廣播傳輸數(shù)字微波與衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)

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【摘要】隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，廣播電視節(jié)目傳播所應(yīng)用的通信技術(shù)變得更為先進，對保證廣播電視節(jié)目質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。本文從數(shù)字微波通信技術(shù)、衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)兩個方面進行深入地分析和討論，可供相關(guān)人員參考。

【關(guān)鍵詞】微波通信；數(shù)字通信；信號傳輸

引言：

當(dāng)前，我國廣播電視信號傳輸還以衛(wèi)星通信、地面微波和光纖電纜為主，光纖電纜傳輸可以達(dá)到較高的頻率、較高的頻帶，不會在信號傳輸時產(chǎn)生更大的損耗，具有很強的抗干擾性能，已經(jīng)得到了快速的發(fā)展。數(shù)字微波通信技術(shù)主要用于中短距離信號接入，配套通信設(shè)備被用于其它系統(tǒng)的支撐與接入，衛(wèi)星通信實質(zhì)上也是微波信號傳輸技術(shù)，將信號中繼設(shè)置在地球同步衛(wèi)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(shù)字微波通信、衛(wèi)星數(shù)字通信兩方面進行深入的分析與探討。

一、數(shù)字微波通信技術(shù)

1.1功能與特征

微波信號是運行頻率介于300-300103MHz區(qū)間的無線電波，由于具有頻率高、波長短的特點，可以達(dá)到很高的帶寬，比低頻電波通信有點更多的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)較大的信息容量，衛(wèi)星數(shù)字通信等多運行于微波區(qū)間。數(shù)字微波通信技術(shù)具有建網(wǎng)工期短、組網(wǎng)靈活方便、成本低、通信可靠等優(yōu)勢，是現(xiàn)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(fù)雜，在氣候條件良好、廣電數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量大的平原區(qū)域，多采用光纖電纜通信方式，以數(shù)字微波作為備用措施，如果氣候和地形條件不好的區(qū)域，可以采用數(shù)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(fā)生發(fā)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?shù)膿p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(fā)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(fā)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(fā)信機輸出機功率，Gt、Gr、Lt、Lr是分收發(fā)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(chǎn)生衰減，如果想要達(dá)到遠(yuǎn)距離通信的要求，需要通過中繼方式來實現(xiàn)，也就是使信號頻率進行調(diào)整和放大，避免傳輸?shù)綄ο蟮男盘栕內(nèi)醵鵁o法識別，這就是地面數(shù)字微波進行中續(xù)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(shù)字微波傳輸線路設(shè)置最多的站點，需要每間隔50公里左右就設(shè)置一個中繼站點，為完成有效的信號傳輸，站點數(shù)量需要多大數(shù)十個。中繼站點可以獲取數(shù)字信號，通過濾波和放大再發(fā)送給后面的中繼站，可以更好地保證數(shù)字信號的傳輸質(zhì)量，該種微波傳輸方式也可以被稱作接力傳輸模式。為實現(xiàn)長距離數(shù)字微波廣播電視信號傳輸，可以通過多達(dá)數(shù)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(xiàn)較高質(zhì)量的傳輸。廣播電視信號數(shù)字微波多采用8GHz來實現(xiàn)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(zāi)害影響，是地面有線廣播電視信號傳輸?shù)母行ПＵ鲜侄巍?/p>

1.3數(shù)字微波通信技術(shù)在廣播電視信號傳輸中的運用

數(shù)字微波通信技術(shù)為地面條件下，進行廣播電視信號傳輸應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段，是通過微波信道來完成數(shù)字信號的傳輸，這就要求基帶信號采用數(shù)字信號，建立起完善的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。在進行微波數(shù)字信號傳輸過程中，有用數(shù)字技術(shù)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(dá)到較長的信號傳輸距離。廣播電視臺大多采用多路數(shù)字傳輸終端，該終端設(shè)備有發(fā)送和接收端接口，可以為微波機與光端機進行很好的技術(shù)對接，發(fā)送端可以把傳輸來的模擬信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，也可以把數(shù)字節(jié)目源樣點信號等轉(zhuǎn)變了串行通信的數(shù)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(diào)制機等進行信號傳送，再經(jīng)過微波調(diào)制機進行功率放大，然后利用天線將信號發(fā)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(shù)據(jù)信號，再經(jīng)過每路接口電路恢復(fù)成模擬信號或數(shù)字信號。廣播電視信號，通過播控系統(tǒng)主控機房對數(shù)字信號進行矩陣切換，再將不同的電臺節(jié)目信號發(fā)送到微波信號輸入端，再采用數(shù)字微波終端對信號進行傳送。信號傳輸線路兩端都有用數(shù)字微波傳輸處理設(shè)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(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)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(jù)測試結(jié)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(shè)備進行調(diào)試，達(dá)到理想的通信效果。

二、衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)

2.1功能與特征

衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)是由航天技術(shù)不斷發(fā)展而來的，是將電子技術(shù)與航天技術(shù)進行結(jié)合的產(chǎn)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(wèi)星作為是數(shù)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(wèi)星實現(xiàn)長距離、大容量的通信，通信衛(wèi)星位于距離地球赤道3.6萬里上空，運行速度與地球自轉(zhuǎn)速度保持同步，為靜止通信衛(wèi)星，地面站點與衛(wèi)星通訊就變得更為容易。隨著數(shù)字通信技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)字傳輸技術(shù)優(yōu)勢變得更為明顯，可以實現(xiàn)在更為廣泛的覆蓋面，投資建設(shè)成本更低，可以達(dá)到更高的傳輸質(zhì)量，比模擬信號衛(wèi)星更節(jié)省頻率資源，運行成本與維護費用更低，數(shù)字信號更容易處理，可以與計算機技術(shù)進行結(jié)合，便于地面站點的后續(xù)接收與調(diào)制。

2.2通信原理

衛(wèi)星廣播電視傳輸系統(tǒng)為地面衛(wèi)星接收站、上行信號發(fā)射站、測控站點和星載轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成，廣播電視通信衛(wèi)星上安裝C波段、Ku波段信號轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，通過上行站點將廣播電視臺傳輸過來的數(shù)字信號、模擬信號等進行處理、調(diào)制，調(diào)整上行信號頻率，通過大功率放大利用定向天線對通信衛(wèi)生發(fā)射C波段、Ku波段信號，也可以獲取到通信衛(wèi)星下行微波信號，可以對通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)播節(jié)目質(zhì)量星檢驗。星載轉(zhuǎn)發(fā)器可以獲取到地面站點發(fā)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(fā)送到地面信號通信服務(wù)區(qū)域，所以，星載轉(zhuǎn)發(fā)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(zhì)量。廣播電視臺節(jié)目信號利用通信衛(wèi)星將其傳送到世界各地，上行站點系統(tǒng)是保證傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵部分，對信號上行站點有著更高的安全要求，需要每臺設(shè)備都具有較高的穩(wěn)定性、可靠性。當(dāng)上行站點設(shè)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(wèi)星下行頻率比上行增加L波段，上行發(fā)射站點可以對通信衛(wèi)生發(fā)送一路或多路信號，轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置有C、Ku波段信號發(fā)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可以獲取到地面上行發(fā)射站點節(jié)目信號，對通信衛(wèi)星地面接收站點發(fā)送下行信號。上行站點通信設(shè)備中有調(diào)制解調(diào)器、高功率放大器、監(jiān)控系統(tǒng)、天線分系統(tǒng)、上下行變頻器等構(gòu)成。天線分系統(tǒng)為地面上行站點重要通信設(shè)備，會地上行信號質(zhì)量造成很大的影響，天線可以把上行站點發(fā)送功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǎνㄐ判l(wèi)星定點發(fā)射信號，把地球空間通信衛(wèi)生發(fā)射出的微弱信號進行轉(zhuǎn)換處理，再將同頻信號發(fā)送給接收機。高功率放大裝置可以把地面上行站點發(fā)射信號進行最后放大，低噪接收設(shè)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(xiàn)頻譜搬移，調(diào)制解調(diào)器可把廣播電視臺機房信號進行調(diào)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(jiān)控設(shè)備，可以對站點內(nèi)的通信設(shè)備進行監(jiān)控，可以實時了解通信設(shè)備運行狀態(tài)。星載轉(zhuǎn)發(fā)器為通信衛(wèi)星關(guān)鍵構(gòu)成部分，可以使通信衛(wèi)星發(fā)揮出到信號中繼作用，轉(zhuǎn)發(fā)性能會對衛(wèi)星通信質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。需要轉(zhuǎn)發(fā)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(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)器運行噪聲為熱噪聲、非線性噪聲，熱噪聲為轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)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(zhuǎn)發(fā)器獲取到地面站點的信號，再進行前置放大、變頻，對中頻數(shù)字信號進行解調(diào)處理、糾錯編碼處理。再通過信號發(fā)射單元進行數(shù)字調(diào)制、變頻和放大，再將其發(fā)回到地面站點，應(yīng)用處理轉(zhuǎn)發(fā)器可以去除掉噪聲積累，在保證信號通信質(zhì)量的前提下，降低轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)射功率。上、下行通信線路還可以選擇不同的信號調(diào)制模式，可以達(dá)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(wèi)星上完成數(shù)字交換，衛(wèi)生通信原理框見圖1所示。2.3衛(wèi)星數(shù)字通信在廣播傳輸中的運用廣播電視通信衛(wèi)星必須要與地球赤道保持相對靜止，具有精準(zhǔn)位置和姿態(tài)，這樣就不再別外設(shè)置跟蹤衛(wèi)生及具有定功能的接收天線。廣播衛(wèi)星還應(yīng)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(shè)備得到簡化，還要求衛(wèi)星有著較長的使用壽命，較高的穩(wěn)定性、可靠性，這樣可以有效降低節(jié)目信號停播率，也可以防止更換通信衛(wèi)星所帶來的資金浪費。一顆廣播電視通信衛(wèi)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(wèi)星，就可以將廣播電視信號傳送給全世界絕大部分區(qū)域，建立起全球性的廣播電視通訊網(wǎng)。將廣播電視節(jié)目通過數(shù)字矩陣切換送送到衛(wèi)星地面站，備路信號被輸送給微波端機，通過微波通信技術(shù)傳送給赤道上的衛(wèi)星。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車、現(xiàn)場直播車可以將實時發(fā)生新聞事件進行直播，通過高質(zhì)量的無線數(shù)字傳輸來解決應(yīng)急制作和節(jié)目傳播的需要，該技術(shù)節(jié)目采集、制作、傳輸集于一體，可以作為獨立的體系來實現(xiàn)節(jié)目直播、傳送，是一種功能強大的移動微波通信技術(shù)。

三、結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字通信技術(shù)將得到更好地發(fā)展，應(yīng)用范圍也會更為廣闊，多種通信技術(shù)間可以進行優(yōu)勢互補。但隨著廣播電視業(yè)務(wù)發(fā)展，不同語種的節(jié)目也會增多，這就給數(shù)字通信技術(shù)提出了更高的要求，將來的數(shù)字傳輸技術(shù)會有著更高的集成度，節(jié)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