卫星数字电视传输接收原理和地面接收站的安装调试.docx

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卫星数字电视传输接收原理和地面接收站的安装调试

卫星数字电视传输接收原理和地面

接收站的安装调试

1、卫星电视传输系统的组成

卫星电视或广播系统由上行发射站、同步卫星、接收网三大部份组成：

如图

5-1所示。

图5-1卫星电视传输系统的组成

1-1上行发射站和接收站

把电视中心的节目送达同步卫星。

同时接收卫星转发的广播电视信号，上行发射频率是6GHEG-14GHE。

下行接收频率是4GHE-12GHE，其中主发射站是固定的发射中心，介也可以接移动的发射站主要用于现场次转播。

其中控制站一般与主发射上行站设置在一起，它的任务是控制卫星，使卫星处于正确的轨道位置和工作状态‘必要时发出控制指令，改变卫星姿态，调整天线或切换设备等……

1-2同步卫星

同步卫星是电视、广播的核心，也是技术难度最重要的一环，卫星对地面是静止的，要求它的公转要精确地与地球的自转保持同步，保持正确的姿态。

卫星的星载设备有天线、卜太阳能电池、控制系统和转发器，接发器是电视广播的专用设备，它的功能是把上行信号经过频率变换放大后，由定向天线向地面发射，以供给地面接收站接收卫星信号。

1-3接收网：

供集体或个体的卫星电视接收站，、开路、闭路的卫星电视接收站接收这样就保持同步卫星高度N为式中T是地球自转周期，仅是地球赤道半径由此可算出同步卫星n=35786kmo

2．同步卫星轨道及原理

无论是电视卫星和通信卫星都必须是“静止卫星”，否则就无法接收，静止卫星，确切地应称为同步卫星，它是与地球的同步轨道上绕地球飞行，它的飞行速度和地球的转速相等。

．这样从地球上的任何一点去看，它都是“静止”的。

根据地球的引力和卫星的离心力相等的条件，确定了同步轨道只能是与地球赤道上空约36000公里上。

全世界的同步卫星都是这一轨道上，为了不互相干扰每个卫星之间必须保持一段距离，国际电联合会规定了这个距离为赤道到地球面的经纬度为30，如图5-2所示。

图5-2同步卫星轨道

同步卫星位于赤道上空约36000公里处的高空。

若卫星天线波束的张角为17时，张角覆盖地球表面1.7亿平方公里的面积，约为地球表现积的1/3，即使天线波束的宽度仅有10，也可覆盖大片的土地。

如果赤道上空的同步轨道每隔120。

设有一颗同步卫星，那么3颗同步卫星就能覆盖全球。

如图5-3所示。

图5-3同步卫星轨道

卫星鑫诺1号有24个C波段转发器和14个KU波段转发器，频带大于36MHZ。

卫星转发器对广播电视节目的发射功率一般都在100W以上。

鑫诺卫星转发器功率是120-150W，这样达到地面的场强较高，一般都在10---100MV/W左右。

3．卫星频段划分

电视卫星的频率是按照一九七九年世界无线电行政大会（WARC）对卫星广布的频段分配的，共分为六个频段：

L波段：

0.62--0.79GHZS波段：

2.5--2.69GHZC波段：

3.7-4.2GHZ，Ku波段：

11.7--12.75GHZ，K波段：

22.4--23GHZ，Q波段：

40.5--42.5GHZ，E波段84--86GHZ。

中心频率频率范围用途及覆盖范围

L波段（（0.7）0.62--0.79GHZ与地面电视共用1,2,3区

S波段（（2.5）2.5--2.69GHZ集体接收电视共用1,2,3区

C波段（3.9）3.7--4.2GHZ集体接收中国亚洲部份地区

Ku波段（12）11.7-12.75GHZ电视优选频段Ku分为：

11.7--12.2GHZ亚洲、澳洲

11.7--12.5GHZ欧洲、非洲、前苏联

12.1--12.7GHZ南北美洲

12.5--12.75GHZ亚洲、澳洲

K波段（23）22.4-23GHZ电视优选频段：

1，2,3区

Q波段（42）40.5--42.5GHZ卫星广播专用1,2,3区

E波段（85）84-86GHZ卫星广播专1,2,3区

WARC规定空界分为三个区域划定为：

第一区：

欧洲、非洲、阿拉伯半岛、土尔其、苏联、亚洲部分内蒙古。

第二区：

为南北美洲

第三区：

为亚洲和大洋洲

4．数字压缩及传输

卫星电视广播的优点：

卫星广播业务使用的频段表

4.1可以覆盖全国领土

在使用卫星转播电视节目以前，如七十年代，解决电视覆盖问题的办法是增加发射台的数目，加大功率及尽可能在高山上或100米以上的修建高塔发射天线，建设大量的差转台，增加微波中继站等手段，这样也不能解决全国百分之百在的领土覆盖问题，当时北京进入云南宣威的第一个微波站，是第四十三个站，北京的电视信号传输到云南象接力赛一样一站一站的往下传。

中间哪一个站出问题将影响到以下几个站点节目传输。

每个站点的传输都有一部份信号损失，就这样一些地形复杂的山区、沙漠、海岛等，受地形条件的限制是很难收到信号的，卫星转播电视则不同处，转发器置于35800公里高空，位置合适的同步卫星一颗卫星就可以覆盖我国全部领土。

4.2电磁波能量利用率高

地面转播浪费了大量的电磁场波能量，因为大地、高山、建筑均会吸收大量的电磁波。

传播效率低而且在发射台服务区中心处的电磁场强会超过接收机场强的需要，与服务区边沿处的场强却很难满足要求，举例说明，根据计算一座50千瓦的大型发射台，大约有十分之一的功率是有效的。

卫星广播则不同，它的转发器的波束始终是指向地面，比较均匀地幅射到整个服务区内，中心区与边远区的场强仅差了3-4db，所以电磁能量利用率很高。

4.3图像质量好，稳定性高

一座电视台覆盖面积很有限，光靠微波中继站传送电视节目，每隔50公里左右就需要建一座中继站，（差转控制台）以北京到广州为例，约需建50座中继站。

这样传输环节多，影响图像频率，不但浪费大量人力物力，卫星转播则不同，它是直接接收，仰角大、反射小，电波穿过大气层行程短，受气候和大气影响小，信号稳定，图像质量好。

4.4节省基建时间，减小财力、人力、物力投资。

与我们幅原广大的国家，要援盖百分之百领土，就要建2000多座发射台，还要建数倍于此的中继站，这样的工程除了庞大的投资以外，还大大地延长了基建时间，再加上技术人员、管理人员、维修人员、维修费用等问题，即使是解决了这些问题，也很难解决山区、沙摸地区、海岛的覆盖问题。

所以根据亚洲广播联盟提供的资料，对于幅原广大的国家来说，采用卫星广播电视，比建地面电视广播网节约60%的经费。

此外，在传送容量上，由于卫星广播工作频率高、频带宽，容量大，便于增加电视传输的信道，由于卫星电视广播有上述优点，所以各国都在大力发展卫星电视事业，我国的电视卫星转发系统是在一九七一年的春季才开始起步的，直到八十年代末九十年代初，才迎来卫星广播电视的发展高潮。

现在己进入二十一世纪，卫星广播电视、通信己是非常普及的技术，我国己成为世界少数发射多种卫星的国家之一。

4.5数字卫星电视传输的基本原理

数字卫星电视就是把图像画面每一个像素，声音的每一个音节都用二进制编成多位数码，并以非常高的比特率，进行数码流发射、传输、接收的系统工程，也就是说在数字电视这个系统工程中，发射台发射的电视信号是一种高比特率的数码流脉冲串。

在空中或有线电视电缆中传输的电视信号也就是高比特率的数码脉冲串。

那么它们怎样变换的呢，这个转换过程叫做A模拟--D数字信号转换，其转换过程见下图

数字电视信号的传输基元是二进制的数字传输，就是“1”和“0”.。

"1"是高电平，“0”是低电平，仅通过逻辑电路来进行编码，但是逻辑“In的电平大小无严格要求，仅需电路能识别。

同样逻辑u0”的电平，并非一定是OV，是需要数字处理电路能够区分“高低”电平的差异，因此利用数字方法来传送电视信号无论失真方面，还是在信噪比方面均无需要求。

数字电视在计算机技术、图像信息技术的推动下，已经有了卓越的研究成效，已经进入了实用阶段，它的核心向题就是要解决图像信号的频带压缩问题和数字压缩的数码率。

数字卫星电视系统采用四相键（简称QPSR）的调制方式，并运用卷积码和截短RS码进行级联的误码保护方法。

首先进行信源编码，作为第一步把模拟的图像和声音信号经模数变换转为数字信号，再进行MPEG-2的压缩编码，随后把这些数字信号实施数码流编码，MPEG-2是国际通信组织（简称MPEG组织）从MPEG-1低速率发展起来的高速率压缩方式，随后把MPEG-2压缩数字信号（也就是干扰编码），由MPEG-2传送来的数码流具有固定波长的数据包，内含一个字节的同步字，还有187个数据字节，发射端的处理顺序总是从同步一个字节（01-0000`111,）的MSB（即0）开始，并进行能量扩散的随机化处理和传送复用适配下的TmA处理。

如图5-4和5-5所示：

图5--4数字压缩及传输

图5-5模拟信号与数字信号

随后还要进行RS数码的处理，就是经过交织、卷积处理，由于数字信号在天空数万公里是必会收到个中杂波、电磁波的干扰，那么RS编码、交织码、卷积码经过与数字信号的叠加能有效地抗干扰和纠错，这样发射到卫星的数码信号就是一组由数字信号、RS数码、交织码组成的混合数码信号，但基带信号仍然是二进制的数码信号，但是它不宜在频道中进行长距离传输，因而要进行调制，使用脉冲系列控制正弦波的振幅、频率、相位中的一个参量或两个参量。

MPEG-1就是把图像内的角贴画分为8X8的像素块，然后采用DCT技术对每个像素进行压缩。

采用的是TPEG标准，采用的是帧内编码，其整个编码和解码过程如图5-6所示。

图5-6数字压缩编码器和解码器

MPEG-2视频比特语法的各个分层。

插图24P;t/96KHZ音频。

MPEG-2编码与MREG-1的不同之处是把信源分成36分层次，把数据划分为信息的减化单位是MPG-1标准提供信息的四倍多。

是考虑到多种选择数据储存在大小以适应不同的图像面积，并防止缓冲器的下溢和上溢是否比较适合601建议规定的电视广播的分辨率。

24pt/96KHZ音频

视频系列层

图像组（GOP）层

图像帧层

条带层

宏像素块层

像素块层

用以控制振幅的叫做振幅（ASK），控制频率的叫做频率控（FSK），控制相位的称为振位键控（PSK）如图5-7所示

合成的波形图

现在我们以二进制双相绝对调相为例，现代调制最先进的方法。

设码元为"1"时己调载波的相位与未调载波的相位同相，而码元为“0"时两者的相位差为180度如果把基带信号B（t）与载波VC（t）一起送入乘法器相乘，则乘法器输出时绝对调相的以调波。

当基带信号为“1”时，输出信号Vout（t）应与VC（t）同相。

反之，当基带信号为“0”时，脉冲变成负极性，则输出波形Vout（t）应与VC（t）反相，这样就可以得出一个结论，双相调相信号中无载波成份，信号能量的利用率高，其频带和数字调一幅波相等。

例如我国向亚洲2号卫星发送的卫视信号，信源编码采用1,P,B帧，色质格式为4:

2:

0，已知电视信号本身数码率为216Mb/s实际压缩在6MHZ带宽内，这样电视信号的压缩比为：

压缩比＝（216=2）=6=18

这样小的压缩比是易于实现的。

目前我国地方台租用的频带为7MHZ,所以尚有1MHZ的带宽可以用于传输信息，从而增加了电视互动功能。

既然是数字传输，就要求摄像系统、编辑系统上行站发射系统，同步卫星下行站接收系统全部都要用数字设备，原来接收设备全部都不能用与传输数字信息，对于全国来说又是一个耗资巨大的工程，但是普及是很快的，包括我们看的电视机都要换成数字电视机，未来3-5年内电视台所有的节目都要用数字信号传输。

数字卫视、此、模拟卫视的优点。

（1）抗干扰能力强，能有较好的消除高山或高大建筑物二次发射波

形成的重影。

（2）图像清晰度高，数字信号在传输过程中损耗小效率高。

（3）增加了频道容量，大大提高了卫星频段的利用率奋因为数字压

缩后频带宽只有6-7MHZ，而原来的模拟制所需的带宽有（27-36MHZ）。

（4）图像失真小于模拟信号。

（5）数字信号易存储。

（6）模拟信号不易存储，从而难以完成各种图像功能，如完成多画面的浏览，双现画面图像移位转动，放大缩小等……而数字信号很容易做到这些。

5．卫星电视地面接收系统及高频头

5.1卫星电视地面接收系统的组成，

卫星电视地面接收系统包括室外单元，室内单元,如图5-8所示。

图5-8室外和室内单元

工作原理主要由接收天线部分，（由接收天线与馈源两部分组成）。

高频头LNB（又称室外单元，．主要包括低噪声放大器，超高频下变频器和第一中频传输电缆），卫星接收机，三大部分组成，又称室内单元，如图5-9所示。

图5-9室内单元

卫星电视地面接收站按技术性能分为专业型和普及型两类。

专业型可满足收接或集体接收卫星电视节目要求。

普及型可满足直接接收卫星电视节目要求。

5.2接收天线

为前馈天线与后馈天线，在Ku波段使用那种馈源天线对Ku波段信号的接收性能影响不大。

5.3馈源的组成

天线可分为正馈和偏馈两种；高频头分为C波段模拟信号接收分离式和Ku波段数字信号接收一体化高频头；高频头的极化器由四部分组成如图5-10、5-11所示，即

（1）波纹盘，

（2）圆波导器，（3）矩形波导器，（4）介质板，各个部分的主要作用是：

波纹盘和圆波导器接收极化波，实现阻抗转换，使之与高频头匹配，同时产生驻波比感应电动势，使相移达到要求。

矩形波导器（变换器）把接收的原极化波转换90o，以便极化方向与高频头相适应。

介质板是有极性的，它所调整的角度，决定了接收不同极化波信号的强度，如图5-10、5-11所示。

6．天线的极化原理

极化对于卫星接收站是一个很重要的概念如果用于接收的半波振子轴线与传播来的电场方向一致，接收天线上的感应电势最强，谓之极化匹配，讲实例；我们架设接收站可经常用这个概念。

极化的概念是根据1670年丹麦学者，在研究光的双折射现象提出的“偏振”概念，得出来的，光的双折射现象叫“偏振”原理，运用副电磁学中叫做“极化”，习落姆上接电场方向来判断的极化的状态，根据电场相对于时伊的轨迹来判几别极化的形式，一般分为两大类：

线极化和圆极化。

（1）线极化分为垂直极化和水平极化，凡电场垂直于地面的波均称为垂直极化波，如图5-12所示。

水平极化，以大地为标准，凡电场平行于地面的波，叫做水平极化波，如图5-13所示。

后者的入射角度为90度，对于卫星线极化波，不同的位置其入射角度不同，由此定义垂直和水平极化应以平行与入射面还是垂直于入射面确定。

我们接收的鑫诺卫星Ku波段的信号是垂直极化方式传送的。

图5-12垂直极化波

图5-13水平极化波

（2）圆极化分为左旋极化和右旋极化，分别如图5-14和5-15所示。

若平面波动场电场大小不变，而方向却以角界频率转，则这类电磁波为圆极化波，这类波的电场可分解成两个分量，振幅相等，而时间上相差二／/2=900，可用复矢量表示为图，式中“一”表示右旋圆极化波（RCP）也就是电场E的旋转方向和电磁波传播方向，构成了右手旋关系，“＋”号表示左旋圆极化波（LCP）电场E的旋转方向和电波传播方向符合左手螺旋关系，X,Y是X方向和Y方向的单位矢量，B是相移常数，J表示时间上导前90度，电磁波沿着E方向传播。

图5-14左旋极化

图5-15右旋极化

（3）线极化与圆极化共存时，极化器的调整。

现在我国租用的卫星发射来的是右旋极化波，我国卫星发射来的是线极化的水平极化波，就得转动夭线馈源中介质片。

（4）高频头

高频头是室外单元的一个重要部件，起到放大，变频的作用。

（5）室内单元卫星接收机。

7.数字卫星接收机工作原理

数字卫星接收机工作原理如图5-16所示，由天线高频头输出的970MHZ—1470MHZ的中频信号，先输入到接收机的调谐器，调谐后输出不同频段的不同频率的数字信号，输送到QPSK解调器，输出的数字信号的误码率达到10-1---10-2，输出的数字信号送到维特比解码器进行解码、纠错。

输出的数字信号误码率达到10-4，信号送到去交识电路，处理后信号输入到RS解码电路，再次进行解码、纠错，输出的信号解码率达到10-11，输出一个标准的数字信号，要是外围的传输设备或终端设备有数字输入接口，可以直接使用此信号。

从RS解码电路输出的数字信号通过去复用电路后，经MPEG-2信号分离与解码电路，一方面输出IP数据信号，另一方面实现D—A数模转换，输出模拟的视频和音频信号。

数字信号输出

8．卫星接收站的安装与调试

8.1地面位置选择。

8.1.1卫视天线应安装在地域开阔，信号通路无高山或高大建筑物的位置，所位收的卫星应在仰角大于10度的位置，否则会使天线的噪声系数急剧增加，城市位置一般选择在建筑物房顶或比较开阔的地域，乡村一般选择山顶，或比较开阔的地域。

8.1.2卫视天线安装点应尽量避开微波中转站、雷达站、高压电线电焊等干扰区。

8.1.3天线安装位置要注意固定好，即使有10级大风也不应移位。

8.1.4室外单元高频头与卫视接收机的连线应尽可能短，一般不要超过30米，这样有利益降低馈线的传输损耗，提高信载比。

8.1.5室外天线安装比较高的地方（位置）要认真的安装好避雷针，因为高频头在下雨打雷时在较间隔各为120度的卫星，就可实现全球的电视广播及通信，其实现在己不止三颗，据国际通信组统计，现在太空的有用同步卫星就有14个，报废的停止工作的就更多了，己成为太空垃圾，亚太地区1999年统计现在工作的有24颗。

见表：

13页表1-40其中金诺一号是我国1998年7月18日送入轨道的，工作频段，主用于直播数字电视、数字高清晰电视的以数字高质量语言广播和转播交换节目，上海电视采用视频制成MPEG-2音频副载波为6.2MHZ，通过该卫星用垂直线极化，下行频率F=4.106GH向国内播送。

还有亚洲2号皇，1翰年11月28日由我国长征2E火箭发射升空，定点于赤道东经100.5度设计寿命为13年，该星由美国路光希德一一导于宇宙空间公司制造，属于系列7000型。

它拥有24个C波段接发器，和14个KU波段转发器。

该星的C波段覆盖北起俄罗斯，南到澳大利亚，东到印度，西到东欧北非的广大地区，约可覆盖世界72%人口，KU波段波束主要覆盖中国及其领国，我国已买断该星的3个波段接发器用于广播电视与数据通信。

8.2卫星接收站的安装与调试

8.2.1安装卫星接收站器材准备

①卫星接收天线壹套。

②高频头1个。

③3米长馈线1根。

④卫星接收机壹台。

⑤14寸收监彩色两用电视机壹台。

⑥万用电表1块。

⑦活动人册手，电钻各壹把。

⑧防水胶带1圈。

⑨电源插座板。

⑩指南针。

8.2.2严格按照说明书按顺序安装好天线。

8.2.3开通调试（请看投影电视图）。

天线安装好以后，根据所要对卫星确定天线的方位角，比如我们现在要对的鑫诺1号卫星位于115度E的位置，根据计算，我们昆明地区方位是正南偏东17.8度，准备一个罗盘或指南针，先找出地磁正南的位置，然后根据各地所在的位置进行调整，最简单的一个方法。

找一张云南省地图，以昆明为中心，昆明对卫星的方位是正南偏东17.8度，然后在地图上找到你们各地区所在位置，要是在昆明的左面也就是西方，那么卫星天线所在位置就是正南偏东17.8度，要是在昆明的右面天线位置，就大约正南偏东17.8度左右，要是与昆明在一条线上那么就参照昆明的方位。

如图5-17所示。

图5-17天线方位角的确定

仰角调整，如图5-18所示，通过计算昆明地区的仰角是37.5度，实际操作慢慢摇动天线由上至下当对准卫星以后，接收机会有显示，绿灯会变成红灯，或监示器会有图像，然后再慢慢左右摇动，直至图像最好时为止，要是有场强仪或电脑、显示仪，这是指示电平将最大，要是图像还不好在调整一下极化转化器与卫星的极化方向一致，这时图像将会很好。

图5-18天线仰角的确定

9．避雷器的安装

避雷器的安装方法如图5-19所示

图5-19避雷针安装方法

避雷针、主杆要高于卫星天线最高点3-5米，固定好主杆。

主杆用。

20mm粗钢精上端磨尖。

主杆固定在卫星天线后面或者左右两侧，距离天线5-10米。

避雷针地线用（D12mm粗钥精焊好在主杆下端，引下埋入地下1.5-2米深（看投影电视图）。

（5）地面以上4米用AC管套好（塑料管），以防打雷发生触电。

9．一般故障的排除

（1）无图像，无伴音。

’

①提供给高频头的电源电压不正常。

②室外单元和室内单元馈线接触不良。

③电视机屏幕显示设置频段不当，接线连在不当位置。

④高频头有问题。

⑤天线没有对准卫星‘⑥天线极化方向与卫视信号极化方向正交。

（2）所接收的图像背景噪声大，主要原因有。

①高频头性能下降，或供电电压不正常。

②天线极化未调整好。

③天线馈源偏焦，焦距不对或横向位置有偏差。

④各种电缆未连接好。

⑤卫星接收机或彩电自身有故障。

（3）电视图像彩色时有、时无。

①检查是否所有电视频道都无彩色。

②“是”检查电视机是否有故障，“否”发射信号有故障。

③测电压判定，高频头卫星接收机有故障。

10．避雷器的连接

必须按图5-20所示连接系统配之的避雷器，以防止通过天线和电源等引入的雷电坡坏或于扰，不允许省略等电位避雷器的安装。

思考与实践：

一、卫星模拟电视信号传输与数字电视信号传输有什么区别？

二、什么是极化原理？

三、怎样调试才能使接收到的卫星信号调试到最强？

四、避雷器和避雷针的安装有什么要求？

五、