廣播電視衛星信號的數字調制解調技術探究

任 蕊

(甘肅廣播電視局無線傳輸中心711 臺,甘肅 蘭州 730000)

0 引言

廣播電視衛星信號對于社會發展和進步起到了非常重要的作用,隨著科學技術的發展,人們對廣播電視衛星信號的質量等方面也提出了更高的要求。 廣播電視衛星信號的數字調制解調技術,可以有效地將廣播電視衛星信號中的載波按照需求進行調制,確保衛星數字信號可以實現正常高效的傳播。 從現階段的廣播電視衛星運行的實際情況來看,廣播電視衛星系統主要通過運用衛星數字調制解調技術來滿足信息傳播的實際需求[1]。 但是,隨著社會的發展,傳統的廣播電視衛星信號的調制技術已經無法滿足當前社會發展的實際需求,因此建立起了多進制的數字調制術,使信息傳輸的效率和頻帶的利用率都得到了極大提升。

1 廣播電視衛星數字信號調制技術概述及原理

1.1 數字調制技術的定義及要求

數字調制技術是指在廣播電視衛星信號系統中,通過特定的方式處理信號源中的編碼信息,使傳輸的信息數據可以更好地滿足社會生產發展,這一過程中經過調制的信號叫做帶通信號。 通過調制的方式可以讓信號系統中的高頻載波隨著信號的變化做出相應的轉變。 數字解調技術將基帶信號從載波中提取調制后,再對信號進行初步處理,從而便于接收方更加高效地提取信號中的有關內容[2]。 基礎的數字調制技術主要包括幅度的鍵控、信號平移的鍵控以及相移的鍵控,這3 種控制方式通過對信號的調整實現對載波的幅度、頻率以及相位參數的控制,從而更好地完成調制工作。

數字調制技術對廣播電視衛星信號進行調整時,首先,應將傳送信息的基帶信號調整到相應的頻段信道上,這種情況下的信號傳輸可以確保信號源和信道特性之間的契合;其次,要實現抗干擾,在調制技術應用的過程中,要求調波功率譜的主瓣盡可能地占據更多的信號能量,波瓣盡量狹窄,從而確保其有較強的抗干擾能力[3];最后,在數字調制技術進行解調的過程中,應最大限度地提高頻帶的利用率,使單位頻帶內部的信息量得到相應的提升。

1.2 數字調制技術的運行原理

在廣播電視衛星系統運行的過程中,系統內部的濾波器會自動對衛星信號進行接收和傳送,衛星中接收信號和傳送信號的端口具有帶限特點。 同時,廣播衛星系統中,具有高功率的信號發射器設備和信號轉換發射器中的放大裝置采取的工作方式都是非線性的,這種工作方式會使得廣播衛星信號系統帶有非線性的特征,所以廣播衛星系統中的信號通道就具備了帶限性和非線性的特點。 廣播電視衛星數字信號調制技術進行數字信號調制的過程中,主要依賴PSK 來實現對數字信號的調制,PSK 在運行時,本質上是通過相應手段推動相位波動實現信息的處理[4]。

廣播電視衛星數字信號調制技術在本質上就是推動載波中的相位發生特定方式的移動,并通過這種移動進行制定信息的傳輸,這一過程中涉及的二進制信號和載波之間呈現有機結合的特點。 應用信息調制技術的過程中,信息傳輸的開始是通過一組在不同時間進行同一頻率的震動而實現的。 當一組載波在同一時間內達到了頻率的最高點或者是處于同一震動頻率時,兩者將會進入相同的狀態。 而如果載波中的一方數值發生了變化,兩者就會退出這樣特殊的狀態。 如果兩個載波中的一個載波達到了最高峰值而另一個載波進入最低值,這種情況被稱之為反相。 反相情況下,利用二進制數字1 和0 就可以將相位進行全面的控制,通過相位的變更可以讓衛星信號的載波發生特定的相位移動,從而使得載波出現特定的波動,然后將特定的信息進行傳達。

2 廣播電視衛星信號數字調制問題原因分析

2.1 衛星信號的干擾

從我國社會發展的實際情況看,日常生產生活中,國內的廣播電視衛星用戶經常會出現無法正常接收電視信號的情況,其根本原因就是因為衛星的波形失真,導致衛星信號受到干擾。 衛星信號出現干擾的根源主要是正交干擾和碼間干擾,正交干擾的主要原因是信號傳送線出現失真,導致信號受到干擾,從而使普通的用戶無法正常接收到廣播電視衛星信號;碼間干擾主要是因為受到信號帶寬的約束以及出現了線性失真和線性振幅失真的情況。

2.2 噪聲產生的干擾

廣播電視衛星系統中的信號在進行傳送時,容易受到各種外界因素的影響,出現噪聲干擾。 一旦出現噪聲干擾,普通用戶將無法正常、準確地接收到廣播電視衛星數字信號。 廣播電視衛星系統運行過程中產生噪聲干擾的原因很多,例如客戶端接口與系統相匹配時,發出的信號會產生噪聲干擾、載波抖動的情況,本振源信號也會產生一定的噪聲干擾。 廣播電視衛星信號系統內部的載波出現了較大的波動,會使衛星信號也出現相應的變動,從而信號的強度出現降低。 信號在傳送的過程中,如果各接口之間無法實現完全的匹配,會導致衛星系統內部的信號傳輸難以保障信息數據可以按照計劃完成傳輸,即使完成信號傳輸也很難保證信息的完整和準確。 此外,衛星信號在接收和發送過程中產生的震動也會出現噪聲干擾,主要是與相位之間息息相關。 一旦相位發生變化,會使衛星信號的穩定性受到影響,不利于廣播電視衛星系統的正常運行。

2.3 正弦載波相位偏離預設軌道

廣播電視衛星系統在對衛星信號進行調制時,一般都通過QPSK 的方式實現,可以更加高效、準確地進行數據傳輸。 這種情況下,如果出現正弦載波的相位偏離,衛星內部解調器的輸出頻率和效率都會受到一定影響,從而使有關數據計算出現錯誤,導致衛星信號難以準確傳輸。

2.4 電平出現漂移

廣播電視衛星系統在運行過程中易受到各類外部因素的影響,許多外部因素會導致系統內部出現電平漂移,主要有以下幾個方面的原因:(1)廣播電視衛星系統服務器外部環境發生了劇烈的變化,使系統無法正常地按照預設方案運行。 (2)系統電壓無法滿足運行的實際需求。 廣播電視衛星系統正常運行過程中,對于電壓的穩定性要求非常高,如果電壓出現較大變化,整個系統的運行會受到影響。 (3)有關設備元器件的老化會使電平出現漂移,使整體的信號強度降低,不利于正常運行。

3 廣播電視衛星信號數字調制解決方法概述

在進行相位調制的過程中,如果階數出現增加,數字的相位階位也會隨之產生變化,與此同時,衛星頻道中的頻率也會出現極大增長。 一旦出現這種情況,衛星系統內的干擾功能將會出現降低,同時衛星系統的復雜性會直接在數字調制器中進行體現。 從我國現階段使用的廣播電視衛星信號數字調制實際情況來看,所使用的調制方法主要包含二進制、四進制和八進制的相位鍵控。

3.1 二進制的相位鍵控

我國現階段使用的二進制相位鍵控可以劃分為BPSK 和2DPSK 兩種類型。 在二進制的模式下,所有的數據信號都是通過1 和0 兩個數字進行表示。 廣播電視衛星信號系統在接收信號后,會以二進制的運行模式將信號轉化為1 和0,再通過信號轉換器將初始信號轉化為1 和1。 此時,要把經過轉換器轉換的信號與衛星載波之間進行相乘,從而形成BPSK 信號。 對于沒有通過調制的衛星載波信號進行調制時,首先需要通過BPSK 進行轉化,再通過調節技術對信號進行調節,這一過程必須確保衛星的載波和調節的信號之間的頻率相同,如果無法實現同步,信號轉換過程中會出現轉化出其他錯誤信號的情況,解決這一問題主要通過2DPSK。 2DPSK 在運行過程中,為了確保衛星系統在運行時可以正常地將有關信息準確地進行傳播,需要對衛星載波相位內的絕對值進行更好的控制和運用,所以2DPSK 又被稱為絕對調相。 要讓2DPSK 實現對于相位的調控,必須將差分編碼應用到衛星數字信號的基帶內,通過這種相對碼來取代絕對碼,以此實現絕對的相位調控。

3.2 四進制的相位鍵控

四進制的相位鍵控分為QPSK 和QDPSK 兩類。在應用QPSK 進行信號轉化時,必須對4 種不同的衛星載波進行充分運用。 大多數情況下,二進制的數據都會被應用在調制器的數據庫中。 在正常運行的情況下,應當保證二進制的數字可以配合四進制的衛星載波相位,利用四進制的方式計算出的有關數據代替二進制的方式計算出的數據。 所以,將二進制模式下計算出的信息數據做好分組,根據二進制的性質將數據直接劃分為00,01,10 和11 4 類,通常情況下稱為比特馬元。 實際應用過程中,可以通過比特碼元對四進制內產生的負荷作出充分的解釋,應用四進制進行相位鍵控時可以根據特定的順序傳輸比特碼元。

QDPSK 指的是在廣播電視衛星系統正常進行過程中,進行衛星通信數據的傳輸時,把衛星內載波的相位變化進行充分記錄和應用,將衛星在運行中接收的信息,用差分碼取代差分編碼,實現絕對調相。 相對于QPSK,QDPSK 在實際應用過程中,對編碼轉換器可以起到更好的作用,同時還可以把2DPSK 的衛星信號包含在內。

3.3 八進制的相位鍵控

八進制的相位鍵控分為8PSK 和8DPSK。 在應用8PSK 時,受到八進制影響,衛星接收的數字信號必須在衛星載波中呈現出8 種不同的相位。 如果接收的是二進制衛星信號,在二進制衛星信號輸入到衛星后,需要通過相應的串并,并且串并時需要利用三比特碼和特殊符號實現,二進制信號串并的變化將在比特序列內體現。 在衛星上的控制微信信道為A,同相衛星信道為I,正交衛星信道則為Q。 二進制模式下的衛星信號轉化器在對信號進行轉化工作時,可以將同相衛星信道和控制衛星信道內蘊含的信息進行特定的轉化。在實際應用時,8PSK 的衛星信號經常會出現接收信號較為模糊的現象,這會使廣播電視衛星信號的傳輸質量受到一定影響。 要盡可能地在廣播電視衛星系統運行的過程中降低信號模糊,就必須要充分地發揮出八進制的相位鍵控的作用,對信號進行調制。 8DPSK 還會充分應用鄰近的其他碼元載波,此時的數字衛星信號必須進行相應的轉變,需要將衛星接收的二進制數字信號序列進行絕對調相,同時還需要利用差分碼來替代差分編碼。

二進制、四進制和八進制是當前主要使用的廣播電視衛星信號調制技術,雖然這幾類廣播電視衛星信號數字調制方法之間存在一定的區別,但在本質上還是有著非常多的相似之處。 通過調制方法進行相位的鍵控時,相位數字的變化也會使得廣播電視衛星信號的抗干擾能力發生變化。 相移鍵控的頻帶利用率會隨著相位數的增加而提高,而當數字相位數增加后,其抗干擾的能力也會隨之降低,如表1 所示。

表1 二/四/八進制相移鍵控的比較情況

4 結語

廣播電視衛星信號的穩定性對于社會的正常發展運行影響巨大,而影響衛星信號穩定的因素有許多。因此,有關部門必須不斷地加強相關研究工作,充分發揮廣播電視衛星系統信號調制解調技術的作用,為廣播電視衛星系統信號的穩定傳播提供有力支持。