數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)組成原理

1、數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)組成原理                                         3 . 1 衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng) 衛(wèi)星電視廣播簡稱“衛(wèi)視”，通常是指利用同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)地球站傳送的電

2、視信號，并直接實(shí)現(xiàn)家庭收視或集體接收的一種電視廣播方式。衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)是參與衛(wèi)星電視廣播鏈路各種設(shè)備的整合。完備的衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)通常由以下四部分組成：上行地球站（上行發(fā)射站）、廣播衛(wèi)星與星載設(shè)備、測控站和衛(wèi)星地面接收站（參見圖 3 - 1 ）。 3 . 1 . 1 上行地球站 上行地球站又稱上行發(fā)射站或衛(wèi)視地球站，簡稱上行站。上行地球站把節(jié)目制作中心送來的信號（可以是數(shù)字電視信號、數(shù)字廣播、視頻、音頻、中頻信號等）加以處理，經(jīng)過調(diào)制、上變頻和高功率放大，通過定向天線向衛(wèi)星發(fā)射上行 C 、 Ku 波段信號，同時(shí)也接收由衛(wèi)星下行轉(zhuǎn)發(fā)的撅弱的微波信號，監(jiān)測衛(wèi)星轉(zhuǎn)播節(jié)目的質(zhì)量。因此，上行地球站是用

3、以上行發(fā)射為主的地球站。電視臺(tái)把所要傳送的電視節(jié)目，通過微波中繼或光纖傳送到上行地球站，在這黑把所有需要傳送的信息再進(jìn)行編碼和重新調(diào)制，然后用幾百瓦的微波強(qiáng)功率發(fā)送到地球詞步衛(wèi)星。 一、上行地球站分類 上行地球站可以詳細(xì)地劃分為上行主站、上行分站和移動(dòng)上行站。一般不加以說明的話，上行地球站通常是指上行主站。  1 上行主站上行主站又稱衛(wèi)星電視廣播中心站。上行主站除具有一般上行站的功用外，還有遙測、遙控和跟蹤設(shè)施，可以直接監(jiān)控衛(wèi)星的姿態(tài)、軌道位置和各種工作狀態(tài)；具有接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下行電視信號的設(shè)備，以監(jiān)視衛(wèi)星廣播電視信號的傳輸質(zhì)量。  2 上行分站上行分站一般作為主站的備份站。

4、與主站相比，除不具備遙測、遙控和跟蹤功能之外，其他應(yīng)與主站設(shè)備相同，在主站有故障或某些特殊情況下可以像主站一樣向廣播衛(wèi)星傳送電視廣播節(jié)目。 3 移動(dòng)上行站上行地球站（衛(wèi)視地球站）既可建立固定站，也可采用移動(dòng)站。上行移動(dòng)站一般是車載式的上行站或是便于安裝使用的可搬移式上行站。常用于現(xiàn)場新聞或?qū)崨r的采訪和轉(zhuǎn)播，隨時(shí)報(bào)道即時(shí)發(fā)生的新聞如戰(zhàn)爭、球賽等。 二、上行地球站原理   上行地球站的任務(wù)是將欲發(fā)送的廣播電視信號進(jìn)行必要的基帶處理，經(jīng)調(diào)制、上變頻和高功率放大，然后通過天線向廣播衛(wèi)星發(fā)送。首先，經(jīng)過視頻處理電路處理后的視頻信號與經(jīng)過伴音處理電路處理的伴音信號相加混合成基帶信號，然后對中頻載

5、波進(jìn)行調(diào)制，將輸入的基帶信號變?yōu)?70MHz 的中頻調(diào)諧波。中頻信號再經(jīng)過上變頻，變?yōu)橹付ǖ陌l(fā)射頻率后，送到高頻功率放大器進(jìn)行放大，再由發(fā)射天線發(fā)射給衛(wèi)星。上行發(fā)射站可向衛(wèi)星傳送一路或多路信號，通常采用主瓣波束較窄的大口徑發(fā)射天線發(fā)射，以提高上行站的抗干擾能力。  1 視頻信號處理過程  ( l ）預(yù)加重技術(shù)調(diào)制信號在接收端解調(diào)時(shí)，白噪聲電平隨頻率的升高呈線性增長，這種變化規(guī)律稱為調(diào)制波的三角噪聲特性，它使圖像信號的高頻成分容易受到嗓聲的影響。為了提高圖像信號高頻端的信噪比，改善三角噪聲特性，減少傳輸信號的微分增益和微分相位失真，在視頻信道中對圖像信號進(jìn)行預(yù)加重處理。所謂預(yù)

6、加重就是在發(fā)送端將圖像信號先送入預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)，由于預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)具有高端增益高、低端增益低的特性，使得圖像信號的高頻成分得到增強(qiáng)。 ( 2 ）能量擴(kuò)散技術(shù)在帶有行、場同步信號的視頻信號中，大多數(shù)時(shí)間里信號電平都處于黑白電平上，而中間電平的時(shí)間較短。用這種視頻信號對載波進(jìn)行頻率調(diào)制，就會(huì)造成頻譜能量在兩側(cè)過于集中，分布不均勻，致使與它共用頻段的某些地面通信受到較大干擾。為了減少這種干擾，在發(fā)射功率受到限制的同時(shí)，也應(yīng)對信號頻譜能量加以擴(kuò)散。為此，人為將一個(gè)頻率大約為 30Hz 的三角波加入基帶信號中，組成復(fù)合信號。用此復(fù)合信號對載波進(jìn)行調(diào)頻，便可使信號頻譜能量擴(kuò)散，使其均勻分布。 2 伴音信號處理過程

7、 ( l ）伴音信號的模擬傳輸方式模擬傳輸方式首先將伴音信號中高于視頻信號的上限頻率的伴音副載波進(jìn)行頻率調(diào)制，然后與經(jīng)過預(yù)加重和能量擴(kuò)散處理的圖像信號，按照頻分復(fù)用的方式進(jìn)行相加混合成基帶信號，再對中頻載波進(jìn)行調(diào)頻。伴音信號的模擬傳輸采用 FM 一 FM （兩次調(diào)頻）的傳輸方式。 ( 2 ）伴音信號的數(shù)字傳輸方式數(shù)字傳輸過程首先將伴音信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即將伴音信號經(jīng)過取樣、量化、編碼的一系列過程，將模擬的聲音信號變?yōu)閿?shù)字碼流，并將多路數(shù)字化后的伴音信號按時(shí)分復(fù)用方式合成為一路數(shù)字信號，然后經(jīng)過信號壓縮、前向糾錯(cuò)編碼及加擾碼等一系列處理后，再對高于圖像最高頻率的伴音副載波進(jìn)行相位調(diào)制。如此得到的

8、伴音調(diào)制信號再與經(jīng)過處理的圖像信號合成為基帶信號，最后一起對中頻載波進(jìn)行調(diào)制。三、上行地球站的組成典型的地球站組成簡化方框圖如圖 3 一 2 所示。 從圖中可以看出，地球站大致可以分為：天線、饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、天線跟蹤伺服設(shè)備、電源設(shè)備等幾個(gè)主要部分。 1 天線、饋線設(shè)備它的基本功能是將發(fā)射機(jī)送來的射頻信號變成定向（對準(zhǔn)衛(wèi)星）輻射的電磁波；同時(shí)收集衛(wèi)星發(fā)來的電磁波，送到接收設(shè)備。通常情況下，地球站的天線設(shè)備是收、發(fā)共用的，因此要有收發(fā)開關(guān)（或稱為雙工器）。從雙工器到收、發(fā)信之間有一定長度的饋線連接。由于衛(wèi)星通信主要工作在微波頻段，因此，地球站的天線通常是拋物面天線，如

9、圖 3 一 3 所示。根據(jù)地球站使用天線的口徑可以將天線分為幾類。比如 A 類標(biāo)準(zhǔn)站的天線口徑在 30 一 32 m， B 類標(biāo)準(zhǔn)站為 11 一 13m ; C 類站工作于 68 m ；而 D 類站的天線口徑分別為 4 . 57m 和 3 .05m 。 2 發(fā)射設(shè)備發(fā)射設(shè)備的基本功能是將己調(diào)制的中頻（一般為 70MHz ）信號變換為射頻信號，并將功率放大到一定的電平，經(jīng)過饋線送到天線向衛(wèi)星發(fā)射。發(fā)射設(shè)備中的功率放大器可以是單載波工作，也可以是多載波工作。功率放大器的輸出功率最高可達(dá)數(shù)百或數(shù)千瓦。 3 接收設(shè)備接收設(shè)備的主要任務(wù)是把天線收集的來自衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的有用信號經(jīng)過變換后，送給解調(diào)器。通常情

10、況下接收設(shè)備入口的信號電平極其微弱，為了減少接收機(jī)內(nèi)部噪聲的干擾影響，提高靈敏度，接收設(shè)備必須使用低噪音的微波前置放大器，為了減少饋線損耗的影響，該放大器一般安裝在天線上，如圖 3 4 所示。 4 信道終端設(shè)備在發(fā)射端，信道終端設(shè)備的基本任務(wù)是將用戶發(fā)送來的消息加以處理，變成適合所采用的衛(wèi)星通信體制要求的信號形式；在接收端，則應(yīng)進(jìn)行與發(fā)射端相反的處理，使收到的信號恢復(fù)為原來的消息。 5 跟蹤和伺服設(shè)備由于種種原因，靜止衛(wèi)星并非絕對“靜止”。因此地球站的天線必須經(jīng)常校正自己的方位和仰角，才能對準(zhǔn)衛(wèi)星。按方式來說有手動(dòng)和自動(dòng)跟蹤兩大類。前者是每隔一定的時(shí)間對天線進(jìn)行人工定位；后者是利用一套電子、機(jī)

11、械設(shè)備，使天線對衛(wèi)星進(jìn)行自動(dòng)跟蹤。所有的地球站都能進(jìn)行手動(dòng)跟蹤，而自動(dòng)跟蹤通常只有大站才有，以經(jīng)常保持很高的跟蹤精度。所示是天線跟蹤控制示意圖3-5。 6 電源設(shè)備現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)要求能不間斷地、穩(wěn)定地工作。電源系統(tǒng)必須要能滿足這一要求。特別是大型的地球站通常都有幾套供電方案，以保證通信系統(tǒng)的正常工作。此外，地球站還應(yīng)有整機(jī)監(jiān)控等設(shè)備。 3 .1 . 2 廣播衛(wèi)星與星載設(shè)備    廣播衛(wèi)星與星載設(shè)備是整個(gè)衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的核心。在電視廣播衛(wèi)星上有 C 、 Ku 波段轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，它接收來自上行發(fā)射站的信號，并且向衛(wèi)星電視廣播地面接收站轉(zhuǎn)發(fā)下行信號，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)安裝在赤道上空的中繼站

12、，其工作原理與地面差轉(zhuǎn)機(jī)類似。轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)由收、發(fā)天線、轉(zhuǎn)發(fā)器和電源組成。轉(zhuǎn)發(fā)器又由高靈敏度的寬帶低噪聲放大器、變頻器以及 C 、 Ku 波段功率放大器等組成，是決定衛(wèi)星電視廣播質(zhì)量的關(guān)鍵。 一、廣播衛(wèi)星由上可知，廣播衛(wèi)星用于接收地面上行站送來的上行微波信號（ C 波段為 6GHz , Ku 波段為 14GHz ) ，并將它放大、變頻、再放大后，發(fā)射到地面服務(wù)區(qū)內(nèi)。因此，廣播衛(wèi)星應(yīng)以最低附加噪聲和失真來傳送電視廣播信號。鑒于宇宙空間的衛(wèi)星直接受到太陽風(fēng)的壓力而產(chǎn)生漂移，衛(wèi)星本身應(yīng)裝有小型噴氣推進(jìn)系統(tǒng)來調(diào)節(jié)衛(wèi)星軌道和姿態(tài)。一旦噴氣推進(jìn)的化學(xué)燃料用完，就相當(dāng)于該顆衛(wèi)星的壽命終止。廣播衛(wèi)星具有不同于一般

13、的特別是早期通信衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)： 發(fā)射功率較大，即等效輻射功率（ EIRP ）較高。廣播衛(wèi)星輻射功率越強(qiáng)，地面接收設(shè)備就越簡單而廉價(jià)。廣播衛(wèi)星高功放輸出功率通常在數(shù)百瓦量級。而一般通信衛(wèi)星只有幾瓦到幾十瓦量級。 必須有足夠長的使用壽命和高可靠性。為此，必須使用長壽命、高可靠性能的元器件，同時(shí)必須設(shè)置星上的備份部件、備份轉(zhuǎn)發(fā)器以及備份衛(wèi)星。 所需太陽能電池單元的數(shù)目多、體積和重量大，增加了衛(wèi)星發(fā)射火箭的負(fù)荷和操縱系統(tǒng)的復(fù)雜程度。目前，大型綜合性系統(tǒng)靜止衛(wèi)星，星上除有中、小功率的通信轉(zhuǎn)發(fā)器外，還有大功率的專用廣播轉(zhuǎn)發(fā)器。這種衛(wèi)星通常稱為綜合性通信廣播衛(wèi)星。 二、星載設(shè)備廣播衛(wèi)星的星載設(shè)備通常包括轉(zhuǎn)

14、發(fā)系統(tǒng)、推進(jìn)與姿態(tài)校正系統(tǒng)等。其中，轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)由收發(fā)天線、轉(zhuǎn)發(fā)器和電源組成。在星載設(shè)備中與電視廣播最直接相關(guān)的是轉(zhuǎn)發(fā)器，它接收各地球站傳送來的電視信號進(jìn)行放大、變頻、增益控制和強(qiáng)功率微波放大等一系列處理，再由衛(wèi)星天線向地面指定區(qū)域輻射。鑒于轉(zhuǎn)發(fā)器采用微波直接變頻、放大，從接收端輸入較高頻率的微波載頻。顯然信號的處理環(huán)節(jié)簡單，并且不受載波的調(diào)制方式和信號狀態(tài)的影響，因此無論是模擬制彩電，還是數(shù)字電視，均可采用相同的轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行信號傳輸。由于衛(wèi)星廣播電視是保證“點(diǎn)對面”的接收，所以需要的功率大。轉(zhuǎn)發(fā)器輸出功率的大小是衡量衛(wèi)星廣播電視工作能力大小的一項(xiàng)重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)發(fā)器輸出功率與工作頻率密切相關(guān)，工作頻率

15、愈高，可獲得大功率輸出。星載轉(zhuǎn)發(fā)器的功放級，以往普遍采用行波管放大器（ TWT A） , 用作通信和以集體接收為主體的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率均在 100W 以下，如 16w 、20W 、 32W 、 46W 和 55W 等，而用作直播衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率通常在 100 一 3 00W之間。典型的單頻道轉(zhuǎn)發(fā)器的示意框圖如圖 3 一 6 所示。 星載轉(zhuǎn)發(fā)器在電路結(jié)構(gòu)上一般有兩種方式：一是直接變頻式，它將上行的微波頻率經(jīng)過一次變頻，變?yōu)橄滦形⒉l率。另一種為二次變頻式，它將上行的微波頻率變化為中頻，經(jīng)放大后再變頻為下行頻率。直接變頻式電路簡單，但由于工作頻率高，因而對元器件要求高。二次變頻式電路工

16、作于中頻，對元器件要求不高，容易實(shí)現(xiàn)高增益和 AGC 控制。 3. 1.3 衛(wèi)星地面接收站   衛(wèi)星地面接收站簡稱地面站。地面站由天饋部分、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)等部分組成。地面接收站接收來自衛(wèi)星的信號，經(jīng)過低噪聲放大，下變頻為中頻信號，中頻信號經(jīng)過調(diào)頻、解調(diào)后得到基帶信號，分別送到視頻恢復(fù)電路和伴音解調(diào)電路，重新得到正常的視頻信號和伴音信號，直接送到電視監(jiān)視器或電視機(jī)，重現(xiàn)彩色圖像和重放伴音，也可以重新調(diào)制到電視頻道上傳送給用戶。在星載設(shè)備的定向天線接收到信號后，由轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行頻率變換和放大，然后再通過衛(wèi)星天線向地球特定地區(qū)輻射電磁波，供衛(wèi)星電視接收站（地面站）天線接收電視信號。衛(wèi)星廣播

17、電視接收站主要用來接收廣播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的廣播電視節(jié)目信號。各種類型接收站為不同用戶提供不同的信號傳輸方式，以滿足不同的收視要求。 一、衛(wèi)星地面接收站類別按用途的不同接收站可以分為以下四類： 1 個(gè)體接收系統(tǒng)（ TVRO ) 個(gè)體接收系統(tǒng)又稱電視單收地球站（ TvRo ) ，即家庭收視系統(tǒng)。在廣播衛(wèi)星向服務(wù)區(qū)轉(zhuǎn)發(fā)到地面的電視廣播信號功率足夠大的條件下，用戶用小型天線的簡易衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)和衛(wèi)視彩電等直接收看廣播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的電視節(jié)目。 2 集體接收站（ SMATV）這是采用較大口徑天線的接收系統(tǒng)，接收廣播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的電視節(jié)目，供集體用戶直接收看或經(jīng)轉(zhuǎn)換成地面電視廣播信號的形式，引入共用的閉路電視系統(tǒng)。 3

18、 無線收轉(zhuǎn)站類似于前面的集體接收站，但它把接收的衛(wèi)星廣播電視信號作為電視節(jié)目源，供設(shè)在該地區(qū)的電視臺(tái)或差轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)播。因?yàn)樽罱K廣播節(jié)目是以無線廣播方式送出去的，所以稱為無線收轉(zhuǎn)站或稱為差轉(zhuǎn)站。為滿足用戶的收視質(zhì)量，無線收轉(zhuǎn)站要用較大口徑天線的接收系統(tǒng)。 4 有線電纜網(wǎng)收轉(zhuǎn)站（ CATV ) 也類似于集體接收站。它是將接收的衛(wèi)星廣播電視信號轉(zhuǎn)換成 vHF 或 UHF 調(diào)幅電視信號的形式，通過同軸電纜分送到各用戶。 二、衛(wèi)星地面接收站原理 地面接收站天線接收來自衛(wèi)星的信號，通過高頻頭將微弱的電磁波信號進(jìn)行低噪聲放大，并將它變換為頻率為 950 一 1450MHz 的第一中頻信號。中頻信號經(jīng)過電纜送

19、到衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行解調(diào)。選臺(tái)器從 950 一 1450MHz 的輸入信號中選出所要接收的某一電視頻道的頻率，并將它變換為固定的第二中頻頻率（通常為 479.5MHz ) ，經(jīng)中頻放大和解調(diào)后得到包含視頻和伴音信號在內(nèi)的復(fù)合基帶信號。視頻信號送到視頻恢復(fù)電路，先經(jīng)過去加重處理。所謂的去加重處理，實(shí)際上是讓視頻信號通過一個(gè)頻率響應(yīng)特性與預(yù)加重頻響特性相反的無源二端口網(wǎng)絡(luò)，從而抵消預(yù)加重網(wǎng)絡(luò)對信號產(chǎn)生的頻譜畸變，恢復(fù)原本信號。由于在發(fā)射端對信號進(jìn)行了能量擴(kuò)散處理，即在視頻信號中加入了 30Hz 的三角波擴(kuò)散信號。因此必須在接收端進(jìn)行能量去擴(kuò)散處理，去除疊加在視頻信號上的三角波信號，恢復(fù)視頻信號的原來特

20、性，得到正常的視頻信號。伴音信號送到伴音解調(diào)器經(jīng)過放大、副載波解調(diào)，去加重后得到正常的伴音信號。  3. 1.4 地面測控站地面測控站 又稱跟蹤遙測指令站。地面測控站是測試衛(wèi)星軌道、姿態(tài)，并予以校正的地面測控站系統(tǒng)。地面測控站系統(tǒng)包括主控站和相配合的輔助測控站，其主要任務(wù)是一方面對衛(wèi)星軌道位置、姿態(tài)、星載設(shè)備的性能進(jìn)行全面測試，另一方面進(jìn)行調(diào)整和控制，特別是軌道位置和姿態(tài)的校正。地面測控站同廣播衛(wèi)星上的跟蹤遙測指令分系統(tǒng)相結(jié)合，共同完成對衛(wèi)星的工作狀態(tài)、星體的姿態(tài)和定點(diǎn)位置等方面的參數(shù)進(jìn)行遙測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行遙控，以保證廣播衛(wèi)星的正常工作。    

21、                                 3 . 2 數(shù)字衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng) 數(shù)字衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖 3 一 7 所示。與傳統(tǒng)的模擬衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)相比較，其中天線、上行線設(shè)備和室外單元設(shè)備二者均相同，主要區(qū)別在于上行站和衛(wèi)星電視接收機(jī)。數(shù)字系統(tǒng)采用的是數(shù)

22、字衛(wèi)星地球站和數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)。由于數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)后面有專門章節(jié)介紹，下面主要介紹數(shù)字衛(wèi)星地球站。 數(shù)字衛(wèi)星地球站組成原理 數(shù)字衛(wèi)星電視地球站又稱數(shù)字衛(wèi)星電視地球站，是數(shù)字衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)的發(fā)端和信號源，對于整個(gè)系統(tǒng)的質(zhì)量與性能有著舉足輕重的作用。此外，在衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)的數(shù)字化各個(gè)環(huán)節(jié)中，地球站（又稱上行站）的數(shù)字化也最為關(guān)鍵。這是由于星載設(shè)備中與電視廣播最直接相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)器采用微波直接變頻、放大，從接收端輸入較高頻率的微波載頻，信號的處理環(huán)節(jié)簡單，并且不受載波的調(diào)制方式和信號狀態(tài)的影響，因此無論是模擬制彩電，還是數(shù)字電視，均可采用相同的轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行信號傳輸。為了保證 24 小時(shí)不間斷地工

23、作和高質(zhì)量的信道傳輸，數(shù)字衛(wèi)星電視地球站整個(gè)系統(tǒng)每一種部件均配備兩套，并實(shí)施分段檢測，包括始端檢測、中間檢測、發(fā)射端檢測、天饋系統(tǒng)檢測和接收效果的綜合檢測，以便及時(shí)進(jìn)行切換。普及型數(shù)字衛(wèi)星電視地球站的組成框圖如圖 3 召所示。整個(gè)數(shù)字衛(wèi)星電視地球站分成以下幾個(gè)部分： 壓縮編碼單元； 中頻射頻（ IF/RF ) 單元； 天線饋電系統(tǒng)和天線伺服機(jī)構(gòu)； 低噪聲放大和其控制部件； 監(jiān)視和監(jiān)控機(jī)房，含各部分?jǐn)?shù)字視頻接收機(jī)、監(jiān)視器、主控計(jì)算機(jī)和工作站； 收信檢測單元，含不同尺寸接收天線和相關(guān)的數(shù)字接收系統(tǒng)。 一、壓縮編碼單元 從電視臺(tái)傳送來的電視信號分兩路送入相應(yīng)的分路器，再引入 MPEG 一 2 編碼器

24、進(jìn)行圖像和伴音的壓縮編碼。已壓縮的信號分雙路送到兩部 QPsK 調(diào)制器，同時(shí)把編碼后的壓縮數(shù)據(jù)送到數(shù)字視頻接收機(jī) IRD 進(jìn)行中繼檢測。在 QPSK 調(diào)制器內(nèi)完成基帶的抗干擾處理，再進(jìn)行 QPSK 調(diào)制。已調(diào)波又分成兩路傳到中頻射頻部件（ I FIRF ) ，中頻開關(guān)僅切換其中的一路輸入，另一路作為備用。當(dāng)然經(jīng) QPsK 調(diào)制后的輸出信號也要進(jìn)行中間監(jiān)控，為此，先把該調(diào)制信號加到上變頻器（ UP / C ) ，再送到綜合數(shù)字視頻接收機(jī) IRD 和監(jiān)視器上觀察。壓縮編碼單元和 QPsK 調(diào)制器以及監(jiān)鋇叮監(jiān)控系統(tǒng)均采用雙套工作，并實(shí)施熱機(jī)備用，以便一旦發(fā)生故障時(shí)能自動(dòng)或手動(dòng)更換其中一些單元。 二、

25、中頻射頻（ IF / RF ）單元 由壓縮編碼部件送入到 IF / RF 部件的中頻頻率為 70 / 140MHz 。進(jìn)入的一路 QPsK 信號經(jīng)分配器又分成雙路傳送至兩個(gè)獨(dú)立的上變頻器單元（ UP / C ) ，使其載頻上升到地球站上行頻率，然后通過環(huán)流器選擇一路加到微波分功器（DIV ) ，又分成兩路送到強(qiáng)功率微波放大。地球站的發(fā)射單元強(qiáng)功率放大可采用行波管功放（ TWTA ）、多腔速調(diào)管、固態(tài)高功放（ S SPA ) 等。目前固態(tài)器件已在高功率微波段有很大進(jìn)展，因此，新型衛(wèi)視地球站廣泛采用固態(tài)器件。由于地球站上行發(fā)射功率約在 150 -400 W ，而目前固態(tài)器件尚無法采用單管滿足這一輸

26、出要求，加之單管的效率也較低，因此地球站固態(tài)高功放采用環(huán)形電路。固態(tài)器件的使用壽命遠(yuǎn)大于行波管，這也是目前地球站廣泛使用固態(tài)器件的原因之一。 三、天線饋電系統(tǒng)和天線伺服機(jī)構(gòu) 兩路高功放僅選一路信號送入天饋系統(tǒng)，而另一路傳入假負(fù)載，在這里同樣采用熱備份方式。為了監(jiān)測強(qiáng)功率輸出信號的質(zhì)量，在中頻射頻（IF/RF）部件的輸出端采用定向耦合器，從中取出一部分能量傳到 IRD 進(jìn)行監(jiān)測。在這里天饋系統(tǒng)也采用兩套設(shè)備，一套是 9m直徑的卡賽格倫型拋物面天線，另一套是 7.3m 直徑的卡賽格倫型拋物面天線，前者天線增益約為 50 . 3dB ( 4 GHz ) ，后者天線增益約為 48.5dB ( 4GHz

27、 ）。天線系統(tǒng)既用于發(fā)射衛(wèi)視節(jié)目的強(qiáng)微波信號，同時(shí)也接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器所轉(zhuǎn)發(fā)的本站信號，為了避免收發(fā)之間的相互干擾，不單在收、發(fā)頻率加以區(qū)分，而且收、發(fā)電磁波的極化方向也采用相互正交的措施，如發(fā)射采用水平極化波 H ，而接收采用垂直極化波 v ，并采用收發(fā)濾波裝置和極化選擇器來分離收、發(fā)信號，然后加到低噪聲放大及其控制單元（ LNA LNBCTRL ) o 四、地球站的監(jiān)測和監(jiān)控 為了使天線波束時(shí)刻跟蹤衛(wèi)星，在地球站內(nèi)要設(shè)置一套天線的跟蹤系統(tǒng)，它是根據(jù)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)出的旗標(biāo)信號來控制天線的指向。通常旗標(biāo)信號的極化方向與地球站上行頻道的極化方向一致，以免旗標(biāo)信號對廣大的接收用戶產(chǎn)生干擾。地球站在接收

28、轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)視節(jié)目的同時(shí)，也接收用于天線跟蹤的旗標(biāo)，當(dāng)然旗標(biāo)信號載頻不同于電視信息的載頻，以便實(shí)現(xiàn)頻分，所以在這里采用了頻分、時(shí)分、極化分的方法，從而確保旗標(biāo)信號傳送到跟蹤接收機(jī)并分離出空間方位的誤差信號，再通過伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ ACU 、 MDU 和機(jī)械系統(tǒng)）實(shí)施天線自動(dòng)跟蹤。衛(wèi)星的漂移量是微小的，而發(fā)射天線的波束寬度也很細(xì)（ 2 °一 3°）。為了獲得最佳的傳輸效果，天線必須實(shí)施精密跟蹤。若9m 主發(fā)射天饋系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則監(jiān)控系統(tǒng)立即切換到備用的 7.3m 天饋系統(tǒng)。作為地球站必須了解圖像發(fā)射后的接收情況，為此地球站在收信檢測體系中配置了 1 . 5m 、 1 . 8m 和

29、3m 的衛(wèi)視接收監(jiān)測系統(tǒng)，用以觀察不同G/T 下的電視圖像和伴音的質(zhì)量，并通過實(shí)時(shí)頻譜監(jiān)測來分析發(fā)射、傳輸和接收中存在的問題。收信檢測系統(tǒng)中還配置了 Ku 波段的衛(wèi)視接收系統(tǒng)，同時(shí)監(jiān)測該星其他轉(zhuǎn)發(fā)器的情況。此外，在這里還專門設(shè)置 6m 天線接收系統(tǒng)，主要用于分析旗標(biāo)信號。整個(gè)地球站的監(jiān)測和監(jiān)控，包括相應(yīng)的數(shù)據(jù)信號的收發(fā)，均由計(jì)算機(jī)和工作站來記錄和控制，每一個(gè)大單元均分別采用專門計(jì)算機(jī)來管理，如中頻單元、壓縮編碼單元、射頻和天饋單元等。在這里還必須提到的是供電系統(tǒng)，除了采用多路市電外，也應(yīng)配置專門的發(fā)電設(shè)備，以應(yīng)付突發(fā)事件。數(shù)字衛(wèi)星電視地球站與模擬衛(wèi)視地球站一樣，均采用能量擴(kuò)散技術(shù)，使得無調(diào)制信

30、號時(shí)的功率頻譜與有信號調(diào)制時(shí)大體相當(dāng)，不允許集中在一兩個(gè)單頻上。當(dāng)?shù)厍蛘镜?QPsK 調(diào)制器加上能量擴(kuò)散電路后，無論 MPEG-2 數(shù)據(jù)流有無輸入或在圖像內(nèi)容出現(xiàn)暗場（數(shù)據(jù)連續(xù)為 O ）或亮場（數(shù)據(jù)連續(xù)為 l ）時(shí)，輸出的功率譜密度均近似于均勻分布。一般情況下不允許關(guān)閉能量擴(kuò)散電路發(fā)射單載波信號，即使衛(wèi)星公司需進(jìn)行測試，也應(yīng)降低輸出電平，以免影響其他地球站的工作。 3 .2 . 2 數(shù)字地球站系統(tǒng)功能 我們知道在衛(wèi)星電視系統(tǒng)中，地球站即上行站的任務(wù)是將欲發(fā)送的廣播電視信號進(jìn)行必要的基帶處理，經(jīng)調(diào)制、上變頻和高功率放大，然后通過天線向廣播衛(wèi)星發(fā)送。因此，上行地球站的系統(tǒng)功能也就是衛(wèi)星電視發(fā)射系統(tǒng)

31、功能。數(shù)字地球站的系統(tǒng)功能就是系統(tǒng)對數(shù)據(jù)流的處理過程，也就是數(shù)字衛(wèi)星電視發(fā)射系統(tǒng)功能。其系統(tǒng)功能框圖如圖 3 一 9 所示。 由上面數(shù)字地球站系統(tǒng)功能框圖可知，數(shù)字地球站系統(tǒng)對數(shù)據(jù)流的處理過程主要為兩大部分：信源編碼與復(fù)用，即 MpEG 一 2 源編碼與復(fù)用；信道編碼與調(diào)制，即衛(wèi)星信道適配器。如果按照順序分步進(jìn)行排隊(duì)的話，具體過程包含以下部分：   傳送用于能量擴(kuò)散的隨機(jī)化處理并進(jìn)行復(fù)用適配；   采用截短 RS 碼進(jìn)行外編碼；   進(jìn)行卷積交織；   采用截短卷積的內(nèi)編碼；   形成適合于調(diào)制的基帶信號； 進(jìn)行 QPsK 調(diào)制。 一、兩種編解

32、碼方式數(shù)字地球站應(yīng)用的數(shù)字壓縮編解碼技術(shù)有兩種方式：   單路單載波方式，即 SCPC ( single channel Per carrier）方式； 多路單載波方式，即 MCPC （multiple channel Per carrier ) 方式。所謂單路單載波 SCPC 方式，即每套節(jié)目調(diào)制在一個(gè)載波上，送上衛(wèi)星，適合于上行站各自發(fā)射一個(gè)載波，多個(gè)上行站共用一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的情況，目前我國各省電視臺(tái)的節(jié)目就是以這種方式播送的。多路單載波 MCPC 方式是將幾套節(jié)目的數(shù)據(jù)流合成一個(gè)數(shù)據(jù)流去調(diào)制一個(gè)載波后送上衛(wèi)星，這種方式適合于幾套節(jié)目共用一個(gè)上行站的情況。我國中央電視臺(tái)的數(shù)字衛(wèi)星廣播

33、電視節(jié)目就是這種方式。 MCPC 方式比 SCPC 方式轉(zhuǎn)發(fā)器的利用率要高，采用 MCPC 方式時(shí)，一個(gè)帶寬為 36MHz 的轉(zhuǎn)發(fā)器，可同時(shí)傳送 6 套節(jié)目， SCPC 方式只能傳送 5 套節(jié)目。    二、信道編碼 數(shù)字衛(wèi)星電視的發(fā)射部分先進(jìn)行信源編碼，作為第一步把模擬的圖像和聲音信號經(jīng)模數(shù)變換 ADC 轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，再進(jìn)行 MPEG 2 的壓縮編碼。隨后把這些數(shù)字信號實(shí)施信道編碼，也就是抗干擾編碼。由 MPEG 2 傳送來的碼流具有固定長度的數(shù)據(jù)包，內(nèi)含一個(gè)字節(jié)的同步字，還有 187 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。發(fā)射端的處理順序總是從同步字 1 字節(jié)（ 01 , 000 , 111 ）的 MSB （即 O ）開始，并進(jìn)行能量擴(kuò)散的隨機(jī)化處理和傳送復(fù)用適配 TMA 處理。這種擾碼處理不僅在調(diào)制器輸入位流不存在時(shí)仍在運(yùn)行，而且當(dāng)輸入位流與 MPEG 一 2 傳送流格式（ 188 字節(jié)