【文章內容簡介】 T106—92《有線 電視廣播系統技術規(guī)范》 （ 5）． GY/T118—1995《有線電視與有線廣播共纜傳輸系統技術要求》 （ 6）． GBJ12088《工業(yè)企業(yè)共用天線電視系統設計規(guī)范》 （ 7）． 廣播電影電視部廣發(fā)技字 [1993] 796 文《關于有線電視現階段網絡技術體制意見》 。 衛(wèi)星地面站的地址 及環(huán)境 羅定竹園賓館位于舊城區(qū)邊，濱臨流經羅定的瀧江，面向衛(wèi)星一邊空間開闊，周圍高層建筑物少。準確的經緯度為東經 176。，北緯 176。 工作頻段及頻道 我國有線電視工作頻率范圍在 ～ 958MHz 之間，其中又分 VHF、 UHF 頻段和增補頻區(qū)，每個頻段包含若干頻道，每個頻道可傳送一套電視節(jié)目。 按工作頻率范圍不同，有線電視系統分為 300 MHz、 450 MHz、 550 MHz，還有 750 MHz 等幾種。在各系統中安排多少個頻道，各頻道頻率配置如何設定，必須遵循一定標準。我國有線電視的頻率配置在 5 MHz～ 460 MHz 內根據電視廣播行業(yè)標準 《有線電視廣播技術規(guī)范》（ GY/T106－ 92）執(zhí)行，對 460 MHz～ 1GHz 按 1988 年國家標準《 30 MHz～ 1GHz 聲音和電視的電纜分配系統頻 率配置》執(zhí)行。 在設計有線電視系統時，根據系統規(guī)模、傳輸頻道數目來選用設備、部件等，以便使系統在滿足技術指標要求的同時還要有合理的性能價格比。 噪聲、信噪比和噪聲系數 噪聲是隨機的、無規(guī)律變化的無用信號，在電視機熒光屏上，它表現為圖像背景中雪花狀的或雜亂無章的干擾信號。按其來源不同，噪聲分為系統外部噪聲和系統內部噪聲兩大類。 外部噪聲是系統外部電信號對系統內有用信號產生的干擾，外部噪聲主要包括天線熱噪聲和雷電干擾、宇宙干擾和工業(yè)干擾等引起的噪聲。有線電視系統中通過良好的電磁屏蔽可抑制或減弱外部噪聲產生 的干擾。 廣東海洋大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 5 內部噪聲是系統內部器件產生的無用信號對系統內有用信號的干擾，這種內部器件產生的噪聲主要有電阻產生的熱噪聲、半導體器件產生的散彈噪聲等。內部噪聲干擾是系統所固有的，是不能抑制的，但可通過選擇優(yōu)質系統部件來減弱這類噪聲。通常用信噪比和噪聲系數衡量噪聲大小。 信噪比（ S/N）：定義為信號功率與噪聲功率的比值，通常用分貝表示。 在有線電視系統中，常用載波電平和噪聲電平之比來表示信噪比，稱為載噪比（ C/N）。 噪聲系數（ F）：定義為輸入端信噪比與輸出端信噪比的比值，用分貝來表示。 有線電視系統中噪聲系數為輸 入端載噪比和輸出端載噪比的比值。 信噪比越大，信號質量越好；噪聲系數越小，說明系統內部引起的噪聲小，系統的性能指標好。 非線性失真 非線性失真是由系統設備和部件的非線性引起的輸入、輸出波形的差異。有線電視系統中影響圖像傳輸質量的主要非線性失真參數有：交擾調制、二階互調、三階互調、交流聲調制、微分增益和微分相位等。這里簡要介紹交擾調制和互相調制。 （ 1）交擾調制。有線電視系統傳輸多個頻道的電視信號，由于系統放大器的非線性，當兩個以上頻道的信號通過系統時，某個頻道的調制信號會對另一個頻道的信號進行轉移調制 ，從而形成干擾，稱為交擾調制。交擾調制形成后，在接收機畫面上表現為緩慢移動的垂直豎條干擾。 （ 2）互相調制?；ハ嗾{制是指多個頻道的電視信號進入系統時，由于系統設備的非線性，系統將產生線性頻率組合，生成新的頻率分量，從而形成輸出干擾信號的過程。在接收機圖像畫面是表現為網紋或斜紋干擾 。 信號電平 信號電平是有線電視系統的最基本的技術指標，它與噪聲、失真等指標密切關系。因此，在有線電視系統設計和調試過程中，該項參數處于重要地位。通常主要考慮用戶電平、系統工作電平、電平的變化三個方面的內容。 （ 1） 用戶端電平 是有線電視系統終端輸出電平，其電平的高低直接影響電視接收機的收看。用戶端電平過低，則電視機輸入信號信噪比較小，在電視機屏幕上會出現 “雪花 ”點干擾；用戶端電平過高，會超出電視機動態(tài)范圍，容易產生非線性失真和不同步。因此，國家標準 GB6510 中規(guī)定用戶端電平范圍應適用與各正規(guī)生產的電視接收機。 一般情況下，有線電視系統用戶端電平范圍為： VHF： 57dBμV～ 83 dBμV UHF： 60 dBμV～ 80 dBμV （ 2）系統工作電平主要包括干線傳輸部分的工作電平和用戶分配網絡的電平。在干線系統里，為保證放大器具 有優(yōu)良的非線性失真性能，其輸出電平控制得相對較低。在用戶分配網絡里，線路延長放大器后支路串聯著大量的分支、分配器，故一般將放大器輸出電平設計得較高，以提廣東海洋大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 6 高分支分配器的利用率。 系統工作電平要根據系統傳輸頻道數目、系統規(guī)模和放大器級聯數來確定。 （ 3）電平的變化是指系統各處信號電平高、低的不穩(wěn)定性。由于系統受氣候、頻率、溫度、元件老化程度、接收地信號場強的變化等因素的影響，引起系統電平的變化。在有線電視工程中，往往通過檢驗前端輸出電平和傳輸分配網絡電平的變化來加以考察。 系統前端設備電平變化的主要原因是氣候和 發(fā)射臺發(fā)射信號強度的變化，為此，在前端設備中一般都裝有帶自動增益控制能力的頻道放大器或均衡器，以穩(wěn)定 前端輸出電平。 傳輸分配網絡電平變化的主要原因是同軸電纜衰減量與溫度及傳輸信號頻率大小相關。電纜周圍環(huán)境溫度每上升或下降 1℃ 時，器衰減量將增加或減少 ％。另外，同軸電纜傳輸對信號的衰減量與所傳輸信號頻率的平方根成正比，即頻率提高 2 倍時，電纜衰減量將增加為原來的 2倍。因此，在遠距離傳輸信號時，輸出信號高頻端與低頻端的電平會相差很大，一般需要在傳輸系統采用具有斜率控制 功能的放大器和均衡器加以調整。 反射 接收機天線接收的電信號既有直射波也有反射波，其結果可能會是熒光屏畫面出現重影。在有線電視系統中，電視信號閉路傳輸時也同樣存在反射，根據傳輸線理論，如果電纜與放大器、分支器等部件的連接阻抗不匹配，將會造成傳輸信號的反射，用戶端接收機屏幕的圖像中呈現重影，稱為后重影。 自由空間傳輸損耗 本地面站的經緯度為東經 176。，北緯 176。 自由空間傳輸損耗可以用下式計算： Ld ＝ 20lg ??d4 (41) 其中， λ為衛(wèi)星下行微波信號的波長； d 為地面站至衛(wèi)星的距離。若以 S? 是衛(wèi)星的經度， L?是地球站的經度， L? 是地球站的緯度，則有： d≈35800 ? ?)c o s (c o SLL ??? ??? (42) 代入數據 d≈35800 ) 0 1 1c o s ( o s1[ ??? ≈36470km 將數據代入自由損耗公式可 算得 Ld ＝ 。 地面站參數 初始參數的確定 （ 1）設計目標參數。根據不同用戶，選擇需要達到的圖像質量要求。由于數字衛(wèi)星電視接廣東海洋大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 7 收系統的特殊性，圖像質量惡化的表現并不像模擬接收系統那樣，體現在圖像畫面上，出現有噪聲干擾產生的背景雜波，而是出現類似 “馬賽克 ”的方塊。這種 “馬賽克 ”實際上是由于數字解碼過程中存在無法糾正的錯誤而導致的誤碼所造成的。 在數字衛(wèi)星電視接收系統中，由于信道糾錯編碼的作用，門限效應要比模擬接收系統顯著得多。也就是說，當輸入 載噪比略低于某一門限值時，輸出信號的誤碼就會集聚增大，使系統無法正常工作。因此，要保證輸出圖像質量達到要求，就必須使輸入信號的載噪比高于數字衛(wèi)星接收機的門限值。要使系統輸出的誤碼率優(yōu)于 10 11? （相當于每小時出現一個誤碼），則 QPSK 解調輸出端的誤碼率應小于 10 4? ，對應于 QPSK 解調器輸入端（ Eb /N0 ）值約為 左右?？梢姡灰邮諜C輸入 端的信號質量達到此門限值上，系統的輸出信號基本上可達到近似無誤碼，相應的輸出視頻信噪比就可達到 56dB 以上（指合格產品），相應的圖像質量就可達到 5 級標準。 （ 2）傳輸信號參數。對于數字衛(wèi)星電視接收系統而言，傳輸參數主要包括有傳輸碼流的符號率、卷積碼的編碼效率（如 1/2,2/3,3/4,4/5,5/6,6/7,7/8）、電視制式和多路復用方式（是采用 MCPC方式還是采用 SCPC 方式）等。這些參數將是數字衛(wèi)星接收機對濾波器帶寬、時鐘頻率和解碼器進行設定的依據。 （ 3）衛(wèi)星轉發(fā)器參數。這些參數主要包括衛(wèi)星轉發(fā)器的 工作頻段、全向等效輻射功率（ EIRP）和衛(wèi)星下行波束的覆蓋場強等位圖等。衛(wèi)星轉發(fā)器的工作頻段不同，則電波的傳播損耗也不同；衛(wèi)星轉發(fā)器對接收點的全向等效輻射功率不同，所需的天線增益也不同。 設計計算步驟 （ 1）（ Eb /N0 ）的確定。要使系統的輸出信號可達到近似無誤碼的要求（誤碼率要求小于10 11? ） ,則 QPSK 解調輸出的誤碼率應小于 10 4? ，對應于 QPSK 解調器輸入端（ Eb /N0 ）值約為 左右（對應的卷積碼編碼效率為 3/4），該值為（ Eb /N0 ）門限值，記為（ Eb /N0 ） th 。不同的卷積碼編碼效率下的（ Eb /N0 ） th 不同。當然，不同的數字衛(wèi)星接收機，可能采用不同的硬件電路和不同的算法，其門限值可能略有高低不同，故需要參考實際設備的指標。 在實際設計時，所取的（ Eb /N0 ）值應該高于該門限值（ Eb /N0 ） th ，即 （ Eb /N0 ）＝（ Eb /N0 ） th ＋ ΔM (43) 其中， ΔM 為鏈路余量。在實際設計中，對于不同的用戶，可留不同大小的余量（一般為 2～5dB）。例如，對于各大型電視轉播臺、有線電視，余量可留大一些，對于小集體的衛(wèi)星共用天線系統，余量可略小一些；對于個體用戶，可更小一些。 表 4－ 1 不同卷積碼編碼效率下的 （ Eb /N0 ） th 值 卷積碼編碼效率 1/2 2/3 3/4 5/6 7/8 （ Eb /N0 ） th (dB) 前面已知卷積碼編碼效率為 7/8，所以查表得 （ Eb /N0 ） th ＝ ，取鏈路余量為 3dB，則（ Eb /N0 ）＝ ＋ 3＝ 。 （ 2）輸入載噪比（ C/N）的確定。根據所確定的（ Eb /N0 ）值，可由下式來計算（ C/N）值： 廣東海洋大學 2022 屆本科生畢業(yè)設計 8 （ C/N） =（ Eb /N0 ） +10lgm (44) 其中， m 為每個符號的比特數，其值等于總碼率 Rb 與帶寬 B 之比，即 m= Rb /B。將此式和（ C/N） =(C/N0 B)代入上式，可得： （ C/ N0 ） =（ Eb /N0 ） +10lg Rb (45) 通常，由衛(wèi)星的傳輸參數給出的是符號率 S 和卷積碼編碼效率 η，而數字衛(wèi)星采用 QPSK 調制方式，每個符號傳輸 2bit，故總碼率 Rb 可由下式計算： Rb ＝ 2ηS (46) 前面已給出符號率 S＝ ，卷積碼編碼效率為 7/8，代入上式得 Rb ＝ 27/8＝ 則可以求出 （ C/ N0 ）＝ ＋ 10lg46987500= （ 3）接收系統的品質因數（ G/T）的確定。求得接收機輸入端載噪比（ C/N）之后，可由下式計算接收系統的品質因數： G/T=C/N(EIRP)e +(Ld +ΔL)+10lgK+10lgB (47) 或 G/T= C/ N0 (EIRP)e + (Ld +ΔL)+10lgK (48) 或 G/T= Eb /N0 (EIRP)e +(Ld +ΔL)+10lgK+10lg Rb (49) 其中， ΔL 為傳播鏈路的附加損耗，包括雨衰、大氣吸收、指向誤差和極化損耗等。對于 C頻段，一般取 ΔL＝ ，對于 Ku 頻段，根據當地的降雨情況，可取 ΔL＝ 3～ 6dB； (EIRP)e 為轉發(fā)器等效為單載頻的全向輻射功率。一般衛(wèi)星參數給出的是飽和的全向等效輻射功率（ EIRP）s ，只有當下行信號采用 MCPC 方式時， (EIRP)e 和（ EIRP） s 才相等；當下行信號采用 SCPC 方式時，由 n 路載頻共用一個轉發(fā)器時，每個載頻只能分得發(fā)射功率的 1/n，此時還要考慮到各路載頻間的交互調等非線性失真因數，還必須把轉發(fā) 器的輸出功率在回退 4dB 左右，此時 (EIRP)e 和（ EIRP） s 的關系為： (EIRP)e ＝（ EIRP） s 10lgn4 (410) 本系統下行信號采用 MCPC 方式時， (EIRP)e 和（ EIRP） s 相等，所以將已知參數代入 G/T= C/ N0 (EIRP)e + (Ld +ΔL)+10lgK，已知參數 Ld ＝ ， ΔL＝ ， 10lgK＝－ ，（ EIRP）s ＝ 。 G/T＝ － ＋ ＋ － ＝ （ dB/K） (4)天線參數的確定。確定了 G/T 后，就可開始計算天線的有關參數了。具體 計算方法與模擬系統相同，即先要根據所使用高頻頭的噪聲溫度 Te 和天線的噪聲溫度 Ta ，再按下式計算天線增益，即： G=(G/T)+10lg(Ta + Te ) (dB) (411) 取高頻頭的噪聲溫度 Te ＝ 30K，天線的噪聲溫度 Ta ＝ 40K，則可以計算顯現增益為 ： G=+10lg70 ≈ 30（ dB）＝ 1000（倍） 進而再根據下式計算天線的口徑，即： D=?? ?/G (m) (412) 廣東海洋大學 2022 屆本科生