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(jìn)，對(duì)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(gè)方面進(jìn)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(hào)傳輸

引言：

當(dāng)前，我國(guó)廣播電視信號(hào)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(huì)在信號(hào)傳輸時(shí)產(chǎn)生更大的損耗，具有很強(qiáng)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(hào)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(shí)質(zhì)上也是微波信號(hào)傳輸技術(shù)，將信號(hào)中繼設(shè)置在地球同步衛(wèi)星，可以將廣播電視信號(hào)傳送到世界每個(gè)角落。本文主要對(duì)數(shù)字微波通信、衛(wèi)星數(shù)字通信兩方面進(jìn)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(hào)是運(yùn)行頻率介于300-300103MHz區(qū)間的無(wú)線電波，由于具有頻率高、波長(zhǎng)短的特點(diǎn)，可以達(dá)到很高的帶寬，比低頻電波通信有點(diǎn)更多的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)較大的信息容量，衛(wèi)星數(shù)字通信等多運(yùn)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(shì)，是現(xiàn)代廣播電視信號(hào)傳播重要的手段。我國(guó)國(guó)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(hào)在空間傳輸與光波特性比較類以，以直線方式向前運(yùn)行，如果碰到阻擋物就會(huì)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(jì)算公式為，式中d是信號(hào)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(yùn)行頻率單位為GHz，可以將公式簡(jiǎn)化為L(zhǎng)S=92.4+20logd+20logf，所以，傳輸損耗是由宿間距離與發(fā)射頻率來(lái)決定。自由空間下的接收電平計(jì)算公式為Pro=Pt+(Gt+Gr)-(Lt+Lr)-LS，Pt是發(fā)信機(jī)輸出機(jī)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(huì)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(guò)中繼方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，也就是使信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整和放大，避免傳輸?shù)綄?duì)象的信號(hào)變?nèi)醵鵁o(wú)法識(shí)別，這就是地面數(shù)字微波進(jìn)行中續(xù)傳輸模式。微波信號(hào)的終端站點(diǎn)為通信線路兩個(gè)端部，中繼站為數(shù)字微波傳輸線路設(shè)置最多的站點(diǎn)，需要每間隔50公里左右就設(shè)置一個(gè)中繼站點(diǎn)，為完成有效的信號(hào)傳輸，站點(diǎn)數(shù)量需要多大數(shù)十個(gè)。中繼站點(diǎn)可以獲取數(shù)字信號(hào)，通過(guò)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(hào)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離數(shù)字微波廣播電視信號(hào)傳輸，可以通過(guò)多達(dá)數(shù)十次的中繼，這樣就可以將信號(hào)傳送到幾千公里，還可以實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的傳輸。廣播電視信號(hào)數(shù)字微波多采用8GHz來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，通過(guò)微波中繼來(lái)保證信號(hào)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(hào)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(hào)傳輸中的運(yùn)用

數(shù)字微波通信技術(shù)為地面條件下，進(jìn)行廣播電視信號(hào)傳輸應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)手段，是通過(guò)微波信道來(lái)完成數(shù)字信號(hào)的傳輸，這就要求基帶信號(hào)采用數(shù)字信號(hào)，建立起完善的數(shù)字微波通信系統(tǒng)。在進(jìn)行微波數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中，有用數(shù)字技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，可以保證很高的傳輸制裁量，還可以抵抗外界信號(hào)干擾，達(dá)到較長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離。廣播電視臺(tái)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(jī)與光端機(jī)進(jìn)行很好的技術(shù)對(duì)接，發(fā)送端可以把傳輸來(lái)的模擬信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，也可以把數(shù)字節(jié)目源樣點(diǎn)信號(hào)等轉(zhuǎn)變了串行通信的數(shù)字序列，通過(guò)對(duì)信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)編碼，將各自的信號(hào)輸送給微波調(diào)制機(jī)等進(jìn)行信號(hào)傳送，再經(jīng)過(guò)微波調(diào)制機(jī)進(jìn)行功率放大，然后利用天線將信號(hào)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(lái)的信號(hào)再進(jìn)行交織、糾錯(cuò)來(lái)形成樣點(diǎn)信號(hào)、獨(dú)立數(shù)據(jù)信號(hào)，再經(jīng)過(guò)每路接口電路恢復(fù)成模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。廣播電視信號(hào)，通過(guò)播控系統(tǒng)主控機(jī)房對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行矩陣切換，再將不同的電臺(tái)節(jié)目信號(hào)發(fā)送到微波信號(hào)輸入端，再采用數(shù)字微波終端對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳送。信號(hào)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(tái)，另一端安裝到信號(hào)接收方。例如，四川宜賓數(shù)字微波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，采用二級(jí)微波干線，信號(hào)傳輸速率為34Mb/s，為一用一備的傳輸線路，為解決基帶信號(hào)超長(zhǎng)距離傳輸問(wèn)題，對(duì)備用微波通信線路進(jìn)行了模擬，測(cè)試傳輸特性和誤碼性能，根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)選擇通信路徑，確定頻率配置和極化，并對(duì)通信性能進(jìn)行評(píng)估，再對(duì)微波干擾源進(jìn)行分析，制定對(duì)抗干擾辦法，最后對(duì)通信設(shè)備進(jìn)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(lái)的，是將電子技術(shù)與航天技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的產(chǎn)物，具有空間通信諸多特點(diǎn)，不會(huì)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(diǎn)，地面站點(diǎn)作為信號(hào)接受終端，地面站點(diǎn)可以通過(guò)地球通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大容量的通信，通信衛(wèi)星位于距離地球赤道3.6萬(wàn)里上空，運(yùn)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(diǎn)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(shì)變得更為明顯，可以實(shí)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(hào)衛(wèi)星更節(jié)省頻率資源，運(yùn)行成本與維護(hù)費(fèi)用更低，數(shù)字信號(hào)更容易處理，可以與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，便于地面站點(diǎn)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(hào)發(fā)射站、測(cè)控站點(diǎn)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(hào)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)，通過(guò)上行站點(diǎn)將廣播電視臺(tái)傳輸過(guò)來(lái)的數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)等進(jìn)行處理、調(diào)制，調(diào)整上行信號(hào)頻率，通過(guò)大功率放大利用定向天線對(duì)通信衛(wèi)生發(fā)射C波段、Ku波段信號(hào)，也可以獲取到通信衛(wèi)星下行微波信號(hào)，可以對(duì)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)播節(jié)目質(zhì)量星檢驗(yàn)。星載轉(zhuǎn)發(fā)器可以獲取到地面站點(diǎn)發(fā)送的上行微波信號(hào)，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、改變運(yùn)行頻率、再放大，再將信號(hào)發(fā)送到地面信號(hào)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(tái)節(jié)目信號(hào)利用通信衛(wèi)星將其傳送到世界各地，上行站點(diǎn)系統(tǒng)是保證傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵部分，對(duì)信號(hào)上行站點(diǎn)有著更高的安全要求，需要每臺(tái)設(shè)備都具有較高的穩(wěn)定性、可靠性。當(dāng)上行站點(diǎn)設(shè)備存在運(yùn)行故障，則會(huì)引起廣播電視信號(hào)中斷傳送，容易引起不良的社會(huì)影響。地面上行站點(diǎn)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(diǎn)可以對(duì)通信衛(wèi)生發(fā)送一路或多路信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)器設(shè)置有C、Ku波段信號(hào)發(fā)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可以獲取到地面上行發(fā)射站點(diǎn)節(jié)目信號(hào)，對(duì)通信衛(wèi)星地面接收站點(diǎn)發(fā)送下行信號(hào)。上行站點(diǎn)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(diǎn)重要通信設(shè)備，會(huì)地上行信號(hào)質(zhì)量造成很大的影響，天線可以把上行站點(diǎn)發(fā)送功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姶挪ǎ?duì)通信衛(wèi)星定點(diǎn)發(fā)射信號(hào)，把地球空間通信衛(wèi)生發(fā)射出的微弱信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，再將同頻信號(hào)發(fā)送給接收機(jī)。高功率放大裝置可以把地面上行站點(diǎn)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行最后放大，低噪接收設(shè)備對(duì)上行站信號(hào)進(jìn)行首級(jí)放大，上下變頻器可以將信號(hào)在射頻和中頻相互間實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，調(diào)制解調(diào)器可把廣播電視臺(tái)機(jī)房信號(hào)進(jìn)行調(diào)制處理，并向地球空間傳輸微波信號(hào)，可以進(jìn)一步提升微號(hào)信號(hào)傳輸信噪比和抗電磁干擾能力。地面上行站點(diǎn)還需要配置監(jiān)控設(shè)備，可以對(duì)站點(diǎn)內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)了解通信設(shè)備運(yùn)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(hào)中繼作用，轉(zhuǎn)發(fā)性能會(huì)對(duì)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(duì)接收到的地面上行站點(diǎn)信號(hào)行放大和轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)器運(yùn)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(yùn)行噪聲、信號(hào)天線外部噪聲，非性能噪聲為電路或電子元件非線性特點(diǎn)引起的。處理轉(zhuǎn)發(fā)器獲取到地面站點(diǎn)的信號(hào)，再進(jìn)行前置放大、變頻，對(duì)中頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)處理、糾錯(cuò)編碼處理。再通過(guò)信號(hào)發(fā)射單元進(jìn)行數(shù)字調(diào)制、變頻和放大，再將其發(fā)回到地面站點(diǎn)，應(yīng)用處理轉(zhuǎn)發(fā)器可以去除掉噪聲積累，在保證信號(hào)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(hào)調(diào)制模式，可以達(dá)到理想的傳輸效果，并對(duì)基帶信號(hào)信號(hào)進(jìn)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(jiàn)圖1所示。2.3衛(wèi)星數(shù)字通信在廣播傳輸中的運(yùn)用廣播電視通信衛(wèi)星必須要與地球赤道保持相對(duì)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(hào)接收設(shè)備得到簡(jiǎn)化，還要求衛(wèi)星有著較長(zhǎng)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(hào)停播率，也可以防止更換通信衛(wèi)星所帶來(lái)的資金浪費(fèi)。一顆廣播電視通信衛(wèi)星信號(hào)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(hào)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(guò)數(shù)字矩陣切換送送到衛(wèi)星地面站，備路信號(hào)被輸送給微波端機(jī)，通過(guò)微波通信技術(shù)傳送給赤道上的衛(wèi)星。衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)直播車(chē)可以將實(shí)時(shí)發(fā)生新聞事件進(jìn)行直播，通過(guò)高質(zhì)量的無(wú)線數(shù)字傳輸來(lái)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(dú)立的體系來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)目直播、傳送，是一種功能強(qiáng)大的移動(dòng)微波通信技術(shù)。

三、結(jié)束語(yǔ)

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(huì)更為廣闊，多種通信技術(shù)間可以進(jìn)行優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。但隨著廣播電視業(yè)務(wù)發(fā)展，不同語(yǔ)種的節(jié)目也會(huì)增多，這就給數(shù)字通信技術(shù)提出了更高的要求，將來(lái)的數(shù)字傳輸技術(shù)會(huì)有著更高的集成度，節(jié)目信號(hào)傳輸會(huì)更為安全。

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作者：舒杰 單位：國(guó)家廣播電視總局五五三臺(tái)