转他人资料---有线电视卫星接收系统

lxy814

在有线电视系统中，卫星节目信号源占有非常大的比重。以我们前端机房为例，36套节目中就有22套使用了卫星节目作为信号源，如果加上部分重要节目的备份信号，卫星节目达到26套。因此，如何保证卫星信号源的高质量、高可靠性就成为有线电视前端建设、维护中必须考虑的重点问题。本文将结合有线电视卫星接收系统的组成，对各部分设备进行较为详细的说明，同时介绍相关操作及维护事项，仅供同行参考。文中不足之处，敬请批评指正。

一、卫星接收系统的组成
卫星接收系统主要完成对卫星信号的接收，由卫星接收天线、高频头、第一中频电缆、功分器和卫星接收机等几部分组成，有时还包括线路放大器。模拟卫星接收系统和数字卫星接收系统的组成形式是完全一样的，因为两种接收机接收的都是第一中频信号，而第一中频信号为已调波，它属于模拟信号的范畴。
卫星接收系统可以分成室外和室内两部分：室外部分包括卫星接收天线、高频头、第一中频电缆，有时还设有线路放大器；室内部分包括功分器、模拟卫星接收机和数字卫星电视机。其典型连接方框图如下所示。[img]/qzone/newblog/v5/editor/css/loading.gif[/img]
卫星接收天线将广播卫星传送的电磁波接收下来，然后送入高频头。高频头的作用有两个：①低噪声放大。②下变频。由于卫星到地面接收地点的距离在36000km左右，因此卫星天线接收的信号是十分微弱的，故高频头一定要有相当高的增益，同时为了保证接收的质量，高频头内部产生的噪声一定得非常小。在高频头的内部设有低噪声放大器（LNA），它产生的噪声很小，同时又具备足够高的增益，从而兼顾了低噪声和高增益两方面的要求。经过高频头下变频的信号在卫星接收系统中称为第一中频信号，其频率范围是950~1450MHz或950~1750MHz、带宽为500MHz或800MHz，以分别满足C波段和Ku波段转发器的需求，并通过同轴电缆从室外传输到室内。第一中频的频率选择要考虑到地面电视广播的影响，对于我国来说，地面电视广播的上限频率为958MHz，因此我国的卫星接收系统的技术标准选定的卫星接收机的第一中频为970~1470MHz。
第一中频电缆的作用是将卫星信号从室外传送到室内，同时卫星接收机为高频头提供的18V直流电源也是通过第一中频电缆传送的。通常第一中频电缆的长度不超过50m，若卫星天线和前端的距离确实比较远，为了弥补第一中频电缆的衰减，可以安装线路放大器，其供电也由第一中频电缆来提供。
为了充分利用卫星转发器资源，一般每颗卫星都采用极化波复用方式，有水平（H）和垂直（V）两种极化方式的转发器，因此卫星天线应该能接收并输出两种极化方式的信号，然后分别使用两个高频头对信号进行放大和下变频处理，当然也有双极化高频头，其对极化隔离度指标要求较高。
1.卫星接收天线
当前广泛使用的卫星接收天线为抛物面、双曲面天线，当然还有其他赋形天线，如平板天线等。反射面天线是由反射面和馈源两部分组成的，馈源即喇叭口必须精确安装在天线的焦点上，否则接收效率会下降甚至根本接收不到信号。
在工程上通常根据馈源与反射面的相对位置，将反射面天线分为前馈天线、后馈天线和偏馈天线三种。前馈天线的馈源位于反射面的前方，直径在1 ~ 4.5m范围内的卫星接收天线，多采用前馈天线的形式。后馈天线的馈源位于反射面的后方，多为双反射面天线，由主反射面、副反射面和馈源三部分组成，多用作大口径的卫星接收天线或卫星发射天线。偏馈天线的馈源或副反射面偏离反射面的正前方，因此对发射面没有遮挡，故提高了天线的口面效率。由于后馈天线操作维护方便，因此建议在天线选型上当属首选，但价格较高。
天线的口面效率是一项十分重要的参数。不同厂家生产的天线的口径可以一样，但由于工艺、精确度等不同，天线的口面效率来有所差异。从理论上分析，天线的口面效率的最大值约为83%，而实际天线的口面效率通常在50% ~ 70%之间。根据天线的口面效率划分天线档次一般作如下约定：50%为合格，60%为良好，70%的为优秀。
2.高频头
高频头是卫星接收系统中的一个重要部件，通常记为LNB，它的性能好坏直接影响着卫星接收的质量。高频头输出端一般为阴性英制F型接头，第一中频电缆通过此接头与高频头连接在一起。
天线接收的卫星微波信号频率fRF与本振信号频率fOS之差就是我们所需的第一中频信号：fI = | fRF－fOS |。C波段高频头的本振频率是比较统一的，一般都是5150MHz。当本振频率高于信号频率时，称为高本振；而当本振频率低于信号频率时，就称为低本振。目前，因为本振频率不容易做得很高，Ku波段的高频头多采用低本振，而C波段的高频头多采用高本振。比较而言，高本振抗干扰能力较强。
我们知道，C波段卫星的下行频率范围是3700 ~ 4200MHz，这样根据上式得出第一中频信号的频率范围是950 ~ 1450MHz。特别需要说明的是，由于为高本振，位于卫星下行频率范围高端的信号，变成第一中频后则位于第一中频频率范围的低端，反之亦然。
Ku波段高频头的本振频率主要有11250MHz和11300MHz两种。显然，使用不同的本振频率，高频头输出的频率范围不同。
高频头的增益是很高的，其典型数值在60 ~ 70dB之间。其输出阻抗通常为75Ω，必须和卫星接收机的输入阻抗相匹配。另外，高频头的噪声系数和频率稳定度指标非常关键，C波段高频头的噪声系数多用温度系数（°K）表示，而Ku波段多采用分贝（dB）或具体数字表示。不同噪声系数和频率稳定度的高频头，有时价格相差很大。因此大家可以根据不同的要求选用不同档次的高频头，以获得最高的性价比。
3.功分器
由于每台卫星接收机只能输出一套节目的AV信号，因此在模拟电视平台中，如果要同时接收一路第一中频信号中的多个节目的信号，就需要多台卫星接收机，故在室内部分必须要设置功率分配器，简称功分器。
功分器为卫星接收系统中的一个必不可少的组件，其功能是：①将电缆输送到室内的第一中频信号平均分配为若干路，提供给各个卫星接收机，②对各个卫星接收机之间进行有效隔离，以减少由各接收机本振泄漏引起的相互干扰。
从结构上看，功分器可分为无源功分器和有源功分器两大类，所谓有源是指内部有放大器以补偿功分器对信号功率的衰减。根据输出的端口数目，常见的功分器可以分为二功分器、三功分器、四功分器、八功分器、十二功分器等等。根据其向高频头供电的端口数，又可分为“单路通”和“路路通”两种。由于每台卫星接收机提供的直流电源电压不可能绝对相同，如果功分器内部设计不合理，各路电源之间就会产生压降，从而影响功分器的稳定性、可靠性，因此不建议使用“路路通”类型的功分器。
插入损耗和隔离度是功分器的主要特性参数。接入损耗L是指功分器的输入信号电平与输出信号电平之差。隔离度S是针对卫星接收机输入端口输出的本振泄漏来说的，这种干扰信号从功分器的一个输出端口反向输入，通过功分器对其他的卫星接收机产生影响。各个厂家的功分器主要在这两个指标上有所差异，但稳定性和可靠性也不容忽视。
4. 卫星接收机
从工作原理上分析，模拟卫星接收机和数字卫星接收机都是属于超外差式接收机，其变频、中放、自动增益控制（AGC）等部分的功能和构成类似。
卫星接收机输入信号的大小很不稳定，为了确保输出信号的质量，在卫星接收机中一般设置自动增益控制（AGC），其主要作用有：
①当输入信号在较大范围内变化时，确保输出信号相对稳定。
②提供卫星接收机的信号强度指示，作为调整卫星接收天线的依据。
卫星接收机输入的是第一中频信号（通常记为RF），输出的是音频信号、视频信号、广播和数据信号。为滤除带外干扰和镜像干扰，LNB信号进入接收机后，要经过带阻跟踪滤波器（跟踪所要接收的每一节目的第一中频信号）和带通滤波器；然后经二混频，输出第二中频信号。这里需要强调的是，二中频频率固定，这就要通过AFC调整第二本振。第二中频信号经带通滤波器进一步滤除带外干扰，其后面信号处理部分数字信号接收和模拟信号接收有所不同：
模拟卫星接收机中放后面是调频解调器（通常为鉴频器），它的输出为基带信号（BB），基带信号由视频信号和伴音副载波两部分组成。使用低通滤波器将视频信号分离出来，进行去能量扩散和检波等视频处理；使用高通滤波器将伴音副载波分离出来，然后进行伴音变频，生成伴音中频，进而进行伴音解调、音频去加重、音频放大，最后得到音频信号。
数字卫星接收机的变频和中放部分与模拟卫星接收机是相同的，然后经过QPSK解调、信道解码和信源解码，输出模拟的视频信号和音频信号，带有ASI接口的，还可以输出TS流信号。
5.卫星传输链路的计算：EIRP、G/T值、门限余量、降雨余量
⑴卫星传输链路的计算
1 自由空间的传播损耗LF=10log([img]/qzone/newblog/v5/editor/css/loading.gif[/img] )2 =92.4+20logdF
d：传输距离，单位Km     F：信号频率，单位GHz
d=h√1+0.42(1-cosφrcosλd)   
φr：接收点纬度,经度差：λd=λr-λs
②天线仰角[img]/qzone/newblog/v5/editor/css/loading.gif[/img]
③方位角  AZ=arctg(tgλd/sinφr) 正值为南偏西，负值南偏东
⑵ EIRP=PT×GT ：全向有效辐射功率(一般为29～31dBw)
   PT ：卫星天线发射功率，GT：卫星天线增益
⑶ PR=EIRP-LF-Lf+GR
Lf ：附加损耗，接收天线增益：GR =(πd/λ)2×η，η：天线效率
⑷衡量接收系统的能力有两个因素：①、接收天线的增益GR，越大表示接收的功率越强；②、系统的等效噪声温度T，越小说明系统的等效噪声越小。所以通常用GR /T表示地面站的接收能力，称为地面站的性能指数，亦称品质因数。[img]/qzone/newblog/v5/editor/css/loading.gif[/img]
基础热噪声Pno=kTBn
k:波尔兹曼常数，k=1.38×10-23J/K；B：噪声带宽
我国规定，Ｃ波段GR /T≥25+20log（f/4） (dB/K)  f:GHz
⑸卫星通信系统的C/T值:为便于计算C/N，引入C/T即载波功率与噪声温度比，C/N与C/T的关系:
C/N=C/T-10log(kB)
⑹门限余量：对调频波而言，当输入C/N小到一定程度时，解调后的S/N急剧变坏，无法使用。此时的C/N值叫调频门限值。所谓门限扩张指将要求的C/N再减小一些。与曲线的直线部分相比，S/N下降1dB时对应的C/N称为门限电平。
⑺降雨余量（雨致衰减）:降雨、雪等气候时，电波穿过降雨区，雨滴、雪片对电波将会造成吸收和散射，造成雨衰，常会引起C/N的变化。为不使C/N低于门限电平，设计时应使C/N留有一定的余量(1.5～2.5dB)，称为降雨余量。
6.调频制卫星广播基带频谱的安排:
当前我国PAL-D制式扫描行数为625行，彩色副载频为4.43MHz，视频带宽6MHz，伴音副载频6.5MHz(我国6.6MHz)。
[img]/qzone/newblog/v5/editor/css/loading.gif[/img]
7. N1CAM728数字音频技术
NICAM是英文Near Instantaneous Companded Audio Multiples(准瞬时压扩声音复用)缩写,是70年代初期英国BBC研制、试验的经数字编码、数字调制在电视频道中通过增加第二副载频（7.28MHz，见上图）附加两路数字伴音的电视广播制式，以充分利用电视广播频道中的空闲频谱并改善其传输质量。声音信号采用准瞬时压扩编码技术,每路取样频率为32KHz,每样值经压缩编码后为11bit,传输码率为728bit/s。每728bit组成一帧,占1ms。其中,帧定位字占8bit,业务类别控制码5bit,附加预留11bit,声音信号编码704bit，其副载频调制方式采用差分编码四相移键控(DQPSK),可传一路立体声或二路单声道广播节目、或一路单声道广播和一路325kbit/s数据、或一路704kbit/s数据。
工作原理： NICAM728数字声制式，在发送端先把声音信号进行预加重。采样量化(A/D变换),准瞬时压扩，两路单声或立体声左右声道合成，交织处理,能量扩散,加扰,NICAM编码,调制(DQPSK)和末级处理,最后发送出去。接收和处理NICAM728信号，是上述发送处理的逆过程,把卫星接收机输出的基带信号进行解调和解码,还原成两路伴音或立体声，输出高质量的声音信号。