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数字卫星电视信号的真谛

院士
2003-11-11 22:38:00    评分
数字卫星电视的出现,大大改善了人们收视卫星电视的视觉效果,进而逐步将模拟卫星电视淘汰出局。然而,这种发展也确实使接收者增加了接收的难度,数字卫星电视信号的接收不再像模拟卫星电视信号那么简便、直观、容错度较大,那么这是为什么?其原因在哪里?这是第19期一位读者提出的疑问,恐怕也是不少读者的困惑。本刊连续几期所发表的解惑文章,他们为数字卫星电视信号的难接收,在地面接收的基理、接收的方法与技巧上找到很多原因。这是数字卫星电视信号难接收原因的一个方面。另外还有很重要的一方面就是空中的,也就是卫星上的原因。在星上,向地面转发的数字卫星电视信号的生成,传输的技术条件,造就了比模拟卫星电视信号难接收的基理。   大家知道,通信卫星或广播卫星上有若干个转发器,卫星电视信号就是由这些转发器将地面站发射来的电视信号接收并经过处理后再向地面发射而形成的。转发器在这里起到很重要的信号转换作用,每颗卫星上都有很多转发器。早期发展的卫星如前苏联的卫星转发器都较少,一般都在10个以下,日本第一代BS卫星也只有4个转发器。然而发展到现在,卫星转发器大增,一般都20~40个以上。我国自行研制的东方红3号卫星(现称中星6号)有24个转发器,亚太1A也是24个转发器。最新的卫星都有40个以上转发器,同时还有若干个Ku甚至Ka转发器,而这些转发器分别使用不同指向的天线形成不同的卫星信号波束。早期卫星上转发器不多,星上天线也不多,所以形成的波速很少,基本上是面波束,且是固定指向的。也就是说卫星上所有转发器所发出的信号,基本上是1个或者2个面波束,如亚太1A(134°E)和早期亚洲1号(原105.5°E),因此他们的场强图也就是1个或2个。但是随着科技的发展,现代卫星不仅转发器多了,天线也多了,不再是所有的转发器都使用1面或2面星上天线。它们是根据市场需要由不同的转发器使用不同天线,形成不同的极化、不同的波段、不同的指向的幅射波束,1颗卫星可以多达10余个不同区域波束,场强图也有10余种,如本刊最近连续刊登的泛美10号卫星的场强图,就是这样一种新型卫星。正是因为这些新型卫星上承载着众多不同的数字卫星电视频道,因此,你用一张场强图就难以解决众多不同指向、不同极化的信号接收,自然就困难多了。   我们又知道,每个卫星上转发器所转发信号的强弱取决于每个转发器中发射部分的行波管功率放大器的功率TWTA大小,这个TWTA一般为数十瓦,甚至百余瓦。如亚洲3S卫星C波段的TWTA是55瓦,而Ku波段的TWTA高达140瓦。从而形成亚洲3S卫星的C波段和Ku波段转发器的最大全向等效幅射功率EIRP即俗称为场强的最大值分别为40dBW和54dBW。注意:我们这里所讲的卫星场强值是指1个转发器的EIRP值,也就是通常我们从卫星场强图上所看到的数值。我们同时又知道,每个转发器是有频带宽度的,C波段一般转发的带宽为40MHz,考虑到防止转发器之间串扰,实际使用带宽为36MHz,转发器之间留有4MHz的防卫度。   无论是模拟卫星电视信号还是数字卫星电视信号的基带信号,即所要传送的电视图像与伴音信号还是是一样的,可以是PAL制或NTSC制信号,更可以是SECAM制信号,只是他们的基带信号带宽略有不同而已。在模拟卫星电视信号中,采用的是调频一调频制,即图像调制和伴音调制都是调频的。调制后的卫星电视信号的频带宽度远大于基带信号的带宽,一般C波段为36MHz。这就是我们所说的在模拟卫星电视中,一个转发器由于带宽的原因,只能容纳下一路调频的卫星电视(射频)信号的原因。那么这个转发器的行波管放大功率也就全部给了这一路的模拟卫星电视(射频)信号。以亚洲3S凤凰卫视中文台的模拟信号为例,凤凰中文台的模拟下行信号所具有的向地面发射的功率,就是凤凰卫视中文台所占用的8B转发器(中心频率为3920MHz)所产生的55瓦的功率,从而形成的电波覆盖区内EIRP值最大值便是40dBW。这里我们着重需要再次重申的是,卫星上一个转发器只能传送一路模拟卫星电视信号,一路模拟卫星电视信号占有一个转发器的全部发射功率,从而获得了一个转发器的全部行波管功率所形成的EIRP值。   然而在数字卫星电视信号中,却与模拟卫星信号形成了很大的不同。我们知道,数字信号是在模拟信号的基础上进行抽样、编码、调制而成的,在这个过程中同时完成了频带压缩,正是由于数字信号的这个可以压缩频带的特点,使得一路数字卫星信号的带宽要小于模拟卫星信号。在模拟卫星电视信号必须占用36MHz带宽的情况下,一路数字卫星电视信号只需要占用5-6MHz带宽,甚至更少的带宽就够了。这一特征是数字信号的优势,所以在一个转发器中可以传输多达10-20路的电视信号,如亚3S上的6A转发器(36MHz带宽、中心频率为3860MHz)就有21套节目,我们常接触的数字凤凰卫视所在的10B转发器(36MHz带宽、中心频率为4000MHz)也有12套节目,每套节目所占的带宽自然就清楚了,是远小于模拟信号的,当然传输的电视路数越多,信号质量就越难以保证。   一个转发器转发一路模拟信号和转发多路数字信号,每路信号所获取的转发器功率一样吗?当然不一样,一般由它们所占用的频带宽度来决定。如果一路模拟信号占用36MHz带宽,而一路数字信号也占用36MHz带宽的话,它们所取得转发器功率应该是一样的,它们的EIRP值也便会一样的。但就是因数字卫星电视信号可以压缩节省频率,因为数字卫星电视的带宽要窄,所以数字卫视信号所获取的转发器功率变小,变小的程依据它们所占带宽而定。很显然,由于数字卫星电视信号的功率比模拟卫星信号功率小了,那么EIRP值也小了,也就是数字卫星信号相对弱了,自然接收数字卫星信号要比接收模拟信卫星信号难了。   当我们明白了由于带宽的原因一般数字卫星信号要比模拟卫星信号的EIRP值要小,至于小的程度还要看数字卫星信号是单路单载波(SCPC)信号,还是多路单载波(MCPC)信号。单路单载波(SCPC)就是指在一个载波也就是一个卫星下行频率情况下传输的是一路电视信号。如亚洲2号上除内蒙卫视外的各省市卫视台,亚洲3S上的韩国阿里郎卫视,都是单路单载波信号。多路单载波(MCPC)是指在一个载波或一个卫星下行频率情况下传输的是多路电视信号,如亚洲2号上的内蒙台(2路)中央4、9、Test(3路),亚洲3S上的凤凰卫视中文台、资讯台等(12路),便是多路单载波信号。在单路单载波(SCPC)情况下,一个36MHz的转发器可以容纳5个左右数字卫星信号,每个载波信号一般6MHz带宽,载频间还有1MHz宽的隔离。在这种情况下,一个转发器上的TWTA功率被5个数字卫星信号使用,显然每个数字卫星信号所获得的功率要小于一个转发器只给一路模拟卫星信号的功率,因此真正的一路数字卫星电视信号的EIRP值要比模拟卫星电视信号小,这就是数字卫星信号比模拟卫星电视信号难接收的主要原因之一。   在多路单载波(MCPC)情况下,它的优势就是可以在一路载波(下行频率)下传输数路甚至二十多路电视信号,当然这个载波信号的带宽要比单路单载波宽了,通常此时的多路单载波信号要占一个转发器36MHz的带宽,如亚3S上信号大多如此。在一路载波下要传输如此多路的电视信号,从技术上,对基带信号的要求是很高的,其中有一点是如何防止多达20余路电视信号之间的串扰问题,解决的方法是降低它们的电平,采用功率回退的办法,结果是多路单载波信号既便是占用一个转发器的功率,而实际发射的功率还是变小了。所以EIRP值也要比模拟卫星信号的EIRP值小,因此接收起来难了。这一点从亚洲3S的频谱图上可以充分看到,从频谱上看到模拟信号的凤凰中文台、华娱、东凤等信号的幅度(场强)明显要大于各种数字信号的幅度,见附图(一)、(二)。同时多路单载波信号中,所传输的电视路数越多,每一路电视信号压缩的越历害,其带宽就越窄,其传输质量越难以保证。为了在较窄的带宽情况下传输而不丢失信息,就必须采用高符码率传输,如10B转发器传输的凤凰卫视中文、资讯等12套节目的MCPC信号就采用了高达26.85Mb/s的速率来保证。又如传输21套节目的6A转发器也采用了高达27.5Mb/s的速率,用这么高的速率就是为了弥补频带过窄而易丢失信息的矛盾。而如此之高的速率(符码率)又给地面接收时增加了解码时间和难度。   基于以上原因,我们在接收数字卫星信号时,因为它比模拟信号场强要弱,所以感到难以接收了。再加上本刊前几期所论述的地面上接收技术方面的原因,构成了数字卫星信号比模拟卫星信号难接收的全部原因。   顺便谈一下接收机门限问题,有人讲数字机有门限,模拟机没有门限。这是一个错觉,甚至是错误观点。数字机的门限大家能感觉到,要么有信号,要么没信号。而模拟机门限只是大家没有感觉到。模拟机的门限定义为在保证接收机输出一定信噪比S/N情况下,输入信号的最小载噪比C/N。这个最小C/N就是模拟机的门限,相似于数字机的Eb/N。只是因为模拟机在收模拟信号时,因模拟信号是连续的、多状态的,所以在低于门限值C/N时仍能工作,仍有输出,只是这个输出是达不到要求的信噪比S/N的,这给使用惯数字机的人一种感觉似乎没有门限。而数字机接收数字信时,数字信号只有2种状态且互不连续的,因此低于门限时无信号输出,给人一种明显的门限感觉。人们错误的将这种感觉移植到模拟机上,便对模拟机产生了错误认识。



关键词: 数字     卫星电视     号的     真谛     模拟     接收     信号     原因    

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