廣播傳輸數字微波與衛星數字通信技術
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【摘要】隨著通信技術的不斷發展，廣播電視節目傳播所應用的通信技術變得更為先進，對保證廣播電視節目質量發揮著重要作用。本文從數字微波通信技術、衛星數字通信技術兩個方面進行深入地分析和討論，可供相關人員參考。
【關鍵詞】微波通信；數字通信；信號傳輸
引言：
當前，我國廣播電視信號傳輸還以衛星通信、地面微波和光纖電纜為主，光纖電纜傳輸可以達到較高的頻率、較高的頻帶，不會在信號傳輸時產生更大的損耗，具有很強的抗干擾性能，已經得到了快速的發展。數字微波通信技術主要用于中短距離信號接入，配套通信設備被用于其它系統的支撐與接入，衛星通信實質上也是微波信號傳輸技術，將信號中繼設置在地球同步衛星，可以將廣播電視信號傳送到世界每個角落。本文主要對數字微波通信、衛星數字通信兩方面進行深入的分析與探討。
一、數字微波通信技術
1.1功能與特征
微波信號是運行頻率介于300-300103MHz區間的無線電波，由于具有頻率高、波長短的特點，可以達到很高的帶寬，比低頻電波通信有點更多的優勢，可以實現較大的信息容量，衛星數字通信等多運行于微波區間。數字微波通信技術具有建網工期短、組網靈活方便、成本低、通信可靠等優勢，是現代廣播電視信號傳播重要的手段。我國國土面積遼闊、地形條件復雜，在氣候條件良好、廣電數據業務量大的平原區域，多采用光纖電纜通信方式，以數字微波作為備用措施，如果氣候和地形條件不好的區域，可以采用數字微波通信。
1.2通信原理
微波信號在空間傳輸與光波特性比較類以，以直線方式向前運行，如果碰到阻擋物就會發生發射或阻斷，所以，該種通信方式為視距通信，視距通信受到地面因素影響比較大，電波在自由空間傳輸的損耗計算公式為，式中d是信號源至宿間距離，單位為m，f是電波發射頻率，單位為Hz，C為光速，LS是空間損耗，單位為dB，如果距離單位為km，運行頻率單位為GHz，可以將公式簡化為LS=92.4+20logd+20logf，所以，傳輸損耗是由宿間距離與發射頻率來決定。自由空間下的接收電平計算公式為Pro=Pt+(Gt+Gr)-(Lt+Lr)-LS，Pt是發信機輸出機功率，Gt、Gr、Lt、Lr是分收發饋線損耗，LS為自由空間損耗。微波在空間傳播還會受到地球曲面及空間傳輸產生衰減，如果想要達到遠距離通信的要求，需要通過中繼方式來實現，也就是使信號頻率進行調整和放大，避免傳輸到對象的信號變弱而無法識別，這就是地面數字微波進行中續傳輸模式。微波信號的終端站點為通信線路兩個端部，中繼站為數字微波傳輸線路設置最多的站點，需要每間隔50公里左右就設置一個中繼站點，為完成有效的信號傳輸，站點數量需要多大數十個。中繼站點可以獲取數字信號，通過濾波和放大再發送給后面的中繼站，可以更好地保證數字信號的傳輸質量，該種微波傳輸方式也可以被稱作接力傳輸模式。為實現長距離數字微波廣播電視信號傳輸，可以通過多達數十次的中繼，這樣就可以將信號傳送到幾千公里，還可以實現較高質量的傳輸。廣播電視信號數字微波多采用8GHz來實現信號傳輸，通過微波中繼來保證信號傳輸，可以避免受到自然災害影響，是地面有線廣播電視信號傳輸的更有效保障手段。
1.3數字微波通信技術在廣播電視信號傳輸中的運用
數字微波通信技術為地面條件下，進行廣播電視信號傳輸應用最為廣泛的技術手段，是通過微波信道來完成數字信號的傳輸，這就要求基帶信號采用數字信號，建立起完善的數字微波通信系統。在進行微波數字信號傳輸過程中，有用數字技術對信號進行處理，可以保證很高的傳輸制裁量，還可以抵抗外界信號干擾，達到較長的信號傳輸距離。廣播電視臺大多采用多路數字傳輸終端，該終端設備有發送和接收端接口，可以為微波機與光端機進行很好的技術對接，發送端可以把傳輸來的模擬信號通過模數轉換轉變為數字信號，也可以把數字節目源樣點信號等轉變了串行通信的數字序列，通過對信號進行糾錯編碼，將各自的信號輸送給微波調制機等進行信號傳送，再經過微波調制機進行功率放大，然后利用天線將信號發送出去。接收端將獲取到的碼流完成信道解碼，解析出來的信號再進行交織、糾錯來形成樣點信號、獨立數據信號，再經過每路接口電路恢復成模擬信號或數字信號。廣播電視信號，通過播控系統主控機房對數字信號進行矩陣切換，再將不同的電臺節目信號發送到微波信號輸入端，再采用數字微波終端對信號進行傳送。信號傳輸線路兩端都有用數字微波傳輸處理設備，一端安裝于廣播電視臺，另一端安裝到信號接收方。例如，四川宜賓數字微波通信系統設計，采用二級微波干線，信號傳輸速率為34Mb/s，為一用一備的傳輸線路，為解決基帶信號超長距離傳輸問題，對備用微波通信線路進行了模擬，測試傳輸特性和誤碼性能，根據測試結果對選擇通信路徑，確定頻率配置和極化，并對通信性能進行評估，再對微波干擾源進行分析，制定對抗干擾辦法，最后對通信設備進行調試，達到理想的通信效果。
二、衛星數字通信技術
2.1功能與特征
衛星數字通信技術是由航天技術不斷發展而來的，是將電子技術與航天技術進行結合的產物，具有空間通信諸多特點，不會受到地面條件的影響。將地球衛星作為是數字通信的中繼站點，地面站點作為信號接受終端，地面站點可以通過地球通信衛星實現長距離、大容量的通信，通信衛星位于距離地球赤道3.6萬里上空，運行速度與地球自轉速度保持同步，為靜止通信衛星，地面站點與衛星通訊就變得更為容易。隨著數字通信技術的不斷發展，衛星數字傳輸技術優勢變得更為明顯，可以實現在更為廣泛的覆蓋面，投資建設成本更低，可以達到更高的傳輸質量，比模擬信號衛星更節省頻率資源，運行成本與維護費用更低，數字信號更容易處理，可以與計算機技術進行結合，便于地面站點的后續接收與調制。
2.2通信原理
衛星廣播電視傳輸系統為地面衛星接收站、上行信號發射站、測控站點和星載轉發器構成，廣播電視通信衛星上安裝C波段、Ku波段信號轉發系統，通過上行站點將廣播電視臺傳輸過來的數字信號、模擬信號等進行處理、調制，調整上行信號頻率，通過大功率放大利用定向天線對通信衛生發射C波段、Ku波段信號，也可以獲取到通信衛星下行微波信號，可以對通信衛星轉播節目質量星檢驗。星載轉發器可以獲取到地面站點發送的上行微波信號，再對信號進行放大、改變運行頻率、再放大，再將信號發送到地面信號通信服務區域，所以，星載轉發器也就是在地球空間中作為中繼站，更好地降低附加噪聲及失真，更好地保證廣播電視傳播質量。廣播電視臺節目信號利用通信衛星將其傳送到世界各地，上行站點系統是保證傳輸質量的關鍵部分，對信號上行站點有著更高的安全要求，需要每臺設備都具有較高的穩定性、可靠性。當上行站點設備存在運行故障，則會引起廣播電視信號中斷傳送，容易引起不良的社會影響。地面上行站點頻率采用S、C、Ku和Ka波段，通信衛星下行頻率比上行增加L波段，上行發射站點可以對通信衛生發送一路或多路信號，轉發器設置有C、Ku波段信號發轉系統，可以獲取到地面上行發射站點節目信號，對通信衛星地面接收站點發送下行信號。上行站點通信設備中有調制解調器、高功率放大器、監控系統、天線分系統、上下行變頻器等構成。天線分系統為地面上行站點重要通信設備，會地上行信號質量造成很大的影響，天線可以把上行站點發送功率轉變為電磁波，并對通信衛星定點發射信號，把地球空間通信衛生發射出的微弱信號進行轉換處理，再將同頻信號發送給接收機。高功率放大裝置可以把地面上行站點發射信號進行最后放大，低噪接收設備對上行站信號進行首級放大，上下變頻器可以將信號在射頻和中頻相互間實現頻譜搬移，調制解調器可把廣播電視臺機房信號進行調制處理，并向地球空間傳輸微波信號，可以進一步提升微號信號傳輸信噪比和抗電磁干擾能力。地面上行站點還需要配置監控設備，可以對站點內的通信設備進行監控，可以實時了解通信設備運行狀態。星載轉發器為通信衛星關鍵構成部分，可以使通信衛星發揮出到信號中繼作用，轉發性能會對衛星通信質量產生很大的影響。需要轉發器具備很小的附加噪聲和失真，這樣才能更好地對接收到的地面上行站點信號行放大和轉發。轉發器運行噪聲為熱噪聲、非線性噪聲，熱噪聲為轉發器內部運行噪聲、信號天線外部噪聲，非性能噪聲為電路或電子元件非線性特點引起的。處理轉發器獲取到地面站點的信號，再進行前置放大、變頻，對中頻數字信號進行解調處理、糾錯編碼處理。再通過信號發射單元進行數字調制、變頻和放大，再將其發回到地面站點，應用處理轉發器可以去除掉噪聲積累，在保證信號通信質量的前提下，降低轉發器發射功率。上、下行通信線路還可以選擇不同的信號調制模式，可以達到理想的傳輸效果，并對基帶信號信號進行多種處理，可以在通信衛星上完成數字交換，衛生通信原理框見圖1所示。2.3衛星數字通信在廣播傳輸中的運用廣播電視通信衛星必須要與地球赤道保持相對靜止，具有精準位置和姿態，這樣就不再別外設置跟蹤衛生及具有定功能的接收天線。廣播衛星還應該具有足夠大的輻射功率，這樣就可以使地面微波信號接收設備得到簡化，還要求衛星有著較長的使用壽命，較高的穩定性、可靠性，這樣可以有效降低節目信號停播率，也可以防止更換通信衛星所帶來的資金浪費。一顆廣播電視通信衛星信號可以將地面30%覆蓋，如果地球赤道空間間隔120°放置三顆通信衛星，就可以將廣播電視信號傳送給全世界絕大部分區域，建立起全球性的廣播電視通訊網。將廣播電視節目通過數字矩陣切換送送到衛星地面站，備路信號被輸送給微波端機，通過微波通信技術傳送給赤道上的衛星。衛星轉播車、現場直播車可以將實時發生新聞事件進行直播，通過高質量的無線數字傳輸來解決應急制作和節目傳播的需要，該技術節目采集、制作、傳輸集于一體，可以作為獨立的體系來實現節目直播、傳送，是一種功能強大的移動微波通信技術。
三、結束語
綜上所述，隨著科學技術的不斷發展，數字通信技術將得到更好地發展，應用范圍也會更為廣闊，多種通信技術間可以進行優勢互補。但隨著廣播電視業務發展，不同語種的節目也會增多，這就給數字通信技術提出了更高的要求，將來的數字傳輸技術會有著更高的集成度，節目信號傳輸會更為安全。
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作者：舒杰 單位：國家廣播電視總局五五三臺
