任 蕊

(甘肅廣播電視局無線傳輸中心711 臺(tái),甘肅 蘭州 730000)

0 引言

廣播電視衛(wèi)星信號(hào)對(duì)于社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步起到了非常重要的作用,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的質(zhì)量等方面也提出了更高的要求。 廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù),可以有效地將廣播電視衛(wèi)星信號(hào)中的載波按照需求進(jìn)行調(diào)制,確保衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)正常高效的傳播。 從現(xiàn)階段的廣播電視衛(wèi)星運(yùn)行的實(shí)際情況來看,廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)主要通過運(yùn)用衛(wèi)星數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)來滿足信息傳播的實(shí)際需求[1]。 但是,隨著社會(huì)的發(fā)展,傳統(tǒng)的廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制技術(shù)已經(jīng)無法滿足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需求,因此建立起了多進(jìn)制的數(shù)字調(diào)制術(shù),使信息傳輸?shù)男屎皖l帶的利用率都得到了極大提升。

1 廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)概述及原理

1.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的定義及要求

數(shù)字調(diào)制技術(shù)是指在廣播電視衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)中,通過特定的方式處理信號(hào)源中的編碼信息,使傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)可以更好地滿足社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展,這一過程中經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)叫做帶通信號(hào)。 通過調(diào)制的方式可以讓信號(hào)系統(tǒng)中的高頻載波隨著信號(hào)的變化做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。 數(shù)字解調(diào)技術(shù)將基帶信號(hào)從載波中提取調(diào)制后,再對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步處理,從而便于接收方更加高效地提取信號(hào)中的有關(guān)內(nèi)容[2]。 基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)主要包括幅度的鍵控、信號(hào)平移的鍵控以及相移的鍵控,這3 種控制方式通過對(duì)信號(hào)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)載波的幅度、頻率以及相位參數(shù)的控制,從而更好地完成調(diào)制工作。

數(shù)字調(diào)制技術(shù)對(duì)廣播電視衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行調(diào)整時(shí),首先,應(yīng)將傳送信息的基帶信號(hào)調(diào)整到相應(yīng)的頻段信道上,這種情況下的信號(hào)傳輸可以確保信號(hào)源和信道特性之間的契合;其次,要實(shí)現(xiàn)抗干擾,在調(diào)制技術(shù)應(yīng)用的過程中,要求調(diào)波功率譜的主瓣盡可能地占據(jù)更多的信號(hào)能量,波瓣盡量狹窄,從而確保其有較強(qiáng)的抗干擾能力[3];最后,在數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行解調(diào)的過程中,應(yīng)最大限度地提高頻帶的利用率,使單位頻帶內(nèi)部的信息量得到相應(yīng)的提升。

1.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的運(yùn)行原理

在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行的過程中,系統(tǒng)內(nèi)部的濾波器會(huì)自動(dòng)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行接收和傳送,衛(wèi)星中接收信號(hào)和傳送信號(hào)的端口具有帶限特點(diǎn)。 同時(shí),廣播衛(wèi)星系統(tǒng)中,具有高功率的信號(hào)發(fā)射器設(shè)備和信號(hào)轉(zhuǎn)換發(fā)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(huì)使得廣播衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)帶有非線性的特征,所以廣播衛(wèi)星系統(tǒng)中的信號(hào)通道就具備了帶限性和非線性的特點(diǎn)。 廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)調(diào)制的過程中,主要依賴PSK 來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制,PSK 在運(yùn)行時(shí),本質(zhì)上是通過相應(yīng)手段推動(dòng)相位波動(dòng)實(shí)現(xiàn)信息的處理[4]。

廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)在本質(zhì)上就是推動(dòng)載波中的相位發(fā)生特定方式的移動(dòng),并通過這種移動(dòng)進(jìn)行制定信息的傳輸,這一過程中涉及的二進(jìn)制信號(hào)和載波之間呈現(xiàn)有機(jī)結(jié)合的特點(diǎn)。 應(yīng)用信息調(diào)制技術(shù)的過程中,信息傳輸?shù)拈_始是通過一組在不同時(shí)間進(jìn)行同一頻率的震動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)一組載波在同一時(shí)間內(nèi)達(dá)到了頻率的最高點(diǎn)或者是處于同一震動(dòng)頻率時(shí),兩者將會(huì)進(jìn)入相同的狀態(tài)。 而如果載波中的一方數(shù)值發(fā)生了變化,兩者就會(huì)退出這樣特殊的狀態(tài)。 如果兩個(gè)載波中的一個(gè)載波達(dá)到了最高峰值而另一個(gè)載波進(jìn)入最低值,這種情況被稱之為反相。 反相情況下,利用二進(jìn)制數(shù)字1 和0 就可以將相位進(jìn)行全面的控制,通過相位的變更可以讓衛(wèi)星信號(hào)的載波發(fā)生特定的相位移動(dòng),從而使得載波出現(xiàn)特定的波動(dòng),然后將特定的信息進(jìn)行傳達(dá)。

2 廣播電視衛(wèi)星信號(hào)數(shù)字調(diào)制問題原因分析

2.1 衛(wèi)星信號(hào)的干擾

從我國社會(huì)發(fā)展的實(shí)際情況看,日常生產(chǎn)生活中,國內(nèi)的廣播電視衛(wèi)星用戶經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無法正常接收電視信號(hào)的情況,其根本原因就是因?yàn)樾l(wèi)星的波形失真,導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)受到干擾。 衛(wèi)星信號(hào)出現(xiàn)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(hào)傳送線出現(xiàn)失真,導(dǎo)致信號(hào)受到干擾,從而使普通的用戶無法正常接收到廣播電視衛(wèi)星信號(hào);碼間干擾主要是因?yàn)槭艿叫盘?hào)帶寬的約束以及出現(xiàn)了線性失真和線性振幅失真的情況。

2.2 噪聲產(chǎn)生的干擾

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)中的信號(hào)在進(jìn)行傳送時(shí),容易受到各種外界因素的影響,出現(xiàn)噪聲干擾。 一旦出現(xiàn)噪聲干擾,普通用戶將無法正常、準(zhǔn)確地接收到廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)。 廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生噪聲干擾的原因很多,例如客戶端接口與系統(tǒng)相匹配時(shí),發(fā)出的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾、載波抖動(dòng)的情況,本振源信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生一定的噪聲干擾。 廣播電視衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)部的載波出現(xiàn)了較大的波動(dòng),會(huì)使衛(wèi)星信號(hào)也出現(xiàn)相應(yīng)的變動(dòng),從而信號(hào)的強(qiáng)度出現(xiàn)降低。 信號(hào)在傳送的過程中,如果各接口之間無法實(shí)現(xiàn)完全的匹配,會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)部的信號(hào)傳輸難以保障信息數(shù)據(jù)可以按照計(jì)劃完成傳輸,即使完成信號(hào)傳輸也很難保證信息的完整和準(zhǔn)確。 此外,衛(wèi)星信號(hào)在接收和發(fā)送過程中產(chǎn)生的震動(dòng)也會(huì)出現(xiàn)噪聲干擾,主要是與相位之間息息相關(guān)。 一旦相位發(fā)生變化,會(huì)使衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定性受到影響,不利于廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 正弦載波相位偏離預(yù)設(shè)軌道

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)在對(duì)衛(wèi)星信號(hào)進(jìn)行調(diào)制時(shí),一般都通過QPSK 的方式實(shí)現(xiàn),可以更加高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 這種情況下,如果出現(xiàn)正弦載波的相位偏離,衛(wèi)星內(nèi)部解調(diào)器的輸出頻率和效率都會(huì)受到一定影響,從而使有關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤,導(dǎo)致衛(wèi)星信號(hào)難以準(zhǔn)確傳輸。

2.4 電平出現(xiàn)漂移

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)在運(yùn)行過程中易受到各類外部因素的影響,許多外部因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)電平漂移,主要有以下幾個(gè)方面的原因:(1)廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)器外部環(huán)境發(fā)生了劇烈的變化,使系統(tǒng)無法正常地按照預(yù)設(shè)方案運(yùn)行。 (2)系統(tǒng)電壓無法滿足運(yùn)行的實(shí)際需求。 廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中,對(duì)于電壓的穩(wěn)定性要求非常高,如果電壓出現(xiàn)較大變化,整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)受到影響。 (3)有關(guān)設(shè)備元器件的老化會(huì)使電平出現(xiàn)漂移,使整體的信號(hào)強(qiáng)度降低,不利于正常運(yùn)行。

3 廣播電視衛(wèi)星信號(hào)數(shù)字調(diào)制解決方法概述

在進(jìn)行相位調(diào)制的過程中,如果階數(shù)出現(xiàn)增加,數(shù)字的相位階位也會(huì)隨之產(chǎn)生變化,與此同時(shí),衛(wèi)星頻道中的頻率也會(huì)出現(xiàn)極大增長。 一旦出現(xiàn)這種情況,衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)的干擾功能將會(huì)出現(xiàn)降低,同時(shí)衛(wèi)星系統(tǒng)的復(fù)雜性會(huì)直接在數(shù)字調(diào)制器中進(jìn)行體現(xiàn)。 從我國現(xiàn)階段使用的廣播電視衛(wèi)星信號(hào)數(shù)字調(diào)制實(shí)際情況來看,所使用的調(diào)制方法主要包含二進(jìn)制、四進(jìn)制和八進(jìn)制的相位鍵控。

3.1 二進(jìn)制的相位鍵控

我國現(xiàn)階段使用的二進(jìn)制相位鍵控可以劃分為BPSK 和2DPSK 兩種類型。 在二進(jìn)制的模式下,所有的數(shù)據(jù)信號(hào)都是通過1 和0 兩個(gè)數(shù)字進(jìn)行表示。 廣播電視衛(wèi)星信號(hào)系統(tǒng)在接收信號(hào)后,會(huì)以二進(jìn)制的運(yùn)行模式將信號(hào)轉(zhuǎn)化為1 和0,再通過信號(hào)轉(zhuǎn)換器將初始信號(hào)轉(zhuǎn)化為1 和1。 此時(shí),要把經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號(hào)與衛(wèi)星載波之間進(jìn)行相乘,從而形成BPSK 信號(hào)。 對(duì)于沒有通過調(diào)制的衛(wèi)星載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制時(shí),首先需要通過BPSK 進(jìn)行轉(zhuǎn)化,再通過調(diào)節(jié)技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié),這一過程必須確保衛(wèi)星的載波和調(diào)節(jié)的信號(hào)之間的頻率相同,如果無法實(shí)現(xiàn)同步,信號(hào)轉(zhuǎn)換過程中會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)化出其他錯(cuò)誤信號(hào)的情況,解決這一問題主要通過2DPSK。 2DPSK 在運(yùn)行過程中,為了確保衛(wèi)星系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)可以正常地將有關(guān)信息準(zhǔn)確地進(jìn)行傳播,需要對(duì)衛(wèi)星載波相位內(nèi)的絕對(duì)值進(jìn)行更好的控制和運(yùn)用,所以2DPSK 又被稱為絕對(duì)調(diào)相。 要讓2DPSK 實(shí)現(xiàn)對(duì)于相位的調(diào)控,必須將差分編碼應(yīng)用到衛(wèi)星數(shù)字信號(hào)的基帶內(nèi),通過這種相對(duì)碼來取代絕對(duì)碼,以此實(shí)現(xiàn)絕對(duì)的相位調(diào)控。

3.2 四進(jìn)制的相位鍵控

四進(jìn)制的相位鍵控分為QPSK 和QDPSK 兩類。在應(yīng)用QPSK 進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)化時(shí),必須對(duì)4 種不同的衛(wèi)星載波進(jìn)行充分運(yùn)用。 大多數(shù)情況下,二進(jìn)制的數(shù)據(jù)都會(huì)被應(yīng)用在調(diào)制器的數(shù)據(jù)庫中。 在正常運(yùn)行的情況下,應(yīng)當(dāng)保證二進(jìn)制的數(shù)字可以配合四進(jìn)制的衛(wèi)星載波相位,利用四進(jìn)制的方式計(jì)算出的有關(guān)數(shù)據(jù)代替二進(jìn)制的方式計(jì)算出的數(shù)據(jù)。 所以,將二進(jìn)制模式下計(jì)算出的信息數(shù)據(jù)做好分組,根據(jù)二進(jìn)制的性質(zhì)將數(shù)據(jù)直接劃分為00,01,10 和11 4 類,通常情況下稱為比特馬元。 實(shí)際應(yīng)用過程中,可以通過比特碼元對(duì)四進(jìn)制內(nèi)產(chǎn)生的負(fù)荷作出充分的解釋,應(yīng)用四進(jìn)制進(jìn)行相位鍵控時(shí)可以根據(jù)特定的順序傳輸比特碼元。

QDPSK 指的是在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)正常進(jìn)行過程中,進(jìn)行衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)的傳輸時(shí),把衛(wèi)星內(nèi)載波的相位變化進(jìn)行充分記錄和應(yīng)用,將衛(wèi)星在運(yùn)行中接收的信息,用差分碼取代差分編碼,實(shí)現(xiàn)絕對(duì)調(diào)相。 相對(duì)于QPSK,QDPSK 在實(shí)際應(yīng)用過程中,對(duì)編碼轉(zhuǎn)換器可以起到更好的作用,同時(shí)還可以把2DPSK 的衛(wèi)星信號(hào)包含在內(nèi)。

3.3 八進(jìn)制的相位鍵控

八進(jìn)制的相位鍵控分為8PSK 和8DPSK。 在應(yīng)用8PSK 時(shí),受到八進(jìn)制影響,衛(wèi)星接收的數(shù)字信號(hào)必須在衛(wèi)星載波中呈現(xiàn)出8 種不同的相位。 如果接收的是二進(jìn)制衛(wèi)星信號(hào),在二進(jìn)制衛(wèi)星信號(hào)輸入到衛(wèi)星后,需要通過相應(yīng)的串并,并且串并時(shí)需要利用三比特碼和特殊符號(hào)實(shí)現(xiàn),二進(jìn)制信號(hào)串并的變化將在比特序列內(nèi)體現(xiàn)。 在衛(wèi)星上的控制微信信道為A,同相衛(wèi)星信道為I,正交衛(wèi)星信道則為Q。 二進(jìn)制模式下的衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)化器在對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化工作時(shí),可以將同相衛(wèi)星信道和控制衛(wèi)星信道內(nèi)蘊(yùn)含的信息進(jìn)行特定的轉(zhuǎn)化。在實(shí)際應(yīng)用時(shí),8PSK 的衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接收信號(hào)較為模糊的現(xiàn)象,這會(huì)使廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的傳輸質(zhì)量受到一定影響。 要盡可能地在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運(yùn)行的過程中降低信號(hào)模糊,就必須要充分地發(fā)揮出八進(jìn)制的相位鍵控的作用,對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。 8DPSK 還會(huì)充分應(yīng)用鄰近的其他碼元載波,此時(shí)的數(shù)字衛(wèi)星信號(hào)必須進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變,需要將衛(wèi)星接收的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)序列進(jìn)行絕對(duì)調(diào)相,同時(shí)還需要利用差分碼來替代差分編碼。

二進(jìn)制、四進(jìn)制和八進(jìn)制是當(dāng)前主要使用的廣播電視衛(wèi)星信號(hào)調(diào)制技術(shù),雖然這幾類廣播電視衛(wèi)星信號(hào)數(shù)字調(diào)制方法之間存在一定的區(qū)別,但在本質(zhì)上還是有著非常多的相似之處。 通過調(diào)制方法進(jìn)行相位的鍵控時(shí),相位數(shù)字的變化也會(huì)使得廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的抗干擾能力發(fā)生變化。 相移鍵控的頻帶利用率會(huì)隨著相位數(shù)的增加而提高,而當(dāng)數(shù)字相位數(shù)增加后,其抗干擾的能力也會(huì)隨之降低,如表1 所示。

表1 二/四/八進(jìn)制相移鍵控的比較情況

4 結(jié)語

廣播電視衛(wèi)星信號(hào)的穩(wěn)定性對(duì)于社會(huì)的正常發(fā)展運(yùn)行影響巨大,而影響衛(wèi)星信號(hào)穩(wěn)定的因素有許多。因此,有關(guān)部門必須不斷地加強(qiáng)相關(guān)研究工作,充分發(fā)揮廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)調(diào)制解調(diào)技術(shù)的作用,為廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)信號(hào)的穩(wěn)定傳播提供有力支持。