李海鷗

國家新聞出版廣電總局五四二臺

數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制技術(shù)的研究

李海鷗

國家新聞出版廣電總局五四二臺

在數(shù)字衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)中，其調(diào)制技術(shù)常采用包絡(luò)恒定和較高功率效率的QPSK（四相絕對相移鍵控）調(diào)制，數(shù)字化的實現(xiàn)可能性較大。分析制約其性能發(fā)揮良好的因素，將會更好地完成數(shù)字衛(wèi)星電視信號的調(diào)制工作，也利于完善數(shù)字衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)。本文針對數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制技術(shù)相關(guān)信息作了一些簡單研究分析。

數(shù)字衛(wèi)星電視；信號；調(diào)制技術(shù)

數(shù)字衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)中的中頻濾波器，在信號收發(fā)兩端將會限制無線信道的使用和發(fā)展。同時無線信道因發(fā)射機(jī)和轉(zhuǎn)發(fā)器自身特點而具備非線性性質(zhì)。因此，數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)采用調(diào)制技術(shù)時應(yīng)選擇較小包絡(luò)波動，以及最小功率譜占用率。QPSK調(diào)制技術(shù)在數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制技術(shù)的研究方面起著重要作用。

一、數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)

數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，憑借衛(wèi)星通信技術(shù)，逐漸在廣播電視系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，主要通過數(shù)字編碼技術(shù)捕獲廣播電視信號，對其進(jìn)行量化，同時將獲取的信號進(jìn)行壓縮，最后以編碼處理，由數(shù)字調(diào)制技術(shù)將其編碼轉(zhuǎn)換成一種信號。此信號可通過無線信道進(jìn)行傳輸工作，借助地球同步衛(wèi)星輸送至數(shù)字衛(wèi)星電視客戶端。設(shè)計數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)需考慮信源編碼和信道編碼這兩種生成數(shù)字基帶信號的完善，同時側(cè)重數(shù)字調(diào)制工作，以便于轉(zhuǎn)換數(shù)字基帶信號，使其變成能在無線信道輸送的頻帶信號。因為衛(wèi)星信道信噪比和信號不穩(wěn)定，在采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)時需注意此方面的調(diào)節(jié)，四相絕對相移鍵控（QPSK）調(diào)制方式優(yōu)勢較為明顯，其具有較強(qiáng)的抗干擾性能和較快的傳輸速度，將這種信號調(diào)制技術(shù)作為恒定包絡(luò)調(diào)制方法，不會擾亂基帶信號的調(diào)制。

二、QPSK調(diào)制技術(shù)

目前，數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制方式針對不同的傳輸技術(shù)會有不同的選擇，國際上主要應(yīng)用衛(wèi)星廣播電視傳輸技術(shù)的調(diào)制方式有QPSK，BPSK，8PSK，16APSK，16QAM，以及32APSK等。其中的QPSK調(diào)制技術(shù)因為自身的優(yōu)勢，在數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中被大范圍采用，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在其有著良好的編碼性能、較高的頻譜利用率以及較強(qiáng)的抗干擾性能等方面。

QPSK，全稱為四相絕對相移鍵控，其信號的正弦載波分別有四個可能性離散相位，兩個二進(jìn)制符號經(jīng)過每個相位進(jìn)行傳輸。數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)實現(xiàn)四進(jìn)制移相鍵控信號（QPSK調(diào)制信號）公式為Si(t)=Acos(ωct+θi)i=1,2,3,4…0≤t≤Ts，其中Ts表示四進(jìn)制符號間隔，θi表示正弦載波相位，其中可能狀態(tài)為四種。其QPSK調(diào)制信號基本原理圖1為：

圖1 QPSK調(diào)制信號原理框圖

上圖清晰的指出輸入數(shù)據(jù)通過串/并交換后，再經(jīng)過差分相位編碼及低通濾波LPF，最后進(jìn)行正交調(diào)制形成已調(diào)信號。整個過程較為完整，明確了數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制過程。其中差分相位編碼環(huán)節(jié)可解決相干解調(diào)過程中出現(xiàn)相位模糊現(xiàn)象的問題；低通濾波LPF則能防止已調(diào)信號帶外輻射問題的產(chǎn)生，因而將LPF設(shè)置在同相和正交支路的位置。

三、制約數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制性能的原因

（一）信號干擾

數(shù)字衛(wèi)星電視用戶在接受衛(wèi)星信號時時常不能完整的接受到相關(guān)信號，究其原因是波形失真造成信號受到干擾。而碼間干擾與正交干擾的相互作用會形成波形失真現(xiàn)象。碼間干擾的形成原因是受到帶寬制約，線性、二次時延以及線性振幅失真，同時脈沖寬度在調(diào)制過程中起伏變化較大。而正交干擾則與傳輸線有關(guān)，嚴(yán)重失真現(xiàn)象將會致使信號受到干擾，不能讓用戶完整地收到衛(wèi)星信號。

（二）正弦載波的相位偏離

數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)采用QPSK調(diào)制信號技術(shù)，其工作原理是通過變換正弦載波的相位進(jìn)行調(diào)制工作，達(dá)到數(shù)據(jù)良好傳輸?shù)哪康?。若已?jīng)調(diào)制正確的正弦載波相位出現(xiàn)偏離現(xiàn)象，就會降低解調(diào)器的輸出效率，比特差錯率出現(xiàn)上漲情況。這兩種情況會制約數(shù)字衛(wèi)星電視信號調(diào)制性能的提升。

（三）電平產(chǎn)生漂移現(xiàn)象

數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)在進(jìn)行通信工作時將會受到外界環(huán)境的變化，例如環(huán)境溫度、電源電壓和設(shè)備元器件等。這些相關(guān)外部因素的變化將會對信號電平和判決電平有著直接影響。環(huán)境溫度和電源電壓的變化將會引起電平的變化，設(shè)備元器件出現(xiàn)老化現(xiàn)象則會妨礙電平的正常運轉(zhuǎn)，致使出現(xiàn)電平產(chǎn)生漂移現(xiàn)象時，產(chǎn)生信號幅度下降的問題，同時也會使比特差錯率惡化。

（四）噪聲干擾

數(shù)字衛(wèi)星電視信號輸送時發(fā)生參考載波抖動、各個接口不匹配的反射信號以及本震源信號等都可能產(chǎn)生噪聲。參考載波由于不穩(wěn)定的載波恢復(fù)將會出現(xiàn)與接收信號抖動效果一致的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生一定的信號噪聲，影響信號的準(zhǔn)確性。在衛(wèi)星鏈路傳輸時，各個接口因不標(biāo)準(zhǔn)匹配會隨時反射出回波信號，即使反射信號不強(qiáng)烈，但在一定程度上也造成了噪聲障礙，制約著數(shù)字衛(wèi)星電視信號的有效傳輸。信號的發(fā)送和接收產(chǎn)生的振動也能引起噪聲干擾，這主要與相位相關(guān)。相位的起伏變化，影響著信號頻率的穩(wěn)定性，因此亦能引起噪聲對信號傳輸?shù)母蓴_。這些噪聲直接影響經(jīng)過調(diào)制的信號傳輸，同時對數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)的信號調(diào)制技術(shù)產(chǎn)生制約作用。

結(jié)束語

綜上所述，目前，數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)的信號調(diào)制技術(shù)大多采用QPSK調(diào)制信號，完成信號成功傳輸至用戶客戶端的目標(biāo)。研究分析QPSK調(diào)制技術(shù)的基本原理和分析制約其性能的原因，將會對QPSK調(diào)制數(shù)字化趨勢產(chǎn)生積極作用。這不僅為數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論依據(jù)，同時也為其調(diào)制技術(shù)的改進(jìn)指明了方向。

[1]田燕琨.數(shù)字電視信號傳輸技術(shù)探討[D].中國海洋大學(xué), 2012.

[2]王躍寧.數(shù)字衛(wèi)星電視系統(tǒng)中QPSK調(diào)制信號的載波同步及FPGA實現(xiàn)[J].視聽界(廣播電視技術(shù)),2014,01：71-75.

[3]李濤.數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號傳輸與質(zhì)量分析探討[J].無線互聯(lián)科技,2014,10：182.