【正文】 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)分析與測試廣播電視規(guī)劃院2012年12月目錄1. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)介紹2. 衛(wèi)星數(shù)字電視地球站的構成3. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)測試簡介4. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)驗收技術指標測試－射頻5. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)驗收技術指標測試－視音頻6. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)驗收技術指標測試－碼流分析7. 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)驗收技術指標測試－接收系統(tǒng)設備8. 驗收測試問題總結9. 結束語衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)分析與測試――劉長占 教授級高工――廣播電視規(guī)劃院一 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)介紹利用衛(wèi)星傳輸廣播電視節(jié)目是衛(wèi)星應用技術的重大發(fā)展，衛(wèi)星通信同現(xiàn)在常用的電纜通信、微波通信等相比，有較多的優(yōu)點，基本可概括為以下幾個字： 遠：是指衛(wèi)星通信的距離遠。俗話說，“站得高，看得遠”，同步通信衛(wèi)星可以“看”到地球最大跨度達一萬八千余公里。在這個覆蓋區(qū)的任意兩點都可通過衛(wèi)星進行通信，而微波通信一般是50里左右設一個中繼站，一顆同步通信衛(wèi)星的覆蓋距離相當于300多個微波中繼站。 多：指通信路數(shù)多、容量大。一顆現(xiàn)代通信衛(wèi)星，可攜帶幾十個轉發(fā)器、可提供幾十路電視和成千上萬路電話。好：指通信質量好、可靠性高。衛(wèi)星通信的傳輸環(huán)節(jié)少，不受地理條件和氣象的影響，可獲得高質量的通信信號。 活：指運用靈活、適應性強。它不僅能實現(xiàn)陸上任意兩點間的通信，而且能實現(xiàn)船與船、船與岸上、空中與陸地之間的通信，它可以結成一個多方向、多點的立體通信網。 省：是指成本低。在同樣容量、同樣距離的條件下，衛(wèi)星通信和其他通信設備相比，所耗的資金少，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的造價并不隨通信距離的增加而提高，隨著設計和工藝的成熟，成本還在降低。 衛(wèi)星電視廣播的發(fā)展經歷了三個階段： （1）低功率衛(wèi)星 在起步階段，采用上行頻率為6GHz頻段，下行頻率為4GHz頻段的C波段衛(wèi)星，其衛(wèi)星發(fā)射的等效全向輻射功率（EIRPs）33dBW。它的地面站天線口徑為10英尺（）。由于價格較高，且安裝架設一個數(shù)3米站，對站址有一定要求，所以要把它推廣到個體接收，有一定的困難。 （2）中功率衛(wèi)星 從1983起，采用了Ku波段衛(wèi)星，其EIRPs＝47dBW，較之以前提高了很多，提高的原因，主要是因為頻率升高以后，相同口徑的衛(wèi)星天線的增益大為提高（天線增益正比于頻率的平方）。其下行頻率為12GHz頻段，這就使得個體接收的TVRO大大發(fā)展起來，很多私人家庭中，使用電視機的家庭中，使用衛(wèi)星電視者已占 30％。 （3）高功率衛(wèi)星 EIRPs達54dBW的大功率直播衛(wèi)星，下行頻率仍為12GHz。這樣一來，這將為衛(wèi)星電視進入私人家庭創(chuàng)造了美好的前景。 從衛(wèi)星電視廣播發(fā)展的歷史來看，它經歷了從低功率至犒功率，從C波段到Ku波段過渡，從“差轉型”向“直播型”過渡的過程，天線逐步減小，價格也逐步降低至私人家庭可承受的水平，終于從集體接收方式發(fā)展到了個體接收方式而進入了家庭。衛(wèi)星電視廣播現(xiàn)的主要應用：一是分衛(wèi)星電視節(jié)目分配、二是特定節(jié)目傳輸、三是廣播電視節(jié)目廣播。我國的衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)的視頻壓縮格式采用的是MPEG2，音頻頻壓縮格式采用的是MPEG1層II，信道編碼與調制采用的DVBS制式。在一個衛(wèi)星轉發(fā)器內，可以根據(jù)需要使用SCPC或MCPC方式開展衛(wèi)星電視節(jié)目的傳輸。衛(wèi)星數(shù)字電視上行系統(tǒng)的主要由編碼器、復用器、調制器、上變頻器、高功放和發(fā)射天線組成，下行系統(tǒng)由接收天線、下變頻器和接收機組成。見圖1所示。高功放上變頻器調制器復用器編碼器 V 1A data n電視機衛(wèi)星接收機下變頻器圖1 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)示意框圖衛(wèi)星上行系統(tǒng)的工作流程：編碼器應具有模擬（需要模數(shù)轉換）或數(shù)字視音頻接口，將數(shù)字視頻信號按照MPEG2格式進行壓縮編碼，將數(shù)字音頻信號按照MPEG1層II進行壓縮編碼，與數(shù)據(jù)信號共同打包復用形成TS節(jié)目信號，送入復用器或調制器。復用器將多路節(jié)目或數(shù)據(jù)TS信號再復用成一個新的多業(yè)務TS信號，通過ASI或SPI接口送入調制器。調制器通過RS編碼、交織、維特比編碼、基帶成型和QPSK調制，形成衛(wèi)星中頻（70MHz或140MHz）信號。上變頻器將衛(wèi)星中頻信號變頻到需要的發(fā)射頻率，并將射頻信號放大，為高功放提供激勵。高功放將射頻信號放大到制定的發(fā)射功率，送入發(fā)射天線。衛(wèi)星下行系統(tǒng)的接收天線收到的衛(wèi)星射頻信號，由下變頻器變頻放大后輸出950MHz～1450MHz的衛(wèi)星下行中頻信號，送入接收機解調解碼，恢復成模擬PAL信號或數(shù)字分量信號送入電視機。二 衛(wèi)星數(shù)字廣播電視地球站的構成由于中央、省市衛(wèi)星數(shù)字廣播地球站的機構設置、隸屬關系、業(yè)務類型等因素不同，衛(wèi)星地球站的上行系統(tǒng)的設備配置也不同。主要有三種情況：第一種是衛(wèi)星地球站接收的是已調制中頻信號，其上行系統(tǒng)主要由上變頻器、高功放和發(fā)射天線組成，地球站主要完成衛(wèi)星上行信號發(fā)送任務。第二種是衛(wèi)星地球站接收的是已復用TS流信號，其上行系統(tǒng)主要由調制器、上變頻器、高功放和發(fā)射天線組成，地球站可以通過配置調制器的參數(shù)，優(yōu)化上行系統(tǒng)性能指標。第三種是衛(wèi)星地球站接收的是視音頻信號，其上行系統(tǒng)主要由編碼/復用器、調制器、上變頻器、高功放和發(fā)射天線組成，地球站可以通過復用器、調制器的參數(shù)配置，優(yōu)化上行系統(tǒng)性能指標，靈活配置廣播電視節(jié)目與數(shù)據(jù)業(yè)務。我們以衛(wèi)星地球站的第三種情況為例，介紹衛(wèi)星數(shù)字廣播電視地球站的結構和設備構成。衛(wèi)星地球站的設備主要由節(jié)傳系統(tǒng)、上行系統(tǒng)、天饋線系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、網管系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等組成。圖2為衛(wèi)星廣播地球站上行系統(tǒng)示意圖。目前，省市級電視臺的播出信號基本實現(xiàn)了數(shù)字化，各衛(wèi)星地球站的節(jié)目源主用信號多為SDI信號，為保證播出安全，地球站的節(jié)目源系統(tǒng)應至少兩個不同傳輸路由，最好采用光纜和數(shù)字微波結合形式建立節(jié)傳系統(tǒng)。上行系統(tǒng)、天饋線系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)、網管系統(tǒng)、配電系統(tǒng)圖2 衛(wèi)星廣播地球站上行系統(tǒng)示意圖。 三、衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)測試簡介衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)的測試主要考慮到對衛(wèi)星數(shù)字電視上、下行系統(tǒng)環(huán)節(jié)中的主要系統(tǒng)和設備進行測試，可以通過編碼器、復用器、信道編碼調制器、上變頻器、高功放、下變頻器、衛(wèi)星接收機等系統(tǒng)設備進行測試，檢查衛(wèi)星地球站設備系統(tǒng)的運行狀態(tài)，即使發(fā)現(xiàn)問題，保證系統(tǒng)播出信號的質量。圖3為衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)測試框圖功率計6G/70M測試變頻器微波網絡分析儀數(shù)字錄象機 SDI高功放6G變頻器調制器編碼器視頻信號源復用器 70M 音頻信號源 天線頻譜分析儀 1G解碼器碼流分析與BER測試下變頻器可變衰減器電視接收機衛(wèi)星數(shù)字視頻分析儀音頻分析儀監(jiān)視系統(tǒng)圖像質量評價系統(tǒng)圖3 衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)測試框圖衛(wèi)星數(shù)字電視上行系統(tǒng)的測試可以分為四個部分：系統(tǒng)射頻技術指標、系統(tǒng)音視頻技術指標、碼流分析和天饋系統(tǒng)的測試。衛(wèi)星數(shù)字電視下行系統(tǒng)的測試主要分為接收天線測試、下變頻器測試和衛(wèi)星接收機測試三個部分。四、衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)驗收技術指標測試－射頻部分衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)射頻設備的技術指標測試比較復雜，很多測試項目要求測試條件比較苛刻，必須在專業(yè)的實驗室才能完成測試工作。作為系統(tǒng)驗收測試或日常維護測試，重點是測試反映設備的性能和工作狀態(tài)的技術參數(shù)。由于很多指標與衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)的參數(shù)相關，具體的技術指標要求需根據(jù)實際播出系統(tǒng)特性和參數(shù)提出。下面列出了衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)射頻部分驗收和維護測試常用的測試項目：l 發(fā)射頻率偏差和穩(wěn)定度l 帶內平坦度l 輸出頻譜l 雜散輸出l 相位噪聲l 三階互調l 增益變化與功率穩(wěn)定度針對上述參數(shù)，本文將介紹相應參數(shù)的定義與測試方法。同時本文還將介紹調制器、上變頻器/高功放其它參數(shù)的參數(shù)方法，供業(yè)內人員參考。 頻率偏差和穩(wěn)定度的測試說明：頻率偏差是指調制器載波輸出為單載波時，上行系統(tǒng)射頻輸出頻率與標稱發(fā)射頻率的的差值；頻率穩(wěn)定度是指在一定周期內，上行系統(tǒng)射頻輸出頻率變化最大值與最小值的差值與標稱射頻發(fā)射頻率的比值。測試框圖見圖4所示。匹配負載高功放上變頻器調制器頻率計圖4 頻率偏差和穩(wěn)定度的測試框圖測試方法：把調制器設置為無調制的單載波信號狀態(tài)，將高功放的耦合輸出送入頻率計，讀取的射頻發(fā)射頻率值與標稱發(fā)射頻率之差為頻率偏差；記錄24小時發(fā)射載波頻率的變化值，射頻載波頻率變化的最大差值與標稱載頻之比為頻率穩(wěn)定度。頻率穩(wěn)定度參考技術要求：177。1107/天（14G:1400Hz, 6G:600Hz）影響：由于衛(wèi)星接收機頻率捕捉范圍為177。，一體化下變頻器的頻率精度177。2MHz左右，在實際應用中。 這個指標是由調制器和上變頻器共同影響的，是調制器頻率偏差和上變頻器本振頻率偏差的累計。說明：以發(fā)射載波為中心頻率的一定頻帶(177。18MHz或177。27MHz)內，高功放輸出端的振幅頻率特性。測試框圖見圖5所示。匹配負載高功放上變頻器掃頻信號源頻譜分析儀圖4 帶內平坦度的測試框圖測試方法：方法1：用網絡分析儀和標準測試下變頻器測試上變頻器/高功放系統(tǒng)的幅頻特性。網絡分析儀使用前必須校準，所獲得的幅頻特性扣除測試下變頻器所引入的誤差，就是上變頻器/高功放系統(tǒng)的幅頻特性關系。方法2：在上變頻器/高功放系統(tǒng)正常工作的情況下，把額定電平、規(guī)定帶寬的掃頻信號（與調制器正常工作電平相同）送到上變頻器/高功放系統(tǒng)的輸入端，用頻譜分析儀在高功放的輸出端測量變頻輸出信號的幅度/頻率響應。在測試過程中，要適當設置掃頻信號源的掃頻速度和頻譜分析儀的掃描時間，使頻譜儀顯示的幅頻特性曲線平滑。帶內平坦度參考技術要求：（SCPC）, 1dBpp（MCPC）影響：幅頻特性影響發(fā)射信號的肩帶技術指標，造成發(fā)射信號頻譜特性不平坦，影響接收信號的C/N。說明：上行系統(tǒng)輸出的射頻調制信號的頻譜成形，決定上行系統(tǒng)需要的射頻帶寬。測試框圖見圖6所示。匹配負載高功放上變頻器調制器頻譜分析儀圖6 衛(wèi)輸出頻譜測試框圖測試方法：將高功放耦合輸出的射頻調制信號送入頻譜分析儀，以載波中心頻率處電平為參考，分別測量輸出調制信號頻譜兩側的跌