【摘要】由于卫星通信覆盖面大、传输距离远、容量大等诸多优点和卫星电视发展的必然趋势，本文对数字卫星电视系统的特点、传输原理、条件接收和卫星电视发展做了简要论述。【关键词】卫星电视KU波段MPEG2压缩DVBS系统条件接收 概述卫星电视，对我们来说并不陌生，我们每天都在看电视，但是大多数在城市里的人看的都是有线电视，好像和卫星电视关系不大，其实不然，卫星传播是最好的覆盖传输方式，简单来说，我们看到的各地的卫视节目，就是一种卫星电视，只不过我们终端用有线接收而已，所以说，卫星电视，远在天边，近在眼前。常用的卫星通信方法是利用位于3万6千公里高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。传统的卫星通信应用主要是广播和话音业务。近年来，由于通信技术的发展，卫星业务已从广播、话音业务向数据、文本、图像、视频等多媒体业务发展。电视信号应用卫星传输，比利用地面微波中继通信系统传输或同轴电缆传输质量要好。卫星电视的主要特点：1.卫星电视具有覆盖面积大，通信距离远。一颗地球静止通信卫星的微波束，可覆盖地球表面的40％，能供相距17000千米的两个地面站直接通信，节目传输质量高和通信容量大的优势。2.传输技术的数字化。随着计算机信息技术的发展，数字压缩技术的成熟，以数字压缩技术进行电视节目传送。数字电子技术的基本特征是以离散方式处理信息，对视频数据进行压缩（最成功的MPEG-2压缩），使视频数据量降低，从而节约了卫星转发器的带宽。数字压缩技术在卫星广播中的应用是广播电视传送技术的一次重大变革，采用MPEG-2视频压缩标准及Musicam音频压缩方法的D V B-S卫星数字广播具有模拟方式不可比拟的优势，卫星数字广播可提供数据传输和多媒体功能及加扰和授权的能力，特别有利于直接到户的付费服务。3.从C波段向Ku波段发展。我们知道C波段技术成熟，卫星下行频率3.7~4.2GHz，但同时也是地面微波所用的波段，因此，卫星接收站易受地面微波干扰，C波段卫星下行波束宽，覆盖面大，到达地面信号功率通量密度较小，加之频率较底，为达到良好的广播电视接收效果，天线口径要很大。Ku波段卫星单转发器功率一般比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星EIRP较大，加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收；随着K u波段收发技术的成熟，Ku波段下行频率为12G。由于Ku波段下行波束窄，可以使静止卫星轨道上轨位资源提高，同时该波段波长短，采用K u波段传送电视节目可以使用小口经天线接收，设备投入少，便于推广。但降雨对K u波段卫星广播的影响比较严重，其上下行信号降雨衰耗远大于C波段，暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB，而C波段最大雨衰量一般不超过1dB。4.卫星电视向直播发展。采用更大功率的Ku波段卫星资源，开展直播卫星/直接到户（DBS/DTH）业务，使用户可接收到数十套甚至上百套丰富多彩的广播电视节目，同时通过市场运作使经营者获得合理的经济收益；Ku波段卫星数字广播目前在我国已开始进行卫星电视直播，发展也很迅速，中央台和各地方台的电视节目通过卫星向全国传送。电视信号的主要特性1.模拟电视信号由电视原理知道，彩色电视信号除包括有黑白电视的图像信号，复合消隐信号，复合同步信号以外，还有色度信号。由彩色电视原理知道，图像信号是利用红绿蓝三基色摄像枪取出三个基色信号，然后对其进行模拟编码，形成色差信号，采用正交调幅方法，产生色度信号。为了克服并行现象，再加入宽度2.35us的均衡脉冲，为了接收端能有效地恢复彩色副载波，在行消隐后再加入彩色副载波作为同步信号，构成彩色全电视信号。彩色全电视信号的频谱范围是根据亮度，色同步以及已调色度信号的频谱范围确定，占用了6MHz，而彩色副载波频率为4.43MHz。采用了频谱交错技术，不会对亮度信号产生干扰，因此，彩色图像的频谱范围与黑白电视相同均为6MHz。我国目前卫星电视采用的图像视频信号PAL/D制，带宽为6MHz，伴音副载波为6.6MHz。2.数字电视信号随着计算机技术，数字处理技术和数字电视的发展，从电视设备的数字化到数字演播室中电视信号数字化以及数字化播出，广播电视步人了数字时代。数字电视信号指电视信号产生、处理、记录、传送的过程中使用的数字信号。数字信号具有噪声不积累，可纠错，可加密，可保存等优点。模拟电视信号转化为数字信号，要经历取样、量化、编码的转化过程。由数字电视原理知道，图像的数据量非常大。按照CCIR601标准的数字电视的亮度信号取样率为13.5MHz，色度信号为6.75MHz，每个取样率用8Bit量化，其比特率达216MBit/s，这样大的数据量不经压缩无法使用。目前图像的压缩格式有多种标准，这些标准极大地推动了数字电视技术的发展，而MPEG-2标准无疑是最有效的压缩方法。在MPEG-2中，图像色度格式有4：2：0和4：2：2，MPEG-2推动了广播电视的发展，也广泛应用于广播电视中。MPEG-2标准是针对标准数字电视和高清晰度电视在各种应用下的压缩方案和系统层的详细规定，编码码率从每秒3兆比特～100兆比特，标准的正式规范在ISO/IEC13818中。MPEG-2特别适用于广播级的数字电视的编码和传送，被认定为SDTV和HDTV的编码标准。MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的空间相关性和时间相关性。这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。如果我们能将这些冗余信息去除，只保留少量非相关信息进行传输，就可以大大节省传输频带，数据量成倍减少，降低了存储成本，提高了数据传输速度，而接收机利用这些非相关信息，按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。在卫星数字广播中，美国，欧盟，日本都采用MPEG-2标准，我国制定的数字卫星电视标准也采用MPGE-2标准。卫星电视信号的传输1.卫星电视系统的组成卫星电视系统，指的是参与卫星广播链路运行的各种设备的整体系统。为保证系统正常运行，它须由节目播控中心、上行地球站、广播卫星、卫星电视接收站和遥测遥控跟踪站五部分组成（图1）。节目播空中心将制作、剪辑好的广播电视节目，利用传输系统将节目送往上行地球站。上行站把信号加以基带处理，再经调制、上变频和高功率放大，然后由天线向卫星发送上行信号。同时也接收卫星转发的下行信号，以监视节目传输质量。卫星是卫星广播系统的核心，其星载转播天线和转发器的主要任务是：接收上行信号，并经低噪声放大、下变频与功率放大后，再转发到接收服务区。接收卫星转发的下行信号有个体接收、集体接收、无线收转、有线电缆网收转。遥测遥控跟踪站主要任务是：与广播卫星的遥测遥控跟踪系统相结合，测量卫星的各种工作参数，测控卫星的轨位和姿态，对卫星实施各种功能和状态的切换。2.卫星电视传输系统随着数字通信技术发展与广泛应用，卫星电视传输从模拟到数字传输是卫星广播技术的一大发展。使视、音频信号通过一系列数字化处理后进行传送。与模拟卫星电视传输系统相比数字卫星电视传输系统具有的优点：●卫星资源利用率高，节约带宽，延长寿命；●传输质量好；●上行站需要的发射功率小；●能提供更多更好的功能；●便于电视节目的加扰加密，利于开展付费电业务。卫星电视传输系统是定义了从MPEG-2复用器出到卫星射频信道（DVB-S），能对电视基带信进行适配处理的设备功能模块，（如图2）采用EG-2编码方式，按MPEG-2主类主级标准压缩0M的SDI数字流压缩的传输格式，按照ISO/C13818标准，对视音频信号进行压缩编码成基本据流（ES流）。为了使接收端能从总码流中分离视音频数据，ES码流需要经过打包器，即将数据按一定长度分段，构成具有特定结构和长度的一个单元包，再送到复用器中复用传送（TS码流），传输流是各传输系统之间的连接格式，是传输设间的基本接口。单路节目的视音频数据流的复用图如图3所示。卫星信道适配分为复用适配和能量扩散，前向纠错编码（FEC）和基带形成，QPSK调制三部分。复用适配和能量扩散是把每8个MPEG-2传送复用包合为一个超帧，并将MPEG-2传送复用包中的数据随机化处理，随机化处理只用于传送包的信息字节，为了向接收端提供一个启动信号，将每组8个包中的第一个传送包的MPEG-2同步字从47 Hex逐比特反转到B8 Hex。这样输出的数据具有透明性，降低卫星对地面同频通讯设备的干扰和减少上星链路特别是对卫星转发器的交调。前向纠错编码（FEC）由外编码（R-S编码），卷积交织器，内编码器组成。外编码RS（204；188）编码是由原码（255；239）截短而得到的，用来表示的每一个已经随机化的传送包（188字节）生成一个误码保护数据包。然后对误码保护数据进行深度I=12的卷积交织处理，其结果是生成一个交织帧，内码使用一系列基于长度K=7，编码效率为1/2卷积码的收缩卷积码。内码编码与外码编码相结合构成了DVB-S中的级联编码，它增强了信道纠错能力，有利于抗卫星广播信道传输中干扰的影响。前向纠错编码特别适合卫星信道。DVB-S中采用（2，1，7）卷积码的删除型卷积码，I，Q信号经过平方根升余弦滚降滤波，滚降系数0.35，得到基带波形，传输到QPSK调制。系统使用普通的格雷码Q P S K调制而成为70MHz中频信号，调制后的中频信号经中频电缆送到上变频器，经高工放和天线发送到天上的卫星。DVB-S采用B方式QPSK系统。卫星电视接收系统是发射过程的一个逆过程，接收系统由卫星接收天线、高频头、线路放大器、功分器和接收机等组成。其信号流程是接收天线把接收下来的电视信号经高频头低噪放大和下变频，将此Ku波段信号去噪后转成L波段信号，再经功分器分路供卫星接收机用户。3.卫星电视条件接收条件接收是卫星电视发展的必然之路。条件接收是利用加密技术，一般采用加扰方式对电视信号加密，实现传输码流中的视音频信号以及数据信息加扰，同时将加扰处理的控制字经过加密后随传输流一起传送。条件接收系统由扰码器、用户管理系统和用户认证系统等组成。条件接收在码流复用前加扰码，用户管理系统建立一个存储用户信息的数据库，用户认证系统将代码字加密送给用户使其能对码流解扰，控制字通常的表现。平时检修时经常观察馈源膜，最好每半年上天线顶部检查馈源膜是否正常。天线控制器的维护也很重要，控制继电器损坏和控制线腐蚀锈断都可能使天控器失灵，平时定期试用天控器，检查控制线是否腐蚀老化。4.UPS电源的维护我站用的是梅兰日兰的40Kw UPS，工作时间可持续半小时。UPS应长期处于开机状态，尽量减少开关机的次数。一般关闭后至少要等6秒后才能重新开起启。UPS长期处于只充不放电状态，会使电池老化，所以3个月左右需人为放电一段时间。定期请厂家来检查浮充电压，不合指标要求的蓄电池及时更换。5.对技术维护工作的一些建议首先，制订了规章制度，落实各项规程是关键。我站已把整个技术管理分成几个方面，值班制度，交接班制度，技术维护制度等等。制度是建好了，但时间长了难免松懈，还是需常常学习，警钟长鸣，优质安全播出才会有切实保障。其次，针对外省台维护过程中频发的停播事故经验，每次维护重要设备前，做好充分准备，一些重要的操作步骤最好装订成册，到时按规操作，防止发生意外情况。第三，经常进行培训工作。不论是播出事故的分析排查，还是维护检修的细致周全，技术人员的素质都能得到体现，因此，人员培训在安全播出工作中占重要地位。在日常工作中，要熟悉所有的操作，尤其是一些应急操作和处理程序；操作熟练，可以避免因操作失误而造成的人为停播；熟悉设备，能在查找故障过程中，做到心中有数，不慌乱，缩短故障查找时间。我们也进行事故演练，但还不够，多演练有助于锻炼临战分析能力，进一步加强对安全播出的保障。■
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