广播电视卫星数字传输技术

广播电视卫星数字传输技术刘洪才广播电视卫星数字传输技术第一章概论第一节利用卫星传输广播电视节目三颗卫星覆盖全球第二节卫星广播的特点优点1.覆盖面广2.投资省，建设速度快3.传输质量好4.频谱利用率高5.维护方便缺点1.信号传播存在时延问题上行270ms,下行270ms,共540ms2.雨雪衰耗KuC3.日凌与星蚀日凌卫星运行到太阳与地球之间星蚀卫星运行到太阳与地球的外侧\第三节卫星广播电视的发展现状及发展趋势一、国外卫星技术发展状况1.三个阶段2.国外、亚洲、欧洲、美国二、我国卫星技术发展状况卫星发展状况1970年4月24日发射“东方红”一号1984年4月8日发射试验通信卫星1985年8月∼1999年10月全国各省市自治区、中央三台的广播电视节目全部上星。1999年1月1日“村村通”工程启动。2003年6月全国各省市自治区、中央三台的广播电视节目全部采用数字压缩技术上星。2006、2007年我国将发射DBS。2006年11月,鑫锘2号发射成功,但因未能展开太阳帆板和通信天线而报废。2007年5月，中星6B发射成功。2007年6月，鑫锘3号发射成功。2007年8月1日起，中央和地方的广播电影电视节目转星到中星6B(东经110.5度)和鑫锘3号(东经125度)。中星6B和鑫锘3号均为C波段。。2008年6月,直播卫星(DBS)中星9号发射成功、2009年将发射直播卫星(DBS)鑫诺4号。中星9号是法国阿尔卡特公司生产。三、我国卫星广播电视发展方向1.从到。2.CKU3.SCPCMCPC4.从模拟到数字5.转播HDTV6.建立A、B平台7.建立宽带、交互、智能综合业务信息网DTHFSSBSS/DBS第四节卫星与地球的空间关系在图1-3中R=6378KMS'为S的星下点；为覆盖区范围的中心角之半；为覆盖角之半；θ为天线仰角h为S到S'的距离E为地球站计算公式可以证明：)cos(cosRRh卫星与地球的空间关系图1-3卫星与地球的空间关系当=50时，则＝76.30，＝8.70，，覆盖面积的最大跨度（最大弧长）为18101km。卫星到达最远地面站的距离SE=42000km。地球半径R=6378km,其周长L=2πR=2×3.14×6378km≈40000km如第一节所述，在地球周围均等的放置三颗同步卫星，全世界就能被三颗卫星所转发的广播电视电波所覆盖。而我国只占亚洲的一部分，东西方向在东经750~1300之间，长约4000km。南北在地球北纬150~570之间，长约4000km。第五节对广播卫星的技术要求1.精确的位置与姿态2.有效的辐射功率3.长寿命4.高可靠性5.重量轻第六节卫星的发射图１－４飞行速度与飞行轨道的关系卫星发射第七节卫星的组成卫星系统功能方框图示于图1-7接收机发射机双工器遥测指令系统温控系统位置与姿态控制系统入轨与推进系统电源系统到各分系统天线系统通讯天线遥测指令天线卫星转发器双工器LNA下变频器激励放大器分波器多工器TWTA1TWTA2本振11.7~12.5GHz14.5~14.８GHz2.3~2.8GHz卫星姿态控制第八节频段划分C频段频道划分FSS/BSS频段划分业务链路1区2区3区FSS(DTH)BSS(DBS)上行下行上行下行14.5~14.8GHz12.5~12.7514.0~14.5GHz17.3~18.1GHz11.7~12.514.0~14.5GHz11.7~12.217.3~17.8GHz12.2~12.714.5~14.8GHz12.25~12.7514.5~14.8GHz17.3~17.8GHz11.7~12.2频道安排方式第九节几个主要技术性能指标的物理概念1.卫星电视接收站的性能参数2.自由空间传播损耗η)Aλπ4lg(10/4lg2025T2RRGKdBfG2F)λπ4(Ld第九节几个主要技术性能指标的物理概念3.EIRP等效全向辐射功率EIRP是在地球已知点上卫星下行链路信号强度与来自轨道位置辐射1W功率的全向辐射器的信号强度之比（dBW)。它反映卫星的辐射能力，其计算公式为：ttGLPEIRPlg103.EIRP等效全向辐射功率式中，P——卫星TWTA的输出功率；Lt——行波管至卫星天线之间的功率损耗；Gt——卫星天线增益。4.接收系统输入功率PRRfFRGLLEIRPP_第九节几个主要技术性能指标的物理概念5.预加重和去加重5.预加重和去加重第九节几个主要技术性能指标的物理概念6.加权7、能量扩散当无调制信号时，信号功率集中在载频或频谱的某几个点上，使地面业务受到较大的干扰。其方法是人为地在视频信号通路中叠送一个三角波，无论是否有调制信号，载频受到三角波的调制，使能量扩散开来。在接收端采用视频钳位的办法消除这个三角波，即去扩散。第九节几个主要技术性能指标的物理概念8.极化、极化面所谓极化是指电场的矢量方向和幅度随着时间t变化的特性，用电场矢量端点随着时间变化在空间所描绘的轨迹来表示电磁波的极化。与地平面相垂直的直线称为法线，通过法线作出的平面称为法面，包括传播方向的法面称为极化面。8.极化、极化面第九节几个主要技术性能指标的物理概念9.线极化、圆极化和椭圆极化线极化垂直极化水平极化9.线极化、圆极化和椭圆极化圆极化：右旋圆极化、左旋圆极化。椭圆极化：右旋椭圆极化、左旋椭圆极化。第九节几个主要技术性能指标的物理概念10.极化角、极化匹配和极化隔离处于卫星星下点的地面接收站天线的极化与卫星转发器辐射电磁波的极化是匹配的，而星下点以外地区的接收天线因所在地球位置不同，与卫星星下点经纬度存在差值，造成卫星转发器辐射电波的极化与接收天线的极化面之间有一个夹角，称为极化角。就是说，地面接收天线的极化，必须旋转一个极化角，才能与卫星转发器发射电磁波的极化相匹配。10.极化角、极化匹配和极化隔离发射与接收的极化波及其旋向一致，称为极化匹配。如果发射与接收的极化波及其旋向不一致，用极化隔离度表示其不一致的程度。第九节几个主要技术性能指标的物理概念11、仰角和方位角在图1-18中，从E点作圆的切线（水平线），该水平线与天线指向卫星的主波束的轴线SE的夹角θ就是仰角。地球站E与卫星S的星下点S’的连线ES’（即ES连线在地球表面的投影线）称为该站天线指向卫星的方位线。方位线与正南（或正北）方向的夹角ψ（∠S’EF）为方位角（见图1—18）。11、仰角和方位角11、仰角和方位角天线的仰角和方位可从诺模图中直接查出。在图1-19中，横坐标为地球站的相对经度|λ星－λ站|，λ星为卫星轨位经度，λ站为地球站的经度，纵坐标为地球站的纬度ψ。计算举例：在长春市（125.3oE、43.6oN）接收亚洲2号卫星信号。|λ星－λ站|＝|100.5oE－125.3oE|＝24.8o。11、仰角和方位角分别在纵坐标上标出A点和在横坐标上标出C点，从二者的交点B处读出相应的仰角θ(EL)=33o和方位角ψ(AZ)=32o。11、仰角和方位角第九节几个主要技术性能指标的物理概念12．FDMA、TDMA和CDMA(1)频分多址（FDMA）若干个地面站选用不同的下行频率，接收同一颗卫星信号，称为频分多址通信。其优点是按频率划分，接收机选择信道时，采用调谐方式就可以了。12．FDMA、TDMA和CDMA(2)时分多址（TDMA）若干个地面站在不同的时隙内，接收同一颗卫星信号，称为时分多址通信。就是说分配给各地面站不是不同的载频，而是不同的时隙，在时间上互不重叠，而载频可以相同。为了实现各地面站按规定的时隙接收信号，必须要有一个时间基准，保证发射与接收严格同步。12．FDMA、TDMA和CDMA(3)码分多址（CDMA）若干个地面站依靠分配给本站的地址码，接收同一卫星信号，成为码分多址通信。上行站所发射的载波要经过基带信号调制和地址码调制。接收时，只有能解调出欲接收的地址码，才能解调出响应的基带信号。第九节几个主要技术性能指标的物理概念13．模拟信号与数字信号模拟信号波形模拟着信息的变化而变化，其幅值是连续的。数字信号的特点是幅值被限制在有限个数值之内（如采用二进制，只有0和1），其幅值是离散的。14．信源编码与信道编码信源是把原始消息变成原始的电信号。它可以是模拟的，也可以是离散的。模拟信源输出模拟信号，离散信源输出离散符号的序列。第九节几个主要技术性能指标的物理概念14．信源编码与信道编码信源编码的功能是通过取样、量化、编码程序完成A/D变换，把模拟信号变成数字信号，同时去掉信源信息中的冗余（被掩蔽的声音、相同的图像背景），在保持信源信息真实性的前提下，尽量减少原信号的比特率，实现码率压缩。14．信源编码与信道编码信道编码的功能是自动检错和纠错。在信源编码的信息码元中，按一定的规律,附加一些监督码元，形成新的数字信号。接收端可按数字信号的规律性来检查接收信号是否有差错并纠正错码。第九节几个主要技术性能指标的物理概念15.调制与解调在模拟信号中，高频信号的幅度、频率和相位随着音频信号（电压）变化而变化，称为调幅、调频和调相。在数字信号中，分别称为幅度键控、频率键控和相移键控。这个变化过程称为调制，完成调制任务的设备叫调制器。15.调制与解调解调是调制的逆过程，完成解调任务的设备叫解调器。单向通讯，调制器置于发送端，解调器置于接收端。双向通讯，在发送和接收两端均有调制和解调器，称为调制解调器。第九节几个主要技术性能指标的物理概念16.信息传输速率与符号传输速率信息传输速率是指每秒钟传送的信息量，其度量单位为比特（bit），一个比特是一个二进制码元（一个“1”或一个“0”）所含的信息量，故信息传输速率的单位是比特/秒（bit/s）。16.信息传输速率与符号传输速率符号传输速率是指单位时间内所传输的码元数目，其单位为“波特”，码元可以是多进制的也可以是二进制的。16.信息传输速率与符号传输速率信息传输速率与符号传输速率之间可以换算，其换算公式为：式中：M为符号的进制数；R为信息传输速率；N为符号传输速率。MNR2log第九节几个主要技术性能指标的物理概念17.频带宽度与频带利用率频带宽度是通信设备的重要指标，为保证信息传输的质量，必须占有的频谱宽度。频带利用率是用来衡量数字通信系统传输效率的重要指标，其定义为单位频带内的传输速率η，对于二进制传输时：ŋ=信息传输速率/频带宽度（比特/秒/赫）第九节几个主要技术性能指标的物理概念18.误码率（平均误码率）误码率是衡量数字通信系统可靠性的重要指标。在传输过程中发生误码的码元个数n与传输的总码元数N之比称作误码率（），310ePePNnNeP传输总码数发生误码个数lim第二章数字传输理论基础第一节数字通信的基本概念一、模拟信号和数字信号模拟信号的波形模拟着信息的变化而变化，其幅度（包括取样值）是连续的。数字信号的幅值被限制在有限个数值之内，且为离散而不连续。信源编码的功能:实现模数变换、压缩编码、缩小信源码所占用的信道带宽。信道编码的功能：为在接收端对误码进行自动检错和纠错，在信源编码后的信息码元中添加冗余（监督码元）。调制:在模拟信号中,高频信号的幅度、频率、、相位随着音频信号电压的变化而变化，称为调幅、调频、调相。在数字信号中，分别称为幅度键控、频率键孔、相位键控。解调是调制的逆过程。信道是指传输信号的通道。将数字基带信号直接送到信道传输的方式称为基带传输。将经过调制的数字基带信号送到信道传输的方式称为频带传输。第二节数字通信的特点及主要性能指标一、数字通信的特点1、抗干扰能力强，无噪音积累。2、便于加密。3、便于集成化、微型化、网络化。4、对视频信号和音频信号可作同样处理。5、采用纠错码技术。6、占用信道频带宽。二、主要性能指标1、信息传输速率R：比特（bit）2、符号传输速率N：波特（Bd）R=NLog2MM—符号的进制数3、频带利用率ŋ=N/ΔF（Bd/Hz）N－符号传输速率ΔF—频带宽度ŋ=R/ΔF（bit/s/Hz）R－信息传输速率4、误码率Pe=Limn/N第三节脉冲编码调制脉冲编码调制过程1、抽样—每隔一