卫星电视信号传输、接收与调试

第２７卷第６期　２００７年ｌ２月　黄冈师范学院学报　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．６　Ｄｅｃ．２００７　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｕａｎｇｇａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　卫星电视信号传输、接收与调试　李飞敏　。　，　（黄冈师范学院教育科学与技术系，湖北黄州４３８０００）　摘　要　介绍了卫星电视信号的上行发射、星载转发和下行接收，并讨论了卫星电视信号下行　接收天线焦距、极化方式、方位角和仰角的计算公式与调试方法。　关键词　基带；转发器；频率；卫星接收机　中图分类号ＴＮ９３８　文献标识码Ａ　文章编号　１００３—８０７８（２００７）０６—００５８—０５　Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ，ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｏｆ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ＴＶ　ｓｉｇｎａｌ　ＬＩ　Ｆｅｉ—ｍｉｎ　（Ｄｅｐｔ．ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｎｇｇａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｕａｎｇｚｈｏｕ　４３８０００，Ｈｕｂｅｉ．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｌａｕｎｃｈｉｎｇ，ｒｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ｏｆ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ＴＶ　ｓｉｇｎａｌ，　ａｎｄ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｆｏｃａｌ　ｄｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ａｎｔｅｎｎａ，ｐｏｌａｒｉｚｅｄ　ｗａｙ，ａｎｇｌｅ　ｆｏｒｍｕｌａｓ　ｏｆ　ａｚｉｍｕｔｈ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｌｅｖａ—　ｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｋｅｙｓ　ｗｏｒｄｓ　ｂａｓｅｂａｎｄ；ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　卫星电视信号是通过广播卫星进行接收和传输的电视信号。广播卫星是接收和传输电视信号的载　体。它是一种同步卫星，位于地球赤道上空３５７８６　ｋｍ唯一的圆形轨道上，运行周期刚好与地球自转一　周的时间相等。这样对于身在地面上的人们来说，视觉宛如静止在一点上一样。所以，地面上的发射与　接收天线的方向可以相对固定，自始至终对准广播卫星。广播卫星电视信号的传输过程是：地面发射天　线向广播卫星发射电视信号，广播卫星接收、处理并向地面转发电视信号，地面接收天线接收广播卫星　转发的电视信号。因此，本文按照卫星电视信号传输的顺序，即从卫星电视信号的上行发射、星载转发、　下行接收以及下行接收室外部分的调试这四个方面展开讨论。　卫星电视信号的上行发射　卫星电视信号的上行发射是靠上行发射系统来完成的　上行发射系统的主要任务，是把制作好的电　视节目传送给广播卫星中的星载转发器，同时也接收卫星发回的电视节目，以监视和检验节目质量。上　行发射系统的主要设备是上行发射台，上行发射台可以是一座或多座，其中主发射台是卫星广播系统的　发射中心，它除了负责向星载转发器发送中央电视台的节目以及全国范围的节目外，同时它还具有遥　测、遥控和跟踪功能，可以直接监控卫星的姿态、轨道位置和各种工作状态。必要的时候，遥测、遥控和跟　踪设备可以给卫星一定的指令进行遥控，如命令星上设备接通或断开电源、切换备份系统、使喷气管喷　气来改变卫星姿态、调整天线方位等。分发射台与主发射台相比，除了不具备遥测、遥控和跟踪功能外，　基宣量圭垄　鱼塑旦　主发射台有故障或某些特殊情况下．它可以像主发射台一样向广播卫星传送广　收稿日期：２（｝０７～０８一】２．　作者简介：李飞敏、男，湖北鄂Ｊ　Ｉ＇ｉ人、讲师，主要从事教育技术学的教学与研究．　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　李飞敏．等：卫星电视信号传输，接收与调试　播电视节目，这时它相当于是主发射台的备份台。处在不同地区的分发射台，则主要负责向星载转发器　发送本地区的广播电视节目。这样就有利用卫星广播系统既可以传送全国性的广播电视节目，又可传送　地区性的广播电视节目。上行发射台内的电视信号发射机（又叫上行发射机）的原理方框图如图ｌ所示。　从框图ｌ可以看到，图像信号先经截止频率为６　ＭＨｚ的低通滤波器（Ｉ　ＰＦ）滤去６　ＭＨｚ以上的视频分　量，再混入受伴音调频的６．６　ＭＨｚ副载波，经预加重网络及视频放大后混人２５　Ｈｚ三角波能量扩散信　号，共同对７０　ＭＨｚ进行调频。接着经第一上变频，放大后再经第二上变频，最后送至速调管放大器输出　需要的功率，再由大口径定向天线向卫星发射。　————．．１　Ｌ　ＰＦ　—．４预加重　本　调制器Ｉ　Ｉ　：：二　振　Ｉ　副载波　调制　能量扩　散信号　太　振　ＩＩ　音频输入Ｉ音放　预加重　至下行解调　图１卫星电视信号上行发射机原理方框图　２卫星电视信号的星载转发　卫星电视信号的星载转发是通过卫星上的星载转发器来实现的，星载转发器是卫星的有效载荷，它　接收、放大和发射输入信号，使上行发射台的广播电视信号，通过卫星远距离中继后定向送到地面时具　有足够的强度。为了避免转发器的发射信号干扰自身接收信道，其接收频率与发射频率必须错开。如Ｃ　波段的上行频率为５．９２５　ＧＨｚ～６．４２５　ＧＨｚ中的某一频道，而下行频率为３．７　ＧＨｚ　４．２　ＧＨｚ中的某　一频道；Ｋｕ波段的上行频率为１４　ＧＨｚ　１４．５　ＧＨｚ中的某一频道，而下行频率为１１．７　ＧＨｚ　１２．２　ＧＨｚ　中的某一频道。星载转发器的种类有多种，主要的有如下两种：其一是非再生式转发器；其二是再生式转　发器。对于非再生式转发器，它将接收到的信号经过变频和放大后转发出去，不进行解调和重调，所以这　种转发器也叫做频率变换转发器。而再生式转发器，它除了对接收信号进行变频和放大外，还要对信号　进行解调和重调。　３卫星电视信号的下行接收　卫星电视信号的接收，则是通过一系列卫星电视接收设备和器件去完成接收和处理卫星电视信号，　并将卫星电视信号高质量地传输到用户。卫星电视信号的接收可分为两个部分：即室外部分与室内部分　（如图２所示）。从图２可以看到，室外部分主要是指卫星接收天线、馈源、极化器和高频头等；室内部分　则主要是指功分器和卫星接收机等。卫星电视接收天线将来自卫星电视广播的各路信号送到低噪声下　变频放大器（ＬＮＢ），进行宽带低噪声高增益放大，并进行频率变换。由低噪声下变频放大器输出的信号　经功率分配器送到第二中放和第二下变频器，进行频道选择和频率变换。由第二下变频器输出的信号经　带通滤波器（ＢＰＦ）后，送到解调器．解出基带信号，输入到基带信号处理单元。图像信号经低通滤波器　（Ｉ　ＰＦ）、去加重、去扩散处理，得到视频信号。已调频的声音副载波信号经带通滤波、频率解调等处理后　而得到音频信号。　维普资讯 http://www.cqvip.com 黄同　师范学院掌报　第２７卷　…一－一…一……ｒ一…一一…一…一…～～……一一一一…一一一一＿＿一一　一…　－一一…－～　图２卫星电视信号的Ｆ行接收原理方框图　３．１卫星电视接收的室外部分　卫星电视接收的室外部分主要包括卫星接收天线、馈源、极化变换器和高频头。　卫星广播电视系统的天线，是实现以自由空间为传播媒介的接收电磁波能量的设备。它是将来自一　定方向的电磁波还原成高频电流，经过电缆馈线送入接收机的输入电路。由此可见，卫星接收天线的作　用是有效地在高频电流与电磁波之间进行能量变换。　馈源是高增益聚焦天线的初级辐射器　它的作用是把抛物面天线聚焦在焦点上的电磁波能量以最　低的损耗传输到低噪声放大器。馈源的种类很多，常用的就有以下三种：即振子馈源、波导双裂缝馈源和　喇叭馈源。对馈源的基本要求有两点。一是具有合适的辐度分布：为使天线获得高效率，馈源方向图在　照射角内应均匀分布；在照射角外为零或尽可能小，且具有旋转对称特性。二是具有合适的相位分布：强　方向性天线的主要特点是同相激励。为了使天线获得同相激励，就要求馈源辐射球面波，也就是说馈源　要有明确的相位中心。　极化器主要由矩形波导和探针（或金属耦合环）组成，起极化变换的作用。当极化器的矩形波导窄边　平行于地平面时，电场矢量平行于地平面的水平极化波进入波导，形成水平极化。把水平极化时的矩形　波导旋转９Ｏ。时，即接收垂直极化波，形成垂直极化。但由于卫星转发器发射下来的电磁波的极化方式，　受地面接收站的地理位置、空中卫星姿态和地磁等因索的影响，有时会稍微偏离原极化方向。因此在安　装和调整时要注意这一点，以求达到极化最佳匹配的目的。　高频头又称为低噪声下变频器，常用ＬＮＢ表示．它能同时对卫星电视在某个频段内的所有频道信　号进行低噪声放大和下变频。低噪声放大要用波导作输入传输线，这就要有波导与微带过渡段，选择波　导中探针的长度和直径，可保证波导与微带线之间达到最佳的匹配。下变频是在混频电路中完成的，它　由高频头输入频率与高频头本振频率（如Ｃ频段为ｆ】１　５０　ＭＨｚ）混频后输出一中频信号频率（如Ｃ频段　的频率范围为９５０　ＭＨｚ～２０５０　ＭＨｚ），并通过阻抗为７５　ｎ的同轴电缆传送到卫星接收机的输入端，供　卫星接收机接收　３．２卫星电视接收的室内部分　卫星电视接收的室内部分主要包括功分器和卫星接收机。　功分器是功率分配器的简称．它是将信号功率分成相等或不相等的儿路信号功率输出的一种多端　口的微波网络。在卫星电视接收系统中，多频道同时接收就要使用功分器。从理论上讲，可以做成任意　路数的功分器，但在实际平面微波电路中．一般只做成２、３、４、８功分器等。　卫星接收机是工作于微波波段的宽带调频接收设备。主要功能是把卫星电视信号还原成基带电视　信号，卫星接收机的种类，一般可分为模拟卫星接收机和数字卫星接收机．　这里主要介绍数字卫星接收　机．。数字卫星接收机．又你综合接收解码器（ＩＲＤ）。从天线接收下来的卫星电视信号．经过ＬＮＢ放大和　下变频．形成９５０　Ｍｔ一｛　～２０５０　ＭＨｚ的第一中频信　送到ＩＲＥ）的输入端。ＩＲＩ）的高频凋谐器根据所需接　维普资讯 http://www.cqvip.com 第６期　李飞敏，等：卫星电视信号传输、接收与调试　收的频道进行调谐，输出第二中频（４７９．５　ＭＨｚ）到正交检相器解调出Ｉ／Ｑ两路模拟信号　随后的电路完　成Ａ／Ｄ变换，正交相移键控（ＱＰＳＫ）解凋，ＶＩＴＥＲＢＩ解码，前向纠错（Ｒ—ｓ）．输出符合ＭＰＥＧ一２标准　的传输流ｒＴＳ）。在解码模块中，先对ＴＳ流进行解复用，根据所要收视的节目的标识号（ＰＩＤ）提取相应　的视频、音频和数据包，恢复出符合ＭＰＥＧ～２标准的打包的节目基本流（ＰＥＳ）。然后由ＭＰＥＧ一２解　码器解　缩，最后送到视／音频解码器按一定电视制式生成模拟电视信号，供电视机接收。ＩＲＤ的其它　功能模块还包括条件接收模块和ＩＣ卡接口、视／音频输出接口、数据流接口、遥控器和电源等部分。因　ＩＲＤ使用很普遍，所以这里有必要再讨论三个与ＩＲＤ相关的技术问题　其一：ＭＣＰＣ和ＳＣＰＣ接收。在　卫星电视上行端，可以把几路电视节目的数据码流复接成一路，再调制到一个载频上进行发送．这称为　“多路节目单载频方式”（ＭＣＰＣ）。也可以每一个载频上仅调制一路节目的码流后发送．这称为“单路节　目单载频方式”（ＳＣＰＣ）。很显然，ＭＣＰＣ方式对转发器的频率带宽的利用率较高，而ＳＣＰＣ方式可使不　同地点上行的几套节目共用一个转发器。为了兼容接收ＭＣＰＣ／ＳＣＰＣ信号，ＩＲＤ的接收通道带宽必须　在一个相当宽的范围内连续可变，以适配各种可能的符号率，滤除邻频干扰。高频调谐器的带宽由声表　面波滤波器所确定，是固定的。因此，采用数据域滤波器，通过设定取样速率和滤波器参数，来实现宽带　调整。其二：低相位噪声和低门限。模拟卫星接收机接收电视信号时，当载噪比变差，画面会出现雪花点　干扰。而数字卫星接收机接收电视信号时，当数字信号弱时，画面会出现“马赛克”或“静帧”，低于门限值　时表现为无信号。无论是来自外部，还是源自内部的噪声都会造成误码。ＩＲＤ的ＶＩＴＥＲＢＩ和Ｒ—Ｓ前　向纠错部分可对较高的误码率（ＢＥＲ）的输入码流进行纠错。但当ＢＥＲ大到一定量级时．超出了所能纠　错的范围，此时就无法正常收视。因此，选择优质天线，低相位噪声的ＬＮＢ，低门限、低相位噪声的高频　调谐器和低相位噪声的ＶＣＸＯ就非常重要。其三：条件接收。条件接收（ＣＡ）的主要用途是决定哪些　ＩＲＤ能够把特定的业务或特定的节目传送给用户。ＣＡ系统由加扰和加密二部分组成。加扰是将图像、　声音和数据码流在控制字（ＣＷ）的控制下按某种方式打乱，使其不能正常收视；而加密则是保护密钥的　处理过程。在ＩＲＤ端，先用智能卡解密出解扰控制字（ＣＷ），再用ＣＷ控制解扰器对加扰信号解扰，从而　获得不可觉察损伤的图像和声音。　４卫星电视信号下行接收的调试　卫星电视信号下行接收的凋试，主要是指卫星电视室外部分的调试与室内部分调试。卫星电视室内　部分的调试实际上是指卫星接收机的调试，对于卫星接收机的调试，只要按照广播电视部门提供的技术　参数进行设置就可以了，相对室外调试很简单，这里不赘述。而卫星电视接收室外部分的调试相对要复　杂很多，因此这里要着重谈一谈。室外部分的调试，主要是指卫星接收天线、极化方式和焦距的调试。在　进行室外部分调试之前，要将卫星接收天线、馈源、高频头、卫星接收机与电视机连接好，并准备一些调　试时用的简易测量工具：如指南针、量角器和直尺（或卷尺）等。一般可以按以下三个步骤进行调试：即卫　星接收天线焦距的调试、极化方式的凋试、仰角和方位角的调试　４．１　卫星接收天线焦距的调试　卫星接收天线的焦距是指抛物面天线中心顶点与平行电磁波信号反射汇聚的焦点之间的距离。对　于前馈式卫星接收天线，是由紧固在抛物面天线与波纹槽馈源上的三根支撑杆来确定焦距的。如果要想　知道焦距（　）的数值，可通过Ｌ＇Ｉ下公式计算：　Ｆ　，　（１）　其中，　为焦距ｒｍ），Ｒ为抛物面天线的面半径（ｍ），Ⅳ为抛物面天线的深度（ｍ）。　根据公式（１）计算出的焦距数值．用直尺（或卷尺）来测量抛物面的实际距离，并将其调整到与公式　（１）计算结果相一致的位置。　４　２卫星接收天线极化方式的调试　＿ｒＪ星接收天线极化方式的调试。实质上是使接收天线的极化方式同卫星发射信号时采用的极化方　式｛１｛一皱。　我困　鼙地面接收站接收的是线极化波。所以这里仅讨论线极化方式的捌试　线极化方式　维普资讯 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黄冈师范学院学报　第２７卷　又分为水平极化（Ｈ）和垂直极化（Ｖ）。为方便操作和便于记忆。这里以矩形波导口窄边与地平面的关系　来调整极化方式。水平极化（Ｈ）是馈源矩形波导口窄边与地平面平行时的极化；垂直极化（Ｖ）是馈源矩　形波导口窄边与地平面垂直时的极化。但是，实际调整极化方式时，还要考虑极化角（△ａ）的问题，这是　由于受地面卫星接收天线所在地理位置与卫星经度差加大以及地球曲率的影响。卫星接收天线极化角　（△ａ）可由以下公式计算：　Ａａ—ａ一　ｒｃｔａｎｌｌ　型Ｉｌ，　（２）　其中，Ａａ为极化角，ｊ６　为卫星的经度，　为地面卫星接收站的经度，　为地面卫星接收站的纬度。　当计算出的极化角（△口）为正值时，需将原调好的极化方式再逆时针转动Ａａ；当极化角（△口）为负值　时，则需将调好的极化方式顺时针转动Ａａ。　若手头有频谱仪，也可按以下办法来调整极化方式。先将高频头固定在矩形波导口上，并用馈线连　接好卫星接收机，然后用频谱仪寻找到一个卫星信标，一边旋转馈源，一边观察信标幅度的变化，当信标　幅度达到最大值时，极化就调准了。　４．３卫星接收天线仰角与方位角的调试　在地面上用抛物面天线对准同步卫星，并非是一件很容易的事情。要想快捷、准确地对准卫星星体，　必须首先计算出卫星接收天线的仰角与方位角。仰角是指天线抛物面轴线与地平面之间的夹角；方位角　则是天线抛物面轴线与正北极之间的夹角。仰角（ａ）与方位角（　）的计算公式如下：　。一ａｒｃｔ口＝ａｎ　——＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝，　１一（ｃｏｓＡ＠・ｃｏｓ０）　一ａｒｃｔａｎ（３）【３　　（　ｔａｎ　Ａ￣）＋１８ｏ。，　（４）　其中，ａ为仰角，　为方位角，△　为接收点经度与卫星经度之差，　为接收点纬度。　公式（４）计算出的方位角是以正北方向为基准，顺时针为正角，逆时针为负角。　具体调整仰角与方位角时，可按以下步骤进行：首先，用量角器来测量卫星接收天线的仰角。先把量　角器直线边紧贴在与天线口径平行的抛物面天线中心部位的圆盘上，并与地面垂直，再用一根细线穿过　量角器中心小孔（或紧靠中心点），并在细线的末端下挂一重物与地平面垂直，细线与量角器直线边之间　的夹角，即是卫星接收天线的仰角。其次，用指南针来确定基准方位，并在计算出的方位角的附近寻找所　要接收的卫星。可以通过观看接收信号电平来找准方位。最后，连接上卫星接收机及监视器（或电视　机）来观看卫星电视节目画面质量，做到一边微调仰角和方位角，一边监视电视画面效果，直至画面清’　晰、声音悦耳的为止。　５结束语　本文所介绍的卫星电视信号的上行发射、星载转发和下行接收的传输过程，以及卫星电视信号下行　接收天线焦距、极化角、方位角和仰角的计算公式与调试方法，既帮助了广播电视一般工作人员对卫星　电视信号传输的理解，又方便了广播电视工程技术人员对相关参数的计算与找准卫星的调试。　参考文献：　［１］　韩广兴，胡宝琳．黑白电视、卫星电视、有线电视维修技术精选［Ｍ］．北京：电子工业出版社．２０００．　Ｅ２３李育林．浅谈卫星广播电视接收系统的接收天线［Ｊ］．中国有线电视，２００２，（１４）：７Ｏ～７２．　［３］范东平，杜之云．卫星电视接收机原理与制作［Ｍ］．北京：电子工业出版社．１９９１．　责任编辑徐清