王人磊

(昆明廣播電視臺 技術(shù)部，云南 昆明 650118)

伴隨信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，模擬電視被數(shù)字電視所替代成為趨勢［1］。彩色電視的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)尤其是接收機的電路構(gòu)成、性能指示標(biāo)準(zhǔn)及其余重要參數(shù)均是為了適應(yīng)接收殘留邊帶調(diào)幅和隔頻道的傳輸。因此接收有線電視信號存在如下問題:(1)接收不到增補頻道的電視信號。(2)不能有效地接收交互式電視信號和數(shù)字電視信號。數(shù)字電視信號是數(shù)據(jù)流傳輸，與模擬電視信號完全不同，普通彩電無法接收，即使在熱門的市場炒作“高清”電視，“數(shù)字”電視，也無法接收數(shù)字電視信號［2］。接收數(shù)字電視信號，目前應(yīng)用中間有兩種常見的方式:(1)是機頂盒配套普通電視機，這也是市場上最常見的一種實現(xiàn)方式。(2)是能接收使用一種新的電視機的數(shù)字電視信號。目前，這兩個接收模擬電視信號的兼容電視已在市場普及［3］。

1 數(shù)字電視信號的激發(fā)方式

目前，衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)是由車載設(shè)備，上行鏈路傳輸設(shè)備和配套的地面接收系統(tǒng)組成［4］。由上行鏈路傳輸站節(jié)目制作中心負(fù)責(zé)發(fā)送該衛(wèi)星實時信號，且該衛(wèi)星控制板載設(shè)備，包括衛(wèi)星天線使用的收發(fā)器，電源轉(zhuǎn)/發(fā)器車載控制設(shè)備;而對于地面接收系統(tǒng)而言，其包括一個負(fù)責(zé)接收的裝置組、接收天線、各個接收器、不同功率容量的有線數(shù)字電視系統(tǒng)的無線電中繼站等設(shè)備。

1.1 電視信號上行站系統(tǒng)的傳輸方式

用于發(fā)送信號的上行鏈路站系統(tǒng)目前有兩種電視信號，即單載波(Single Channel Per Carrier，SCPC)模式和多載波(Multiple Channel Per Carrier，MCPC)模式。單載波模式中，每個載波僅可傳輸廣播電視信號，控制電視信號的傳輸次數(shù)，應(yīng)答器需要有載流子的數(shù)目。其優(yōu)點是，節(jié)目的所有目標(biāo)可在星上的不同位置實現(xiàn);多載波模式中，每個載波可同時傳輸多套廣播電視信號，其具有只需一個轉(zhuǎn)發(fā)器的優(yōu)點，因為只有一個載波，諧波干擾問題不會在一個多載波上存在，頻帶和功率利用率相對較高。但其缺點是有多個程序，才能實現(xiàn)在相同的位置上使不同位置上星。

同步數(shù)字體系其實是一種光纖傳輸系統(tǒng)，基本概念是同步傳輸模塊(STM－1，155 Mbit·s－1)，由信息區(qū)段，卡扣指針結(jié)構(gòu)的有效載荷模塊開銷構(gòu)成，主要特點是利用虛擬容器的方式和所有的PDH 系統(tǒng)兼容。其有一個統(tǒng)一的接口和一組全球網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息標(biāo)準(zhǔn)化分層結(jié)構(gòu)，且具有豐富的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)服務(wù)于管理和維護開銷位;另外，同步多路結(jié)構(gòu)被使用，且還具有一個橫向的兼容性，這是理想的下一代傳輸系統(tǒng)，可以是靈活且動態(tài)的，因此可適用于任何多變的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)［5］。

在系統(tǒng)中，視頻、音頻和數(shù)據(jù)的處理將與節(jié)目一起使用多路復(fù)用發(fā)送，其被組合成符合MPEG－2 標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)目流。在SCPC 系統(tǒng)中，使用1∶1 的備份模式，通過同軸開關(guān)進行切換，可同時傳送3 套節(jié)目。

3G 是指以支持蜂窩移動通信技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)［6］。3G 服務(wù)能夠同時傳送聲音和數(shù)據(jù)信息，超過幾百kbit·s－1的一般速率。3G 是指下一代移動通信系統(tǒng)中，例如無線通信和多媒體通信與因特網(wǎng)。3G技術(shù)可提供一個高帶寬空間，帶寬可被用于電視信號壓縮編碼，以合理和有效的方式來獲得正確的信號。當(dāng)然，需利用通信運營商可用來傳輸?shù)碾娨曅盘枴?/p>

圖1 利用3G 技術(shù)進行電視信號傳輸流

在各個節(jié)目源和節(jié)目復(fù)用器編碼時進行編碼分別復(fù)用成一個節(jié)目流復(fù)用器，然后發(fā)送傳輸信號，在傳輸流多路轉(zhuǎn)換器調(diào)解各個節(jié)目混入的傳輸流。傳送節(jié)目復(fù)用器或解復(fù)用器輸出的傳輸數(shù)據(jù)包被發(fā)送到衛(wèi)星通道適配器部分。該部分可實現(xiàn)以下3 個功能:復(fù)用適配和能量擴散、基帶整形和前向糾錯編碼、正交相移鍵控調(diào)制。

1.2 星載設(shè)備

星載設(shè)備的整體體積不能過大，且不能占據(jù)較多的空間，要具備較為輕便的重量以及較高的信號轉(zhuǎn)發(fā)效率，主要由3 部分組成，分別是提供電能的星載電源、收發(fā)信號的天線及信號轉(zhuǎn)發(fā)器。一般用于提供電能的是硅太陽能電池，但是其的劣勢在于，電池的正反兩面接收到的太陽光能不同，導(dǎo)致溫差較大，具體數(shù)據(jù)約為2 000 ℃，且在運行過程中會受到太空中多種微粒的干擾，在此惡劣環(huán)境中約運行7 年之后，輸出功率就會降低到原來的7 成左右，嚴(yán)重影響星載設(shè)備的使用質(zhì)量及壽命。由于空間以及重量的限制，所使用的天線一般情況下控制為一副，且對其性能要求較高，要求可靠穩(wěn)定，受太空環(huán)境的影響較小。

星載轉(zhuǎn)發(fā)器具體的工作原理為［7］，對經(jīng)過單載波以及多載波方式上行到的電視信號進行統(tǒng)一接收，經(jīng)一定的放大作用及變頻作用之后，在功率較大的環(huán)境中，再次對其進行放大操作與控制，接著通過天線進行輻射，并向指定的位置傳送已處理好的電視信號。在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，若將較多噪音添加進去，則電視信號就會與標(biāo)準(zhǔn)之間有較大的誤差，對電視信號的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。

數(shù)字信號的傳輸過程主要由星載用收發(fā)天線、星載用轉(zhuǎn)發(fā)器和星載電源進行控制。每一個設(shè)備均是保證數(shù)字信號傳輸?shù)年P(guān)鍵，而隨著技術(shù)的不斷完善，其工作效率也在不斷提高。

2 數(shù)字信號接收系統(tǒng)

數(shù)字信號接收方法與模擬信號接收方法在接收系統(tǒng)上有相似之處，均包括室外部分和接收機兩大部分。如圖3 所示。

2.1 接收天線與饋源

一般將接收電視信號的天線放在室外，常見的有拋物面型以及橢圓的偏饋型天線，而前者又可分為花費成本低但折損率高的前饋型天線以及可用于衛(wèi)星通信地球站的后饋型天線。在HEMT 等器件生產(chǎn)應(yīng)用之后，能降低前饋型天線的噪音及高溫，提高其質(zhì)量，避免較高的折損率。

后者的饋源在天線的中央稍偏的位置，因此叫做偏饋型，其中間的深度較小，可利用沖壓等工藝制作成一個整體，有較高的效率及增益。饋源有多種狀，一般為波紋、角錐、圓錐喇叭等，其位于天線的聚焦處，外面有一層塑料罩對其進行保護，需盡可能均勻且全面準(zhǔn)確的反饋射到天線。除此之外，角度應(yīng)接近零以便高效率地接收到其電磁波信號，而信號的類型不同，對饋源的要求也不盡相同。饋源分別為正饋及偏饋時，其波紋狀也不同，分別是水平狀及漏斗狀。

圖2 數(shù)字衛(wèi)星電視信號的接收示意圖

2.2 高頻頭

在選用高頻頭時，要遵循3 個原則:首先，產(chǎn)生的噪音溫度低;其次，星載設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的信號頻率有多大，高頻頭也應(yīng)盡量與其在相同的工作范圍內(nèi)，一般情況下Ku 波段的頻率約在10 ～13 GHz 范圍內(nèi)，C 波段的頻率在3.7 ～4.2 GHz 范圍內(nèi)。將高頻頭放置在室外，受到環(huán)境的影響較大，因此要求其振動頻率小，由此引發(fā)的噪音要盡量較小，且可靠穩(wěn)定。高頻頭對天線饋源傳送的信號進行變頻放大操作，主要依賴其中的下變頻器以及微波放大器等部分。

2.3 室內(nèi)部分的數(shù)字衛(wèi)星電視接收機

(1)調(diào)諧器設(shè)備。通過主要從室外單元中一個衛(wèi)星頻道選擇頻率和接收發(fā)送到第一中頻信號，然后變換成第二IF 或零IF 信號輸出RF 有線電視的調(diào)諧器。該模塊由一個跟蹤濾波器、低噪聲放大器、混頻器、本地振蕩器表面聲波濾波器和其他電路組成;第二中頻信號，其頻率為479.5 MHz 的輸出。隨著技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，零輸出IF 計劃逐漸取代了模型電路。

(2)信道的解碼和解調(diào)。在信道解碼模塊的傳輸系統(tǒng)中，其功能是從載波頻率恢復(fù)和時鐘校正在模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換過程中的錯誤，從而導(dǎo)致在正確的采樣值中。本模塊的另一個作用是糾正在傳輸中的一些錯誤代碼，從而使傳輸更加安全可靠，用于解復(fù)用傳輸流，以提供無誤差電路，從而保證了圖像信號的質(zhì)量和聲音。

(3)多工復(fù)用解。該模塊對應(yīng)的多復(fù)用模塊傳輸系統(tǒng)。其解復(fù)用關(guān)系主要是根據(jù)定義進行操作的特殊傳輸流語法使用PAT 和PMT 表。通常意義上而言，是復(fù)用分兩級，所以將會有兩個級別的解復(fù)用和復(fù)用過程:其一是傳輸流解復(fù)用，結(jié)果是產(chǎn)生新的節(jié)目流，節(jié)目流的視頻;其二則是將音頻一些分離的服務(wù)信息數(shù)據(jù)傳輸給源解碼的模塊。

(4)信源解碼部分。信源解碼部分又包含兩部分:第一是音頻解壓縮，第二個就是視頻解壓縮。通常，為能得到標(biāo)準(zhǔn)的壓縮視頻流、視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)流，會根據(jù)MPEG－2 解碼算法作出編碼的音頻流。

(5)視頻編碼和音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換。為使傳統(tǒng)模擬電視能正常進行，需通過視頻編碼器編碼進行分析亮度信號和色差信號，而其輸出是為了能產(chǎn)生NTSC 或PAL 等視頻信號。然后，再經(jīng)過D/A 轉(zhuǎn)換器解碼所恢復(fù)的數(shù)字音頻信號，轉(zhuǎn)換為模擬形式的音頻信號到電視以再現(xiàn)所要執(zhí)行的聲音。

(6)32 位CPU。在一些相對復(fù)雜的數(shù)字信號接收系統(tǒng)中，那些具有較強的運算能力且需隨時交換數(shù)據(jù)的相關(guān)模塊，具有高的傳輸速度和處理能力是基本要求。另一方面，為了更好地使用戶與設(shè)備之間達(dá)成互動，也需要強大的屏幕上圖形界面。因此，32 位CPU被業(yè)界采納，其功能強大，速度快，主要的功能完成如下:控制信道解調(diào)和解碼，電子調(diào)諧系統(tǒng)的選擇，信源解碼，解復(fù)用等多模塊的工作，并協(xié)調(diào)這些模塊，使其可更及時的響應(yīng)和處理用戶的操作指令。

數(shù)字衛(wèi)星電視信號的接收有如下特點:

(1)下行頻率方面數(shù)字衛(wèi)星電視信號多采用Ku波段，信號受降雨影響較大，Ku 波段是衛(wèi)星廣播的最佳波段，并即將推廣使用衛(wèi)星廣播主帶。其具有大容量，寬頻率范圍，接收天線孔徑小的Ku 波段信號，發(fā)射功率將不受其他條件限制，但降雨因素對信號傳輸更大，雨的影響衰減比C 波段大得多。

(2)雖然信號強度較弱，但拋物面接收天線并不需要一個大的光圈，盡管功率轉(zhuǎn)發(fā)Ku 波段下行鏈路的衛(wèi)星信號不限定，但由于數(shù)字衛(wèi)星電視信號頻帶被壓縮較窄，其只有一個模擬電視信號可傳輸?shù)?6 MHz帶寬，在單信道單載波的情況下，其可被用來傳播5 套數(shù)字衛(wèi)星電視信號。因此，6 MHz 的帶寬在傳播五套電視信號的同時，其結(jié)果是實際信號場強小于地面模擬衛(wèi)星電視信號接收器的磁場強度，這會帶來諸多不便。由于增益比Ku 波段天線C 波段高，尤其是當(dāng)所接收的信號強度到達(dá)接收器的閾值時，所接收的信號與天線孔徑的Ku 波段天線直徑無直接關(guān)系的數(shù)字衛(wèi)星電視接待不超過管腔能獲得滿意的接收。

(3)接收的數(shù)字衛(wèi)星電視信號，這大幅增加了接收的次數(shù)，但“尋星”的處理將變得更困難，所謂“尋星”是迄今為止拋物面天線對準(zhǔn)接收數(shù)字電視信號35 656 km地球同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的?，F(xiàn)在衛(wèi)星可接收的數(shù)字電視信號可達(dá)到4 ～5 顆，而接收每個衛(wèi)星節(jié)目一般有十多套數(shù)字電視信號甚至于幾十套，有的比模擬衛(wèi)星電視信號強。然而，為接收所述處理的數(shù)字電視衛(wèi)星信號“尋星”比接收模擬衛(wèi)星電視信號要困難。

主要有以下幾點原因:

(1)用于數(shù)字衛(wèi)星電視信號接收的一組特定節(jié)目，地面場強比模擬衛(wèi)星電視信號要弱。此時，當(dāng)拋物面天線接收信號時，達(dá)不到衛(wèi)星接收信號要求或所接收的信號到達(dá)衛(wèi)星接收機閾的水平，則此時將不會收到任何聲音和圖像，這與模擬衛(wèi)星電視信號的接收方式相比所不同。對于模擬衛(wèi)星電視信號，當(dāng)信號接收場強弱，只會影響圖像和音頻信號。

(2)為了提高頻譜效率，在模擬電視信道同時傳輸多套數(shù)字衛(wèi)星電視節(jié)目時，所謂的數(shù)字衛(wèi)星電視信號也必須是高壓縮率的編碼和解碼技術(shù)?？扇菀椎孬@得，當(dāng)數(shù)字電視信號壓縮功能更強大時，使其占據(jù)的窄頻帶中，更加難以確保傳輸質(zhì)量。為了能傳輸窄帶條件下沒有的相關(guān)信息，這勢必將增加其傳輸速率損失。

(3)數(shù)字衛(wèi)星電視信號是一個數(shù)據(jù)流的信號，為保證傳輸?shù)目煽啃?，必須使用多種差錯檢測、糾錯編碼步驟，例如所羅門·里德編碼，卷積編碼，交織和編碼技術(shù)，但這些措施將會帶來更大的不便。當(dāng)實際接收時，即使該場強在比閾值電平高的數(shù)字衛(wèi)星接收機中，必須接收該正確的代碼，從而正確地譯碼電視圖像和音頻輸入。

(4)當(dāng)有相當(dāng)數(shù)量的數(shù)字衛(wèi)星電視節(jié)目被加密時，此時只有被授權(quán)的客戶可接收電視節(jié)目進行觀看。在接收到加密的電視節(jié)目時，用戶必須事先申請相關(guān)程序許可，以獲取特殊的解碼器，并輸入正確的密鑰或智能卡，由此才能收看加密的電視節(jié)目。

3 結(jié)束語

伴隨著我國數(shù)字電視的不斷普及發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字電視的信號穩(wěn)定性傳輸不僅是其發(fā)展過程中不容忽視的關(guān)鍵性問題之一，且還決定了數(shù)字電視的兼容性及其清晰性。當(dāng)然，為了進一步推進我國數(shù)字電視傳輸技術(shù)的發(fā)展，必須加大自主研發(fā)力度，引進創(chuàng)新機制，借鑒國外的先進經(jīng)驗并形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。

［1］ 蘇志武，周師亮.廣播電視傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京:新華出版社，2001.

［2］ 陳國平.衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)缺陷及解決思路研究［J］.中國集成電路，2007(12):81－83.

［3］ 胡波霞.城鄉(xiāng)有線數(shù)字電視在模數(shù)轉(zhuǎn)換實踐中技術(shù)問題分析［J］.中國有線電視，2010(2):124－129.

［4］ 周健.有線數(shù)字電視技術(shù)模式的思考［J］.廣播與電視技術(shù)，2004(9):42－44，15.

［5］ 曹玉良.數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測管理系統(tǒng)［J］.電視技術(shù)，2008(6):40－43.

［6］ 翟向麗.中國數(shù)字電視的發(fā)展［J］.河南科技:上半月，2007(10):18.

［7］ 關(guān)旭東.硅集成電路工藝基礎(chǔ)［M］.北京:北京大學(xué)出版社，2003.