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通信论文卫星广播电视信号接收原理

作者: shicong2017-08-26阅读:文章来源:中文核心期刊咨询网

  当确认是卫星接收系统发生故障时,要及时处理。本篇通信论文建议卫星接收系统的日常维护应注意经常检查电缆与高频头及卫星接收机连接是否良好,馈源高频头固定螺钉是否松动等,及时更换生锈的电缆头及螺钉。雨雪过后,及时清除馈源和反射面上的积水、冰雪。《江苏通信》(双月刊)创刊于1985年,由江苏省通信学会主办。本刊“立足江苏通信行业,面向世界通信发展,报道最新科技成果,开展学术技术培训交流”。荣获1989、1993、1996、1998、2002年连续五届被评为通信行业优秀科技期刊、1999年江苏省优秀期刊。

江苏通信

  摘要:本文介绍了卫星广播电视接收系统的组成、卫星电视综合解码器的功能原理、卫星天线技术参数与卫星天线指向调整之间的关系,并介绍了卫星广播电视信号的接收方法,指出了卫星接收系统容易出现的问题及日常维护。

  关键词:卫星地面接收系统;卫星综合解码器;半功率角;接收方法

  广播电视信号的传输手段主要有微波、卫星及光缆等方式,随着高清卫星电视节目的播出和中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的实施,发射转播台越来越多地将卫星广播电视信号作为节目信号源,传统的有线电视前端信号源大量采用卫星电视信号,甚至有的转播台主、备用信号都采用卫星电视信号。近年来,广大边远地区居民普遍收视我国直播卫星电视节目。鉴于卫星广播电视接收系统在广播电视传输和覆盖中的大量使用,下面对接收卫星广播电视信号的原理及方法进行分析探讨。

  1卫星地面电视接收系统

  卫星广播电视接收系统包括卫星接收天线(含馈源)、高频头、卫星数字电视综合解码器(以下称卫星接收机)和中频传输电缆及功率分配器等。卫星接收天线、高频头一般放在室外,接收机放在室内。抛物面天线利用电波反射原理,将电波进行聚焦之后辐射到位于焦点的馈源口上,经高频头对信号进行射频、下变频及中频放大后,通过电缆将信号传送至卫星接收机。为解决从同一卫星接收多套广播电视节目的问题,在卫星地面接收系统中设置了功分器,使高频头输出的第一中频信号经过功放平均分成几路,分别输入不同的卫星接收机。卫星接收机将输出的模拟音、视频信号或数字码流送至电视转播台发射机或有线电视台的信号调制器,或送入电视机供个体接收。

  2卫星广播电视接收原理及卫星接收机的功能简介

  卫星广播电视传输有不同的标准,不同标准之间的差别主要在于数字信号的传输方式上,即信道编码有所不同。我国直播卫星采用有自主知识产权的AVS-S标准,其他上星电视节目采用DVB-S标准。信源编码标准有MPEG-2、AVS+等压缩方式。中央台电影、体育、文艺等频道还采用了加密方式,必须经过授权后才能接收。采用的传输标准不同时,所使用的卫星接收机的标准类型也不相同。接收我国省区卫视节目时,接收原理如下所述。我国各省的卫视上星系统采用DVB-S标准,数字压缩方式采用MPEG-2标准。系统的原理是:节目源模拟信号经模/数转换后将数字视、音频信号以及其他相应的数据分别送入编码器,编码器将视、音频信号及数据信号压缩到需要的码率,按标准规定将压缩后的数据信号进行复接,形成传输数据流(如果传输的是多套电视节目,传输数据流还需要经过节目复用),然后进行提高系统传输可靠性的信道编码处理及QPSK(四相相移键控)调制处理。

  信道编码采用RS编码与卷积编码双重编码方式,RS编码提供第一级误码保护,卷积交织完成信号数码序列的交织作用,可将错误分散开,提高抗连续突发误码的能力。卷积编码克服随机噪声的影响,提供第二级误码保护。卷积编码可以采用不同的比率(FECRate),在DVB-S标准中,规定了5种比率(1/2、2/3、3/4、5/6和7/8),通过选择合适的编码率可以达到最合适的误码保护水平。调制采用了抗干扰能力较强的QPSK调制,调制信号经过上变频、高功放等设备处理后由天线将信号发射到卫星转发器。在接收端,其过程与发射端相反,首先由天线对信号进行接收,通过高频头对信号进行低噪声放大以及下变频、中频放大等处理,送入卫星接收机,之后经过调谐、解调、信道解码处理,维特比解码可对有误码的数据流进行纠错,RS解码主要对突发性片状误码进行纠错。因为在发端进行了数码交织,在收端相应地进行去交织处理,恢复出原本的数码顺序。

  最后得到复用的数据流,接着根据规定把多套节目的数据码流分解开,分别通过视、音频解码器解出相应的视、音频信号,实现接收端功能的设备即卫星接收机。图1是卫星接收机信号处理流程图。卫星接收机的功能包括:对接收卫星频道调谐、QPSK解调、信道解码(卷积解码、去交织、RS解码和去能量扩散)、对不同节目和成分的解复用、解压缩和PAL编码,最后形成全电视信号等功能。

  3卫星天线的主要技术参数

  卫星接收天线的主要技术参数有:增益、等效噪声温度、方向图、半功率角等。天线的增益与天线半径的平方成正比,与工作波长的平方成反比,与天线口面效率成正比,即天线的增益随天线口径的增大而增大,随工作波长的增大而减小。天线的噪声温度影响整个接收系统的性能,使系统的载噪比下降。天线的噪声来自反射面和馈源本身的损耗(内部噪声)及天线所处的环境中存在的噪声(外部噪声)。天线的方向图反映了天线集中汇聚能量的情况。方向图由许多个瓣组成,有主瓣、副瓣及后瓣,如图2所示。主瓣方向有最大的增益。天线的半功率角为主瓣中心两侧增益下降3dB的点之间的夹角。若半功率角用HP表示(单位为度),工作波长用λ表示(单位为米),天线口面直径用D表示(单位为米),则HP≈70λ/D。卫星天线接收能力范围主要集中在半功率角内,调试卫星天线指向就是使其半功率角对准卫星。

  从半功率角的公式可知,半功率角与工作波长及天线口径的关系如下。半功率角随信号波长减小和天线口面直径的增大而减小。工作波长越小,即工作频率越高,半功率角越小;工作波长越长,工作频率越低,半功率角也越大。所以,相同口径的C频段天线比KU频段天线的半功率角要大。另外,口径越小,半功率角越大,天线越容易对准卫星;而天线口径越大,则半功率角越小,主瓣越尖,对准卫星相对较难,并且对卫星漂移越敏感,故口径大的天线配套安装自动跟踪系统,使天线主瓣始终对准卫星。

  4调试卫星接收天线的有关知识

  要有效地接收到卫星电视信号,首先要做好抛物面天线的对焦工作,对焦就是根据计算结果将馈源口调整至抛物面天线的焦点位置。焦距f与天线反射面的厚度W及口面直径D有关,计算公式为:f=D2/16W。从公式可看出,焦距与直径平方成正比,与抛物面厚度成反比。仰角是指抛物面天线轴线与地平面之间的夹角。收视同一颗卫星时,接收位置纬度越大,仰角越小;纬度越小,仰角越大。方位角是指卫星天线在水平面做旋转的角度,调整天线方位角可使抛物面天线在水平面左右方向运动。由于广播电视同步卫星分布于赤道上空,在北半球时,卫星天线的大方向都向南。根据接收地与欲收卫星之间经度的关系,卫星天线的方向南偏西或南偏东调整一个角度,若接收地经度小于欲收卫星的经度,则方位角应南偏东转过某个角度,反之,则向西转过一个角度。一般以正北方向为参考,顺时针方向转到接收位置时的角度即为方位角。

  极化角是指,高频头相对于标准位置所旋转的角度。卫星转发器发射的下行信号的极化方式有水平极化、垂直极化、圆极化等,调整天线极化方式就是使接收天线的极化方式与之相一致。需认真阅读高频头说明书,根据产品的不同,正确地调整极化。信号在接收过程中的强弱受到天气因素的直接影响。在雨雪天气时,雨水对电磁波信号具有吸收与散射的作用,叫雨衰。特别是KU波段信号在传输过程中存在较大的损耗,从而对接收信号产生直接影响,因此在雨雪天气情况下,不适宜对卫星信号进行调试。

  5卫星广播电视信号的接收方法

  KU频段卫星电视信号的接收与C频段相比,方法相似,但有其特点。KU频段转发器发射功率大,有效辐射功率EIRP大,信号强。KU频段工作频率高,根据天线增益公式可知,在口径相同的情况下,接收天线增益也高,但工作频率越高,接收天线的半功率角越小,波束较尖。KU频段信号的接收不易受地面微波信号的干扰,但KU频段比C频段信号有更大的雨衰。所以,接收KU频段信号,要按照当地的降雨及气象情况留有充足的雨衰储备。在进行天线指向调试时,调整速度要更慢一些。接收某一卫星广播电视节目时,先查出节目所在卫星转发器在该地区的EIRP值,根据该有效辐射功率EIRP值,确定接收天线的口径大小,据此订购抛物面天线、高频头,并购置相应质量的数字卫星接收机。现场安装前,根据接收地所在的经纬度及卫星的经度对天线的方位角、仰角及极化角进行计算。

  根据设备说明书要求,安装好天线、馈源及高频头,并确定馈源处于天线的焦点位置上。按照计算值调试好天线极化方向,使之与欲收卫星信号极化方向相一致。根据计算出的仰角及方位角调整天线的指向,可使用量角器对仰角进行调整,将量角器的直线边紧贴与天线口面平行的平面(保持量角器的平面垂直于地平面),末端挂重物的细线穿过量角器的中心小孔自然下垂,量角器直线边与细线的夹角即为仰角。缓慢调整控制天线俯仰的螺杆,使仰角等于本地仰角的计算值。再缓慢调整控制天线方位角的螺杆,使方位角等于本地方位角的计算值。将高频头与卫星接收机通过传输电缆连接起来,卫星接收机输出连接至监视器,即可组建一个临时系统,便于调试。接通卫星接收机电源,利用接收机菜单,正确设置欲收节目的下行频率、符号率、FEC、极化方式等技术参数。进入寻星子菜单,利用信号强度、信号质量显示条指示调整天线指向。

  如果没有信号强度指示,先在±5°小范围内旋转天线方位角,如果还没有信号强度指示,就要调整仰角。同样,可在±5°小范围内间隔调整仰角,在每次调仰角后,重复上面步骤调整方位角,直至出现信号强度指示,再进行微调,使得接收信号最强、接收的效果最好。最后紧固控制俯仰、方位的螺杆,同时做好极化角、方位角、仰角标记。拆除临时系统,连接好室内卫星接收机、功分器与室外天线、高频头,分别搜出所需节目,接收机输出的视、音频信号送入相应的电视广播发射机或有线电视调制器,或送入电视机供直接接收。另外,可利用频谱分析仪接收卫星信标信号的方法调试卫星接收系统,将高频头的输出信号接入频谱仪,在第一中频频段找到该卫星信标信号的频点,使天线极化方式与该星信标信号极化相一致,按照上面介绍的方法调整天线仰角、方位角,在频谱仪接收到信标信号电平最大时,即说明天线对准卫星。

  6结语

  由于卫星天线、高频头、传输电缆置于室外,受大风、雨雪等恶劣天气影响,卫星电视节目接收效果可能变差,可能是电缆接头松动、电缆破裂、冬季下雪天反射面覆盖积雪、天线方向发生变化等原因所致。高频头在室外,受环境影响大,应用防护罩进行保护;卫星接收机死机时,需关断电源重新开机加电恢复工作。要正确判断发生日凌、雨衰等现象时,与系统发生故障时的区别。定期对天线传动系统进行护养,例如涂润滑油等,确保在需要时能有效进行调节。在高山转播台安装天线时应选择能避风的位置,确保接收信号的稳定及天线使用的安全。还应保持卫星接收机通风孔通畅,防止因通风孔堵塞导致机体发热,从而引起死机。

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