賽格倫天線是雙反射面天線，它由主反射面、副反射面和饋源三部分組成，多用作大口徑的衛(wèi)星接收天線或衛(wèi)星發(fā)射天線。當(dāng)口徑超過4.5m以上，往往就采用卡賽格倫天線。卡賽格倫天線的幾何關(guān)系卡賽格倫天線結(jié)構(gòu)如上圖抽示，它的主反射面仍是旋轉(zhuǎn)拋物面，而它的副反射面是旋轉(zhuǎn)雙曲面。主面有3個(gè)幾何參數(shù)：主面的直徑d、主面的焦距f和主面的半張角0。副面有兩個(gè)焦點(diǎn)，一個(gè)為虛焦點(diǎn)F1，另外一個(gè)為實(shí)焦點(diǎn)F2，虛焦點(diǎn)的位置是與主反射面的焦點(diǎn)重合在一起的，卡賽格倫天線的饋源放置在副反射面的實(shí)焦點(diǎn)F2處。雙曲面的幾何光學(xué)性質(zhì)：1.對(duì)準(zhǔn)虛焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過雙曲線反射之后，必然經(jīng)過實(shí)焦點(diǎn)。2.從反

52、射點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的行程差為常數(shù)，對(duì)于電磁波來說就是相位差為常數(shù)。副反射面的作用實(shí)際上就是將焦點(diǎn)搬移。格里高利天線：格里高利天線也是一種雙反射面天線，它通常在上行地球站中作為衛(wèi)星發(fā)射天線使用。它由主反射面，副反射面和饋源組成。屬后饋天線。主面仍然為旋轉(zhuǎn)拋物面，而其副面為凹橢球面，格里高利天線可以安裝兩個(gè)饋源，這樣接收和發(fā)射就能同時(shí)共用一副天線。格里高利天線原理圖F1F2如上圖所示，主面有3個(gè)幾何參數(shù)：主面的直徑d、主面的焦距f和主面的半張角0。副面有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn)， F1和F2，焦點(diǎn)F1的位置是與主反射面的焦點(diǎn)F重合在一起的。格里高利天線有兩個(gè)實(shí)焦點(diǎn)，因此可以安裝兩個(gè)饋源，一個(gè)用于發(fā)射，另一個(gè)用于接收

53、。通?？梢詫⒔邮震佋窗卜旁诮裹c(diǎn)F1處，由于這個(gè)位置同時(shí)也是主面的焦點(diǎn)因此接收天線就是一個(gè)旋轉(zhuǎn)拋物面天線，而發(fā)射饋源則安放在焦點(diǎn)F2處。橢球的幾何光學(xué)性質(zhì)是：1.從一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射之后，必然經(jīng)過另一個(gè)焦點(diǎn)。2.從反射點(diǎn)到兩個(gè)焦點(diǎn)的行程之和為常數(shù)，對(duì)于電磁波來講是相位為常數(shù)。對(duì)于發(fā)射天線來說，從焦點(diǎn)F2發(fā)出的射線經(jīng)過凹橢球面反射后同相聚焦在F1處（即主面的焦點(diǎn)處），然后經(jīng)過主面反射后形成平面電磁波。也就是說，凹橢球面的作用是將發(fā)射饋源從焦點(diǎn)F2變換到主反射面的焦點(diǎn)處。由于格里高利天線可以收發(fā)共用，因此它可以在上行地球站內(nèi)使用。環(huán)焦天線對(duì)衛(wèi)星通信天線的總要求是在寬頻帶內(nèi)有較低的旁瓣

54、、較高的口面效率及較高的G/T值，當(dāng)天線的口面較小時(shí)，使用環(huán)焦天線能較好地同時(shí)滿足這些要求。因此，環(huán)焦天線特別適用于VSAT地球站。環(huán)焦天線由主反射面、副反射面和饋源喇叭三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。主反射面為部分旋轉(zhuǎn)拋物面，副反射面由橢圓弧CB繞主反射面軸線OC旋轉(zhuǎn)一周構(gòu)成，饋源喇叭位于旋轉(zhuǎn)橢球面的一個(gè)焦點(diǎn)M上。由饋源輻射的電波經(jīng)副反射面反射后匯聚于橢球面的另一焦點(diǎn)M， M是拋物面OD的焦點(diǎn)，因此，經(jīng)主反射面反射后的電波平行射出。由于天線是繞機(jī)械軸的旋轉(zhuǎn)體，因此焦點(diǎn)M構(gòu)成一個(gè)垂直于天線軸的圓環(huán)，故稱此天線為環(huán)焦天線。環(huán)焦天線的設(shè)計(jì)可消除副反射面對(duì)對(duì)電波的阻擋，也可基本消除副反射面對(duì)饋源喇叭的回射，饋源喇叭和副反射面可設(shè)計(jì)得很近，這樣有利于在寬頻帶內(nèi)降低天線的旁瓣和駐波比，提高天線效率。缺點(diǎn)是主反射面地利用率低，如圖4所示，AA間的區(qū)域沒有作用。環(huán)焦天線原理圖偏饋天線偏饋天線是相對(duì)前饋天線和后饋天線而言的，具有比較高的效率。在前饋天線中，由于饋源位于反射面的正前方，因此它對(duì)反射面會(huì)產(chǎn)生一定程度的遮檔，而在后饋天線中，副反射面對(duì)主反射面會(huì)主生比較明顯的遮檔，從而導(dǎo)致天線的效率有所降低。偏饋天線是截取前饋天線或后饋天線的一部分而構(gòu)成的，饋源或副反射面偏離反射面的正前方，因此對(duì)反射面沒有遮檔，故提高了天線的口面效率。另外，由于饋源或副反射面不產(chǎn)生遮檔，所以偏饋天線方向