卫星数字电视接收系统及测试方法

路上

由于卫星广播具有覆盖面大、传输距离远、信息量大、信号质量高、不受地理条件限制等优点，近年来卫星广播事业得到了迅猛发展。特别是数字技术的发展，把卫星电视广播带入了一个新时代，开辟了卫星广播的多功能利用，推动了信息的全面交流，促进了社会的发展。我国幅员辽阔、地形复杂、人口居住分散，开展卫星广播业务是提高广播电视人口覆盖率的最有效的途径。经过几十年的努力，到1997年底全国广播人口覆盖率达到85.8%，电视人口覆盖率达到87.4%。从全国来讲发展却很不平衡，在发达地区，已能听到和看到几十套广播电视节目，但在一些老、少、边、穷地区，还有相当一部分农村，至今仍听不到、听不好广播，看不到、看不好电视，存在着广播电视的收听、收看盲区。为此，广电总局提出，要把事业的发展重点放在扩大覆盖上，把覆盖的重点放在农村，争取到本世纪末，基本实现村村通广播电视。
为了解决广播电视覆盖问题，我国先后已有20多个省采用DVB-S标准、MPEG2数字压缩方式上星传输节目，节约了卫星资源，提高了传输质量，而且99年1月1日又以Ku频段直播星进行扩大试验，进一步解决广播电视的盲点问题。
由于卫星数字电视的发展，国际国内大量的产品进入我国市场。96年广电部科技司发出通知，要求进入广电系统的编、解码设备和接收设备必须进行入网检测，1年多来，国际国内已有许多厂家、公司进行了入网检测，并拿到了入网证书，这样老百姓也可买到放心产品。下面就接收系统的天线、LNB、IRD的检测与评价作一简单说明。
一、天线系统
天线系统由抛物面和馈源组成，目前使用的有C频段和Ku频段两种，由于卫星转发器功率大小不同，地面采用的天线尺寸也不一样。反射面一般为铝合金板和玻璃纤维增强型SMC材料的玻璃钢天线。馈源采用后馈或前馈，对于小型天线一般采用前馈，前馈方式又分为正馈和偏馈，一般偏馈天线的效率稍高于正馈天线。目前我国多采用线极化(垂直或水平)的馈源，其安装调试相对圆极化(左旋或右旋)要复杂一些。对于偏馈多使用一体化馈源高频头，安装调试时方便一些。
　　 二、低噪声下变频器(LNB)
低噪声下变频器(高频头)将天线接收到的微弱的卫星信号进行放大和变频，输出的中频信号(950～2150MHz)通过低损耗的高频电缆送给数字综合接收解码器IRD。对用于数字系统中的高频头要求相位噪声要低，频率稳定度要高。因为数字卫星信号采用QPSK调相方式传输，信号解调也是采用QPSK解调，如果LNB相位噪声过高，会使解调产生误差而导致误码率(BER)增加。同时，相位噪声与高频头本振频率稳定度有关，频率稳定度高的LNB，其相位噪声也越低。对用于数字卫星电视接收系统的LNB，要求相位噪声小于-65dBc/1KHz，频率稳定度小于±500KHz。
三、综合接收解码器(IRD)
下面重点介绍综合接收解码器(IRD)的检测和评价。卫星用IRD主要由调谐器、QPSK解调、去扰码、纠错、解复用、解码、再进行PAL编码，形成全电视信号输出。对有条件接收功能还需加有系统控制和用户智能卡。调谐器可以工作在C波段和Ku波段，只是设置不同的本振频率，对于C频段本振频率5150MHz为高本振，Ku频段一般为低本振。因此要求IRD具有频谱倒置功能，便于接收不同频段的卫星电视节目。另外还要求IRD具有既能接收SCPC也能接收MCPC的卫星电视信号。
SCPC(Single Channel Per Carrier)为单路载波系统，优点是可在不同的地点上星，适合上行站不在同一地点而需共用一个转发器的情况。MCPC(Multiple Channel Per Carrier)多路单载波系统，优点是没有多载波谐波干扰，频带和功率利用率较高，适用于多路信号在同一地点上星。
为了对卫星用IRD统一规范，广电总局(原广电部)在97年颁发了关于“数字压缩卫星接收机(IRD)暂行技术要求”，在98年10月颁发了“数字压缩卫星接收机(IRD)技术要求(暂行)”第二版，对第一版进行了修改补充。该技术要求引用了ISO/IEC IS13818运动图像和相关音频信息的通用编码标准以及ISO/IEC IS11172(音频1和2层)速率达1.5Mbits/s的数字存贮媒介的运动图像和相关音频编码标准以及ITU-R BO1211用于11/12GHz卫星广播的电视、声音和数字业务的数字多节目发射系统，还引用了CENELEC EN50083-9电视、声音和交互式多媒体信号的电缆分配系统以及用于电缆电视(CATV)/卫星共用天线电视(SMATV)和类似的使用DVB/MPEG-2传送流的专业设备的接口等标准。
参数要求：
视频：
视频压缩方式：MPEG-2 MP@ML
单路视频压缩码率：2～15Mbps连续可调
图像分辨率：最大720*576(随发端信号可调)
音频：
音频压缩方式：MUSICAM
工作方式：单声道，双声道，立体声
取样率：48KHz
信道编码：
符合MPEG-2传送码流格式
RS编码：RS(204，188，T=8)
卷积交织深度：I=12
卷积编码比率：1/2，2/3，3/4，5/6，7/8可变
约束长度：K=7
升余弦平方根滤波滚降系数：0.35
对IRD功能要求见表3
对IRD输入信号与解调性能要求：
输入信号的频率范围：950～2150MHz或950～1750MHz
输入电平范围：-65～-30dBm
反射损耗：≥7dB
二本振泄漏：-65 dBm
输入信号捕捉范围：f0±2.5MHz
供LNB极化切换电压范围为12-24V Imin=350mA
字符率2-40Ms/s或2-30MS/S
系统技术指标：
Eb/N0门限值：维特比译码输出误码率为2.0E-4时
≤5.5dB (FEC=3/4)
≤5.0dB (FEC=2/3)
≤4.5dB (FEC=1/2)
PAL-D视频输出：
视频输出幅度：700mVP-P±20 mVP-P
同步幅度：300mVP-P±9 mVP-P
带外干扰 ：≤-40dBm
幅频特性：≤4.8MHz时 ±0.5dB
4.8MHz-5.0 MHz 时≤±0.5 dB， ≥-1.0 dB
5.5MHz时 +0.5 dB，-4 dB
K因子：≤3%
亮度非线性：±5%
DG：≤5%P-P
DP：≤5°P-P
亮色增益不等：±5%
亮色延时不等：≤30ns
S/N加权值(5MHz带宽测量值)：≥56 dB(50%平场)
行同步前沿抖动：≤20nsp-p
传输流误码率：≤1.0E-11
音频输出：
幅频响应：20Hz-20KHz ±2dB
60Hz-18KHz ±0.5dB
谐波失真：≤1%
不加权S/N：≥70 dB
左右声道电平差：60Hz-18KHz ≤0.5dB
左右声道相位差：60Hz-18KHz ≤5°
左右声道串扰：≤-70dB
物理接口要求：
L波段信号输入：F型75Ω
电视调制信号输出：75Ω
视频信号输出：
复合PAL-D信号：BNC或RCA75Ω
模拟分量信号：S端子
音频信号输出：
XLR型，600Ω平衡；或RCA型600Ω不平衡低阻
数据输出：RS-232或RS-422，DB9阴性
传送数据流输出：
DVB同步串行接口：BNC
DVB同步并行接口：DB25，LVDS
电源：150-240V 50Hz±2 Hz
下面对IRD主要技术指标的检测及评价作一简单介绍
数字信号发生器产生符合MPEG2/DVB标准的测试信号和活动图像，送给电视测量发射机，进行信道编码和QPSK调制，上变频成L频段的信号，送给IRD输入，在电视测量发射机内装有噪声发生器，C/N值可根据需要改变。
数字信号发生器可产生近30种不同功能的测试图像信号和活动图像信号以及伴音测试信号，用于测量各项视频技术指标和音频技术指标，还具有在一个传输流中含6套节目的测试信号，用于测量IRD MCPC的功能。电视测量发射机可产生频率从0.3MHz-3.3GHz可调，输出电平从-99dBm～+10 dBm可变的调制信号，可设置DVB信道编码的各种参数，如频率、电平、字符率、数据流速率、RS码、卷积编码比率、滚降系数以及QPSK和QAM两种调制方式。
1、Eb/N0门限值的测量
Eb/N0是衡量接收机灵敏度的一个重要指标。卫星数字电视传输中，在门限点附近时，C/N值的下降会引起S/N的急剧变化，这就是所谓数字传输中的“峭壁效应”。按图1方框图，为了准确确定门限点，在信号源中应置为活动图像输出。改变电视测量发射机中的C/N，由大变小，直到IRD输出图像在彩色监视器的画面上刚要出现“马赛克”。用频谱仪测出此时信道发射机输出给IRD输入端信号的N0(单位Hz的噪声功率)，然后去掉调制信号测出此时的单载波功率C，可算出Eb/ N0。
Eb=C-10lgIR IR为总信息率
IR=2Rs·Cr·Rs
Rs---字符率，Cr---卷积编码率，Rs---外码(188/204)。另外也可根据信道发射机上的C/N值，直接推算出Eb/N0值。
因为Eb/N0=(C-10lgIR)/(N/B)=C/N-10Lg IR/B 10Lg IR/B为一常数，所以只要找出门限点，可根据电视测量发射机上显示的C/N减去一个常数即可算出Eb/No值，对于字符率为4.42MS/s，卷积码速率为3/4时，这一常数约为0.6。根据新版暂行技术要求规定，需对FEC=3/4，2/3，1/2分别进行测量。
2、频率覆盖范围的测量
按暂行技术要求，应为950MHz～2150MHz或950MHz～1750MHz。将图1中信道发射机输出载频置于低端频率(950MHz)，调整IRD接收频率，使IRD输出图像正常。同样，将信道发射机置于高端频率(2150MHz或1750MHz)，调整IRD接收频率，使IRD输出图像正常，说明该IRD符合暂行技术要求规定的频率覆盖范围。如果低端或高端接收图像不正常，则逐步提高或降低信道发射机输出频率，直到该IRD输出图像正常，此时的频率范围即为IRD实测接收频率覆盖范围。
3、字符率的测量
根据技术要求，字符率为2～40MS/s或2～30 MS/s。将图中信道发射机上从低到高置出一系列不同数值的字符率，IRD置成相应的字符率，IRD输出图像和声音应正常，若置在低端或高端的字符率时IRD输出图像不正常，则逐步提高或降低信道发射机输出字符率，直到该IRD输出图像正常，此时的字符率范围即为实测的该IRD字符率范围。
4、输入电平范围的测量
按图1所示，将正常测量的输入电平(如-45dBm)升高或降低，IRD输出图像正常的电平范围，即为输入电平范围。
5、反射损耗
IRD处于正常工作状态(注意关掉LNB电源)，用扫频仪测量反射损耗值。
6、二本振泄漏
IRD输入端接至频谱分析仪，测量该IRD二本振信号在IRD输入端的泄漏电平值。
7、输入信号捕捉范围
按要求为f0±2.5MHz。
按图1所示，将信道发射机输出的正常测量频率升高或降低2.5MHz，IRD若能正常接收，说明符合技术要求规定的输入信号捕捉范围，否则再改变频率，重新测量捕捉范围。
8、系统视频指标的测量
在进行视频指标测量前，应按要求，将相应的参数条件置好，调整IRD，使IRD的输出图像工作在门限以上。然后根据测量不同视频指标的要求，正确选择数字信号发生器的相应测试信号，利用视频自动分析仪进行测量，必须终接75Ω。例如，测幅频特性送Sinx/x信号；测K因子送2T脉冲信号；测亮度非线性送不带调制的阶梯波信号；测DG、DP送带彩色副载波的阶梯信号；测ΔK、Δτ送带彩色副载波调制的20T脉冲信号；测S/N比送50%平场信号；测行同步前沿抖动送带同步的视频信号。
9、系统音频指标的测量
暂行技术要求中对音频的幅频响应、失真、S/N值、左右声道电平差和相位差及串扰都作了规定，测量这些指标可采用信号发生器中产生的CCITT0.33音频测试序列，在IRD音频输出端利用CCITT0.33自动测试选件进行相应音频指标的测量。也可利用音频信号发生器产生的持续时间为1秒的音频信号用音频分析仪进行测量。
10、编码系统的测试包括三大部分
： ①MPEG2/DVB标准一致性测试，采用码流分析仪进行各项参数的分析。
②主观评价，采用CCETT的测试序列带，用双重刺激连续质量评分法进行。
③系统视、音频指标的测量及符号率变化范围和产品兼容性等性能指标的测量。
11、对于目前直播卫星系统使用的IRD，除了符合暂行技术要求所规定的性能指标外，还必须具有智能卡，解出授权管理信息(EMM：Entitlement Management Message)方能解出图像和伴音信号。
直至目前为止，已有10多家IRD和编解码系统通过入网检测，拿到了广电总局入网证书，对我国2000年前解决村村通广播电视提供了大量可信的产品。