ｌ；ｉｇｉｔａｌ ｒｌ、 。 ＊ …～～一…一……… ； ＃ 文章编号：１００２—８６９２（２０１０）０７—００２５—０３ 利用卫星转发组建地面数字电视广播单频网．技术交流・ 陈巍艺 （广东省广播电视技术中心，广东广州５１００１２） 【摘 要】介绍了利用卫星转发编码正交频分复用（ＣＯＦＤＭ）信号组建地面数字电视广播单频网，及其试验情况，并进行了理论性 的计算和研究。分析探讨了这种组网方案的特点和局限性，指出了其适用的范围和场合 【关键词】卫星转发；地面数字电视广播；单频网 【中图分类号】ＴＮ９４３．３ 【文献标识码】Ｂ １ 引言 在地面数字电视广播的覆盖中，单频网具有功率小、 布点多、无缝覆盖范围大ｌ１ｌ、频率资源节省、移动接收不需 要更换频道等优点，因此受到高度重视并被广泛应用。单 频网利用光纤、微波或卫星把需要发射的信号源传送到 各个发射点，分别调制后再放大发射出去［ ：或者把调制 后的ＣＯＦＤＭ信号利用光纤、微波或卫星直接传送到各 个发射点，再变频到相应的频道后发射播出 。在这些组 网方式中，只有采用卫星直接转发ＣＯＦＤＭ信号的组网 方式最方便，成本最低，维护最简单，调整最容易。 ● ‘ 组建地面数字电视广播单频网 ２．１利用卫星传送单频号源 使用同步卫星转发器作为信号分配网络的单频 号源几乎可以同时到达每个发射点。每个发射点的发射 功率小，并通过发射天线的赋形，同时均衡单频网的参 数．从而实现单频网覆盖的理想效果，其系统组成如图１ 所示。在这种方式中，发射点需要接收来自卫星的信号解 调后作为信号源，在本地进行调制（见图２）。由于需要在 每个点使用调制器等有源器件，故要保持单频网同步，对 调制器进行调整和维护。由于涉及大量发射点，其成本和 维护费用较高。 ／ 图１ 利用卫星转发信号源示意图 ２．２使用卫星直接转发单频号 使用卫星直接转发单频号，即接收来自卫星转 ｌＰＰＳ １０ＭＨｚ 图２ 发射点结构示意图 发器的射频（ＲＦ）信号，不进行解调，而是从转发器直接将 接收到的ＲＦ信号变频放大进而进行覆盖，单频网系统质 量效果的好坏直接决定系统设备的性能以及链路各环节 之间技术标准的匹配程度。借助卫星转发将已调制的地 面数字电视信号直接发送到各转发点，仅作信号接收、变 频和放大，系统的组成如图３所示。这种组网方式主要优 点有：１）所占的卫星转发器带宽较低。空间传输成本极 低；２）最低的地面设备系统投入，降低了地面数字电视 广播系统的投资；３）由于每个发射点延迟时间等均相等， 可以实现安全稳定的覆盖。 － ／ ＼≈＼≯ 、 ＼● 图３ 利用卫星转发器转发组网示意图 ２．３地面数字电视传输技术标准对卫星转发组网的要求 由于地面数字电视技术体系是专门为数字电视地面 无线传输制定的技术标准。因此，与卫星传输技术体系不 同，在技术上存在诸多特殊要求： １）地面数字电视采用的是ＣＯＦＤＭ信道调制编码技 术：信道内有多子载波数量模式（４ｋ一３７８０）、４种调制方 式选择（ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ，３２ＱＡＭ，６４ＱＡＭ）、多种内纠错码 选择（ＦＥＣ ０．４，０．６，０．８），多种保护间隔捅入时隙选择 （４２０，５９５，９４５）等； Ｎ０．０７Ｖｏ１．３４２０１０（Ｓｕｍ Ｎｏ．３４４】￣ｋＶｌＤＥＯＢ￣ＩＩＮＥＥＲＩＮ６ ２５ ２）由于信号幅度作为因数参与了调制过程，因此系 ６４ＱＡＭ调制．虽然８ ＭＨｚ载波可以获得高于１９ Ｍｂｉｔ／ｓ和 ２７ Ｍｂｉｔ／ｓ的大流量信息速率，但由于传输信号的幅度和 相位均参与调制，同时，４ｋ子载波模式具有３ ７８０个小载 统对信号幅度的线性传输要求很高； ３）由于信号相位作为因数参与了调制过程，因此系 统对传输通道的相位噪声要求高。 波．且插入的导频信号载波与信息载波的电平幅度有差 异。因此对传输信道的线性度要求、低相位噪声要求和大 功率传输要求都很高。 ４）目前，常规的同步通信卫星Ｋｕ波段转发器功放的 功率尽管已经做到１４０ Ｗ以上，但由于都采用对星载行波 管放大器（Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｔｕｂｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ，ＴＷＴＡ），尽管 ３ 系统传输试验情况 为了了解卫星传输链路对地面数字电视广播技术体 系的影响，特别是卫星传输多载波和高阶调制对信号的 影响。利用卫星传输地面数字电视广播信号进行模拟试 验。试验系统如图４所示。 编码器ｌＨ ｌ ｉｍ国ｌ￣￣１ Ｈ 器ｌ ｌ上变频器Ｉ ＼ Ｉ６． ２ 太线 Ｋ转ｕ发器波段 Ｋｕ波段 ２ ｍ天线 ｊ兰 Ｈ Ｈ 茎 兰Ｈ 釜Ｈ 茎Ｊ 匝 图４利用卫星转发地面数字电视的试验框图 试验结果如下： １）在使用模拟转发器试验时，系统在使用３种调制 方式情况下，均可以完成传输解调。 ２）在实际使用卫星传输ＱＰＳＫ调制情况下的ＣＯＦＤＭ 载波时。系统链路接收情况良好，裕量较大，可以满足地 面的无线传输技术要求。 ３）在采用１６ＱＡＭ调制情况下，接收效果很不理想， 解调效果不稳定，说明系统接收已在门限附近，已没有载 噪比裕量留给地面传输部分。 ４）在采用６４ＱＡＭ调制情况下，根本无法解调接收。 试验传输结果表明，利用卫星直接传输ＣＯＦＤＭ信 号，地面接收后直接进行地面无线传输的设计方案固然 有上述诸多优势，但在传输中也存在以下问题： １）ＣＯＦＤＭ的数字电视信号在地面卫星上行站发射、 接收站接收的空间传输过程中，以及地面的变频、功率放 大、地面无线传输和接收处理过程中，信号噪声处于持续 的积累过程，信号的载噪比将持续地恶化。 ２）由于同步卫星通信空间传输距离过长．尽管空间 信道十分稳定，但长距离的传输造成很大的自由空间传 输衰耗，在接收处理端完全是小信号处理，与传统的地面 微波中继通信和数字电视无线传输情况下的大信号有着 本质的不同。 ３） 国标数字电视的ＣＯＦＤＭ处理采用ＱＰＳＫ调制， 与ＤＶＢ—Ｓ没有传输上的优势而言：采用１６ＱＡＭ和 ２６ ２０１０年第３４卷第０７期（总第３４４期】 卫星在Ｋｕ波段和Ｃ波段转发器上均采用线性器，卫星转发 器的输出功率回退值已由原来不带线性器的４．５ ｄＢ减小为 ２．５ ｄＢ。但对系统的线性度仍难以用于传输像ＣＯＦＤＭ这 种对传输线性度和解调相位模糊度要求很高的载波。 ５）在卫星运行过程中，可以采取多种技术手段。改 善传输条件，如通过加大卫星前级的衰减量ＦＣＡ．减少上 行的杂散和邻星干扰等；通过加大转发器上各载波的输 入输出功率回退值，改善卫星转发器传输的线性、杂散、 交调和相噪等。但目前，卫星传输也只能进行８ＰＳＫ调制 方式的载波传输，尚未有人使用同步卫星成功传输 １６ＱＡＭ的调制载波；在加大载波转发器功率回退、改善线 性度的同时，会使卫星转发器的可用辐射功率大大减小． 对载波载噪比的改善十分不利，同时使载波转发器可传 输的载波数量降低，从而提高了单载波的传输成本。 、 ４分析与验证 为了验证传输试验结果，对卫星传输地面数字电视 链路有一个定量的研究，采用与国标ＤＭＢ一 ｍ相近的欧 洲ＤＶＢ—Ｔ标准对地面数字电视诸多传输参数进行选择。 以下述传输条件分别对ＱＰＳＫ，１６ＱＡＭ和６４ＱＡＭ ３种调 制方式进行链路计算，从而分析国标在地面数字电视广 播中的传输特性＿５Ｊ。 １）计算传输链路载波参数的选择见表１。 表１ 链路计算参数表 ＱＰＳＫ ７／８ １８８，２０４ ８ｋ １／８ ９．６８ ７．７ １６ＱＡＭ ７／８ １８８，２０４ ８ｋ １／８ １９．３５ １３．９ ６ｇＱＡＭ ７／８ １８８，２０４ ８ｋ １／８ ２９．０３ １９．３ ２）链路传输的卫星参数选择： （１）传输频段：Ｋｕ波段； （２）卫星有效全向辐射功率ＥＩＲＰ值：５２．１ ｄＢＷ： （３）卫星品质因数Ｇ／Ｔ值：５．５ ｄＢ／Ｋ： （４）卫星接收饱和通量密度ＳＦＤ值：一９０．０５ ｄＢＷ，ｍ ： ｏｉｇｉｔｎｉ Ｔ１Ｖ （５）上行发射天线４．５ ｍ，天线仰角６０．５５ｏ： 表３ 国标地面数字电视ｃ／Ⅳ值 （６）接收天线２ ｍ，天线仰角６０．５５。。 在链路计算中选取的卫星转发器和地面设备的参数 基本上与试验实际情况一致，主要目的是考察传输链路 能获得的载噪比（Ｃ／Ｎ）；本链路计算中选取的门限是能量 噪声比（ 『Ⅳ０），如ＱＰＳＫ时为７．７ ｄＢ只是一个参考数值， 并非实际的信噪比。实际上需要考察的是表１中给出的 数据中的Ｃ／Ｎ。链路计算中，系统传输可用度的选取仅为 ９９．８％，上行链路的雨衰损耗为２．７２ ｄＢ。因此．上行设置 ３ ｄＢ的上行功率自动控制功率补偿：下行链路的雨衰损耗 为２．０７ ｄＢ。链路的传输可用度是由满足电信级的传输接 收链路保障要求的。 ３）计算结果分析 链路计算结果评估如表２所示。 表２链路计算结果评估表 有限．故只适合要求码流较低的场合．如公路或铁路沿线 等地的广播覆盖： 由于３种调制方式选取的调制系数和信息速率不 ２）发射点需要进行自动功率控制，以防止由于卫星 同，且相对应地进行变化，故最终得到的符号速率基本上 转发器功率波动或雨雪衰减导致的功率波动： 十分接近．因此３种调制下传输链路的综合载噪比 ３）在覆盖规划中．需要注意采用物理手段来进行天 基本相同。从ＱＰＳＫ调制的传输结果来看，链路的传输裕 线场型的合理调配。 量很大，因此测试中必然能稳定地接收。卫星链路传输预 地面数字电视的覆盖是地面数字电视广播发展的重 算的条件一般比较苛刻，实际发射过程中的传输结果一 要环节，应因地制宜，根据实际需求摸索合适的覆盖方法 般会比理论计算结果高３ ｄＢ左右，因此采用１６ＱＡＭ调 才能更大限度地实现覆盖的目标。随着卫星转发器质量 制时。链路计算的理论结果是不通的，但试验时是可以测 和技术的不断提高，卫星转发的能力也不断提升。届时， 通的，所以一定是在门限附近，才会出现图像不稳定的情 天地一体的地面数字电视网络将普遍应用，使信息的传 况，这与本文的分析是吻合的。 输更加方便快捷。 采用６４ＱＡＭ的调制方式，由于链路裕量相差太多， 多达８ ｄＢ以上。即使考虑理论和实际传输的３ ｄＢ的差 参考文献： 值，也没有任何实际应用的意义。 ［１】Ｎｅｗｔｅｃ公司．如何解决ＤＶＢ—Ｔ单频网传输中的技术问题『ＪＩ．数字通 根据利用卫星传输欧标地面数字电视ＤＶＢ—Ｔ的 讯世界，２００５（９）：４５－４６． 理论，利用卫星传输只能采用ＱＰＳＫ调制的方式进行，而 『２１卢林，罗志斌．地面数字电视单频网覆盖特性探讨ｆＪ］．电视技术， 国标采用了４ｋ模式。并利用ＬＤＰＣ和ＢＣＨ纠错编码，其 ２００９，３３（５）：４—６． Ｃ／Ｎ值要求比ＤＶＢ—Ｔ标准更低（见表３），即使考虑发射 【３】阳辉，马杰，潘长勇．地面数字电视单频网组网技术【Ｊ】．电视技术， ２００６，３０（２）：４－６． 点功放的损耗也能够留有足够的裕量来实现转发设置。 『４】王劲涛，潘长勇，杨知行．数字电视广播的单频网实验及场地实验【ＪＪ． ５ 小结 清华大学学报：自然科学版，２００５，４５（１０）：２３—２６． 【５】云南电视台，亚洲卫星公司．卫星ＤＶＢ－Ｔ传输实验报告【Ｒ］．昆明： 通过试验和分析表明。在利用卫星转发进行地面数 云南电视台，２００８． 字电视广播单频网覆盖应用方面： １）只能采用ＱＰＳＫ等低阶调制，所传送的有效码流 责任编辑：丁雪 收稿日期：２０１０－０５－０７ Ｎ０．０７Ｖｏ１．３４２０１０（９ｕｍ Ｎｏ．３４４）、ⅥＤＥｏ 鲫旧刊№ ２
