常向利（國(guó)家新聞出版廣電總局916臺(tái)，青海格爾木 816099）

數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量的分析

常向利
（國(guó)家新聞出版廣電總局916臺(tái)，青海格爾木 816099）

本文以數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量的分析為題目展開相關(guān)探討。首先結(jié)合數(shù)字衛(wèi)星電視的發(fā)展情況對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述；主要介紹了數(shù)字衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的DVB-S系統(tǒng)、DVB-S2系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)數(shù)字衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的模塊進(jìn)行了具體分析，重點(diǎn)對(duì)其方案的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了說明，并且以此作為基礎(chǔ)，歸納性的對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用中的相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行了探討。希望通過本文初步論述可以引起更多的關(guān)注與更為廣泛的交流，從而為該方面的理論研究工作、傳輸質(zhì)量控制實(shí)踐工作提供一些有價(jià)值的信息，以供參考。

數(shù)字衛(wèi)星 廣播電視 信號(hào)傳輸 質(zhì)量分析隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步、科技研發(fā)，我國(guó)的廣播電視發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)快速的發(fā)展過程，比如，自1984年的東方紅2號(hào)實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星發(fā)射成功以來，就拉開了中國(guó)自辦衛(wèi)星電視的序幕，接著又以國(guó)際通信衛(wèi)星5號(hào)C波段的轉(zhuǎn)發(fā)器成功完成了廣播電視節(jié)目在全國(guó)范圍內(nèi)的推廣與覆蓋；從現(xiàn)在的發(fā)展情況來看，數(shù)字電視已經(jīng)成為了主流，而且由于壓縮技術(shù)的成熟發(fā)展，電視的體積越來越小、質(zhì)量及效果也是越來越好，尤其是在曲面電視的研究與應(yīng)用方面，邁出了很大的一步，我國(guó)的衛(wèi)星電視數(shù)字化發(fā)展以中星5號(hào)通信衛(wèi)星為支撐作為開端，目前我國(guó)廣大地區(qū)以“村村通”衛(wèi)星數(shù)字電視為主已經(jīng)使全國(guó)人民都分享了這一技術(shù)發(fā)展的成果，與此同時(shí)，也豐富了我國(guó)廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)人民的精神生活。

1 概述

在數(shù)字衛(wèi)星廣播電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)方面，有DVB-S、Digicipher兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)，由于在信源編碼方面以MPEG-2壓縮方式為主，所以二者的差異性凸顯于信道編碼方面。從數(shù)字視頻廣播標(biāo)準(zhǔn)（DVB）方面看，有對(duì)視頻、音頻、其它數(shù)據(jù)的傳送，且靈活易于操作，另一方面通過對(duì)比特流的復(fù)用、服務(wù)信息的統(tǒng)一使用、糾錯(cuò)系統(tǒng)、加密算法、在不同傳輸媒體方面的調(diào)制方法、信道編碼等方面的應(yīng)用，均有效的提高了傳輸質(zhì)量與傳輸速度。從DVB的標(biāo)準(zhǔn)來看，通過DVBS、DVB-C、DVB-T三種標(biāo)準(zhǔn)可以分別滿足于衛(wèi)星、電視、廣播。從Digicipher標(biāo)準(zhǔn)方面看，它的缺點(diǎn)在于衛(wèi)星廣播圖像方面的質(zhì)量問題，但在NTSC制式的電視節(jié)目傳輸方面，卻非常擅長(zhǎng)，也就是說，與DVB標(biāo)準(zhǔn)相比較，這一標(biāo)準(zhǔn)更適合于電視，而前者則更適應(yīng)于廣播［1］。從數(shù)字衛(wèi)星傳輸?shù)恼麄€(gè)系統(tǒng)方面看，它可以劃分為上行地球站、通信或廣播衛(wèi)星、衛(wèi)星接收站3大系統(tǒng)，注意傳輸系統(tǒng)中，未將衛(wèi)星遙測(cè)、遙探究系統(tǒng)納入。由于信號(hào)源、上行地球站、廣播衛(wèi)星都比較熟稔，所以以下對(duì)衛(wèi)星接收站的相關(guān)情況進(jìn)行說明，它主要是通過天線將廣播衛(wèi)星的下行信號(hào)進(jìn)行接收，其間要通過放大、下變頻、解調(diào)、譯碼等過程，然后在還原的基礎(chǔ)上將電視信號(hào)送達(dá)用戶端。也就是說從信號(hào)源到上行地球站，再到廣播衛(wèi)星，再到衛(wèi)星接收站，最后到接收用戶端，整個(gè)過程就組成了數(shù)字衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)［2］。

2 DVB-S系統(tǒng)與DVB-S2系統(tǒng)

DVB-S系統(tǒng)功能方面以對(duì)碼流進(jìn)行處理為主，通常包括傳輸復(fù)用的適配、能量分配隨機(jī)化、外碼編碼、卷積交織、內(nèi)碼編碼、基帶成形、QPSK調(diào)制等，也就是說在整個(gè)系統(tǒng)方面，先通過視頻編碼到節(jié)目復(fù)用、再?gòu)腗PEG-2源編碼與復(fù)用，再共同導(dǎo)向傳輸復(fù)用，最后將其傳送到衛(wèi)星信道適配器［3］。它的關(guān)鍵技術(shù)在于能量擴(kuò)散、R-S糾錯(cuò)碼等；而在DVB-S2衛(wèi)星直播系統(tǒng)信號(hào)處理流程中，又引入了新的編碼方式，且通過LDPC+BCH級(jí)聯(lián)編碼方式，使整體性能得到了提高，而且接收端的載波恢復(fù)、快速幀同步技術(shù)也獲得了很大的發(fā)展；這一系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理大致可以劃分為5大部分，具體如輸入模式、傳輸流匹配，前向糾錯(cuò)編碼、編碼符號(hào)映射、物理幀編碼、信號(hào)調(diào)制等；也可以從大的方面看到從基帶幀到FEC幀再到物理幀的處理流程。從系統(tǒng)的適應(yīng)性及應(yīng)用范圍來看，它以標(biāo)清或高清電視HDTV廣播服務(wù)、交互服務(wù)、專業(yè)應(yīng)用、數(shù)據(jù)內(nèi)容分配等為主，而且體現(xiàn)了最佳傳輸性能、整體可擴(kuò)展性能、合理接收復(fù)雜度等優(yōu)勢(shì)特征；從ACM鏈路方面來看，主要是通過信息源，然后進(jìn)行源碼率控制、再進(jìn)行ACM DVB-S2調(diào)制，以地面衛(wèi)星接收器的形式到達(dá)衛(wèi)星，再通過高比特率前向鏈路，直達(dá)衛(wèi)星終端，注意在測(cè)量方面以C/N+I測(cè)量法為主，而且經(jīng)過信道信息的回傳、信通等，都可以有效的進(jìn)行編碼與調(diào)制選擇，然后通過網(wǎng)關(guān)與ACM DVB-S2調(diào)制器相接，從而構(gòu)成了一個(gè)ACM鏈路系統(tǒng)，以此進(jìn)行衛(wèi)星傳輸；需要說明的是在輸入適配模塊率較高，主要集中于單輸入流/多輸入流到模式適配，再通過基帶幀數(shù)據(jù)區(qū)達(dá)到流適配；從分類處理流程來看，其中有輸入接口、輸入接口同步、空包刪除、CRC-8編碼器、緩存區(qū)以及基帶指令或合并/分片等，最后進(jìn)行填充與基帶幀加擾的流適配方面。CRC編碼器的輸出計(jì)算公式為CRC=remainder［X8u（X）：g（X）］；其中，被編碼的輸入序列為u（X），而g（X）指的是CRC編碼器對(duì)用戶包中有用部分實(shí)際處理的結(jié)果，具體表示為一個(gè)多項(xiàng)式，集中于CRC-8字節(jié)的多項(xiàng)式，具體為X8+X7+X6+X5+X4+X3+X2+1。

3 傳輸系統(tǒng)模塊與方案

在數(shù)字衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)規(guī)劃方面，要求安全可靠的直播功能、對(duì)模擬信號(hào)的傳送能力、簡(jiǎn)潔而易于操作直觀可視，尤其要求靈活、輕巧、工作區(qū)域范圍彈性大等。

（1）選擇工作頻段，C波段穩(wěn)定性好，雨衰較小，所以當(dāng)?shù)孛嫖⒉ㄔO(shè)備與其頻段相同時(shí)即會(huì)產(chǎn)生干擾，因此，可以用Ku頻段來代替C波段，它的EIRP服務(wù)區(qū)域更小，且衛(wèi)星EIRP更高，但在高降雨區(qū)域易造成雨衰中斷現(xiàn)象，所以成本相對(duì)較高；因此在雨衰及相關(guān)對(duì)策方面，應(yīng)該分清它對(duì)Ku波段衛(wèi)星的通信的影響原因，比如，鏈路噪比等，主要的原因在于雨滴對(duì)于電波的吸收、散射作用，所以，大小、半徑、波長(zhǎng)之間的比值會(huì)提供更可靠的參數(shù)；這方面可以在上行鏈路中增加上行功率控制器，從而應(yīng)用開環(huán)算法，通過信標(biāo)接收機(jī)輸入直流信號(hào)變化對(duì)天氣現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而達(dá)到對(duì)中頻衰減器通路方面的有效控制［4］。

（4）當(dāng)準(zhǔn)備好系統(tǒng)規(guī)劃的各項(xiàng)條件后，即需要提供一個(gè)備用頻段，在本次討論中，頻段主用Ku波段，而備用則以C波段為主，并且選擇行波管高功率放大器，以及可以滿足組網(wǎng)衛(wèi)星覆蓋性能的通信衛(wèi)星，然后利用工程鏈路計(jì)算達(dá)到對(duì)互相干擾的可能性的減低。以美國(guó)洛克希德公司的A2100A衛(wèi)星平臺(tái)為準(zhǔn)，采用三軸穩(wěn)定方式，從而根據(jù)相關(guān)的衛(wèi)星總功率、干重、壽命等相關(guān)參數(shù)、電氣性能、轉(zhuǎn)發(fā)器參數(shù)等，然后對(duì)參數(shù)基準(zhǔn)、載波特性、便攜地面站特性、天線指向損耗等，最終得出相關(guān)的預(yù)算值，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)范圍評(píng)估，從而得到最后需要選擇的合適的值，達(dá)到對(duì)傳輸質(zhì)量的控制［7］。另一方面，應(yīng)該做好設(shè)備選型工作、關(guān)鍵技術(shù)與性能分析工作，比如對(duì)于低噪聲模塊的分析、對(duì)編解碼器的分析，對(duì)頻譜分析儀的應(yīng)用等，重點(diǎn)在于對(duì)上面所說的系統(tǒng)信號(hào)流程的把握，從而認(rèn)真做好傳輸系統(tǒng)的測(cè)量，并對(duì)性能測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行分析，最后進(jìn)行可靠的應(yīng)用實(shí)踐［8］。

4 數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸與質(zhì)量分析

通過上文對(duì)數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸與質(zhì)量分析方面的相關(guān)問題的說明，可以了解到衛(wèi)星電視廣播傳輸?shù)娜蠓绞?，如分配式衛(wèi)星電視、視頻壓縮電視直播與模擬電視信號(hào)傳輸。從質(zhì)量分析方面看，熱噪聲、脈沖噪聲等對(duì)其傳輸質(zhì)量影響較大，所以，需要對(duì)噪聲反應(yīng)的靈敏性進(jìn)行一些控制，從而提高傳輸質(zhì)量；通常情況下若出現(xiàn)了一些干擾或者噪聲影響等，或中斷以及顯示馬賽克，尤其是在下雨天、下雪、夏季樹葉遮擋等情況下，質(zhì)量問題易于發(fā)生，所以，針對(duì)以上這些問題，一方面可以通過技術(shù)手段進(jìn)行解決，另一方面則需要用戶通過一系列預(yù)防措施與保護(hù)措施加以解決［9］。比如在視頻層的檢測(cè)，可以通過數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)方法中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)定；再如對(duì)于信道層的問題，則應(yīng)該通射頻結(jié)構(gòu)的調(diào)整來解決，重點(diǎn)在于對(duì)BER的取值；若是碼流層的問題，則應(yīng)該處用碼流分析儀進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測(cè)，如對(duì)3個(gè)優(yōu)先級(jí)的區(qū)分與辨析，以及與活動(dòng)圖像專家組或數(shù)字影像廣播的符合度等，這方面包括視頻、音頻等各方面的監(jiān)測(cè)，因而要求細(xì)致分析，仔細(xì)辨認(rèn)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高監(jiān)測(cè)水平與管理水平，確保數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量有效、快速，為人民群眾送去真正的“文化盛宴”［10］。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，在新的時(shí)代就要堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)、因時(shí)制宜；通過上文可以更好的了解到衛(wèi)星傳輸工程應(yīng)用以及解決諸多問題的方案，而且也對(duì)數(shù)字衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸質(zhì)量的保障途徑有了一個(gè)更好的理解；從目前的發(fā)展趨勢(shì)來看，數(shù)字傳輸方式將會(huì)越來越完善，而且會(huì)隨著衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)應(yīng)用水平的提升而獲得持續(xù)性的提升；另一方面，C波段的應(yīng)用擁擠特征日益明顯，因此，為了更好的發(fā)展，就應(yīng)該對(duì)KU波段和C波段的疏導(dǎo)加以研究；另外，需要通過對(duì)Ka波段的研究與應(yīng)用來提高對(duì)空閑波段的廣泛利用，從現(xiàn)今的發(fā)展情況來看，歐洲、美國(guó)一些發(fā)達(dá)國(guó)家都通過它來達(dá)到提高高清電視的效果與寬帶多媒體雙向業(yè)務(wù)的有效拓展，可以說它應(yīng)該作為首選頻段而受到更多的重視。

［1］紀(jì)龍蟄，單慶曉，任立坤等.基于C++ Builder的導(dǎo)航衛(wèi)星接收機(jī)顯示控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2013（3）.

［2］柴進(jìn)柱.基于改進(jìn)AIS系統(tǒng)的衛(wèi)星接收機(jī)船舶檢測(cè)率［J］.大連海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（3）.

［3］劉欣.衛(wèi)星接收機(jī)同步廣播技術(shù)的研究與討論［J］.黑龍江科技信息，2015（32）.

［4］李海鷗.數(shù)字壓縮衛(wèi)星接收機(jī)（IRD）及其測(cè)量方法探討［J］.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2015（2）.

［5］詹勝旋.廣播發(fā)射臺(tái)數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)工作原理和常見故障的分析與處理［J］.科教導(dǎo)刊，2015（17）.

［6］李達(dá)，賀寧蓉，王永芳等.GPS衛(wèi)星接收機(jī)的自適應(yīng)抗干擾處理器設(shè)計(jì)［J］.遙測(cè)遙控，2013（3）.

［7］張培君.一款具有自動(dòng)盲掃功能的免費(fèi)衛(wèi)星接收機(jī)——皇視HSR-2080數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)［J］.衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2014（1）.

［8］曾祥志，廖昱博.天誠(chéng)TCD-759型數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)音頻輸出的改造［J］.贛南師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（6）.

［9］劉風(fēng)玲，張?jiān)?，孟婉婷?UK-DMC衛(wèi)星接收機(jī)GNSS反射信號(hào)的應(yīng)用分析［J］.遙感信息，2015（1）.

［10］李超.基于DSP+FPGA的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)的研究與設(shè)計(jì)［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（16）.

常向利（1973—），男，陜西米脂人，本科，畢業(yè)于成都電子科技大學(xué)，工程師，研究方向：衛(wèi)星接收及傳輸。