廣播電視衛(wèi)星傳輸技術

一、衛(wèi)星通信的優(yōu)勢

　　利用衛(wèi)星傳輸廣播電視節(jié)目是衛(wèi)星應用技術的重大發(fā)展，衛(wèi)星通信同現(xiàn)在常用的電纜通信、微波通信等相比，有較多的優(yōu)點，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　●衛(wèi)星通信的傳播距離遠。同步通信衛(wèi)星可以覆蓋最大跨度達一萬八千公里的區(qū)域。在這個覆蓋區(qū)的任意兩點都可通過衛(wèi)星進行通信，而微波通信一般是50公里左右設一個中繼站，一顆同步通信衛(wèi)星的覆蓋距離相當于300多個微波中繼站。

　　●衛(wèi)星通信路數(shù)多、容量大。一顆現(xiàn)代通信衛(wèi)星，可攜帶幾十個轉發(fā)器，可提供幾十路電視和成千上萬路電話。

　　●衛(wèi)星通信質量好、可靠性高。衛(wèi)星通信的傳輸環(huán)節(jié)少，不受地理條件和氣象的影響，可獲得高質量的通信信號。

　　●衛(wèi)星通信運用靈活、適應性強。它不僅能實現(xiàn)陸上任意兩點間的通信，而且能實現(xiàn)船與船、船與岸上、空中與陸地之間的通信，它可以組成一個多方向、多點的立體通信網。

　　●成本低。在同樣容量、同樣距離的條件下，衛(wèi)星通信和其他通信設備相比，耗費的資金少，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的造價并不隨通信距離的增加而提高，隨著設計和工藝的成熟，成本還在不斷降低。

二、衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)組成

　　衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)主要由四部分組成：上行發(fā)射站、星載轉發(fā)器、測控站、地球接收站。上行發(fā)射站把節(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，經過調制，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；同時也接收由衛(wèi)星下行轉發(fā)的微弱的微波信號，監(jiān)測衛(wèi)星轉播節(jié)目的質量。星載轉發(fā)器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)射到地面服務區(qū)內。因此，星載轉發(fā)器實際上是起一個空間中繼站的作用，它應以最低附加噪聲和失真?zhèn)魉碗娨晱V播信號。地面接收站接收來自衛(wèi)星的信號，經過低噪聲放大，下變頻為中頻信號、中頻信號經過調頻、解調后得到基帶信號，分別送到視頻恢復電路和伴音解調電路，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，重現(xiàn)彩色圖像和重放伴音，也可以重新調制到電視頻道上傳送給用戶。

三、廣播電視衛(wèi)星傳輸技術原理

（一） 上行發(fā)射站

　　首先，經過視頻處理電路處理后的視頻信號與經過伴音處理電路處理的伴音信號相加混合成基帶信號，然后對中頻載波進行調制，將輸入的基帶信號變?yōu)?0MHz的中頻調諧波。中頻信號再經過上變頻，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

　�、兕A加重技術

　　調制信號在接收端解調時，白噪聲電平隨頻率的升高呈線性增長，這種變化規(guī)律稱為調制波的三角噪聲特性，它使圖像信號的高頻成分容易受到噪聲的影響。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行預加重處理。所謂預加重就是在發(fā)送端將圖像信號先送入預加重網絡，由于預加重網絡具有高端增益高、低端增益低的特性，使得圖像信號的高頻成分得到增強。

　�、谀芰繑U散技術

　　在帶有行、場同步信號的視頻信號中，大多數(shù)時間里信號電平都處于黑白電平上；而中間電平的時間較短。用這種視頻信號對載波進行頻率調制，就會造成頻譜能量在兩側過于集中，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，也應對信號頻譜能量加以擴散。為此，人為將一個頻率大約為30Hz的三角波加入基帶信號中，組成復合信號。用此復合信號對載波進行調頻，便可使信號頻譜能量擴散，使其均勻分布。

　　2．伴音信號處理過程

　�、侔橐粜盘柕哪�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行頻率調制，然后與經過預加重和能量擴散處理的圖像信號，按照頻分復用的方式進行相加混合成基帶信號，再對中頻載波進行調頻。伴音信號的模擬傳輸采用FM-FM（兩次調頻）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行模/數(shù)轉換，即將伴音信號經過取樣、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分復用方式合成為一路數(shù)字信號，然后經過信號壓縮、前向糾錯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行相位調制。如此得到的伴音調制信號再與經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行調制。

（二） 星載轉發(fā)器

　　在電視廣播衛(wèi)星上有C、Ku波段轉發(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發(fā)下行信號，實質上是一個安裝在赤道上空的中繼站，其工作原理與地面差轉機類似。它由收、發(fā)天線、轉發(fā)器和電源組成。轉發(fā)器又由高靈敏度的寬帶低噪聲放大器、變頻器、C、Ku波段功率放大器等組成，是決定衛(wèi)星電視廣播質量的關鍵。

　　星載轉發(fā)器在電路結構上一般有兩種方式：一是直接變頻式，它將上行的微波頻率經過一次變頻，變?yōu)橄滦形⒉�頻率。

　　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。二次變頻式電路工作于中頻，對元器件要求不高，容易實現(xiàn)高增益和AGC控制。

（三） 地面接收站

　　衛(wèi)星電視接收站由天饋部分、高頻頭、衛(wèi)星接收機等部分組成。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行低噪聲放大，并將它變換為頻率為950～1450MHz的第一中頻信號。中頻信號經過電纜送到衛(wèi)星接收機進行解調。選臺器從950～1450MHz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），經中頻放大和解調后得到包含視頻和伴音信號在內的復合基帶信號。視頻信號送到視頻恢復電路先經過去加重處理。所謂的去加重處理，實際上是讓視頻信號通過一個頻率響應特性與預加重頻響特性相反的無源二端口網絡，從而抵消預加重網絡對信號產生的頻譜畸變，恢復原本信號。由于在發(fā)射端對信號進行了能量擴散處理，即在視頻信號中加入了30Hz的三角波擴散信號。因此必須在接收端進行能量去擴散處理，去除疊加在視頻信號上的三角波信號，恢復視頻信號的原來特性，得到正常的視頻信號。伴音信號送到伴音解調器經過放大、副載波解調，去加重后得到正常的伴音信號。

四、我國衛(wèi)星廣播電視現(xiàn)狀與發(fā)展方向

　　我國衛(wèi)星廣播電視的現(xiàn)狀是：模擬電視與數(shù)字電視節(jié)目并存；C波段衛(wèi)星電視與Ku波段衛(wèi)星電視并存；數(shù)字加密電視與數(shù)字非加密電視并存。

　　今后應盡快建立廣播衛(wèi)星頻段的大功率直播衛(wèi)星系統(tǒng)（DBS）。Ku波段DBS的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下三個方面：

　　1．采用更大功率容量的Ku波段衛(wèi)星開展直播衛(wèi)星／直播到戶（DBS／DTH）業(yè)務。使廣大用戶使用0.4m甚至更小口徑的接收天線，即可收到數(shù)十套至上百套豐富多彩的廣播電視節(jié)目。

　　2．試播HDTV。將高清晰度電視節(jié)目通過直播衛(wèi)星向全國發(fā)送，在大、中城市和有條件接收的地方，可用小型衛(wèi)星接收天線進行高清晰度電視的集體和個人接收。

　　3．依靠衛(wèi)星網絡進行多功能開發(fā)利用，并與地面有線網絡結合開拓多媒體市場，建立綜合信息服務平臺，開展新聞采集（SNG）和數(shù)據廣播等業(yè)務。逐步向用戶提供視頻點播（VOD）、互聯(lián)網接入、家中銀行、實時信息發(fā)布、遠程診療、遠距離教學、電視會議、電視購物等多種服務。