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1、第4章 广播电视,4.1 地面广播 4.2 卫星广播 4.3 有线电视广播 思考题和习题,4.1 地面广播,地面广播是相对于卫星广播而言的，地面广播的发射天线常置于广播区域的制高点上，例如山顶或高楼顶上，以扩大电视广播的覆盖区域。图4-1是地面广播示意图，多台摄像机的全电视信号送到中心控制室进行切换、编辑和处理。,处理后的彩色全电视信号送到电视图像发射机，对高频载波进行调幅，形成调幅信号。电视的伴音也同时经过话筒变为相应的音频信号，经过伴音控制台中的增音机放大和处理后，送到电视伴音发射机，对高频载波进行调频，形成伴音的调频信号。电视图像的调幅信号和电视伴音的调频信号分别进行功率放大后通过双工器
2、，一起送到电视发射天线，向外发送带有电视信号的无线电波。电视机从天线接收到无线电波后解调为全电视信号和伴音信号，电视信号经处理后在荧光屏上显示图像；伴音信号经放大后推动扬声器放音。,图 4-1 地面广播示意图,4.1.1 射频电视信号 图像信号和伴音信号频率比较低，不能直接向远距离传送，必须将它们分别调制在频率较高的载频上，然后通过天线发射出去。图像信号采用调幅方式，伴音信号采用调频方式，调制后的图像信号和伴音信号统称为射频电视信号。1.负极性调制 用负极性的图像信号对载频进行调制，称为负极性调制；用正极性的图像信号对载频进行调制，称为正极性调制，如图4-2所示。,图 4-2 电视信号的调制极
3、性(a)负极性图像信号；(b)正极性图像信号；(c)负极性调幅信号；(d)正极性调幅信号,我国电视标准规定，图像信号采用负极性调幅。因为负极性调幅有下列优点：(1)节省发射功率 一般图像中亮的部分比暗的部分面积大，负极性调幅波的平均电平比正极性调幅波的平均电平低，因此负极性调制的平均功率比正极性调制小。(2)干扰不易被察觉 干扰信号通常是以脉冲形式叠加在调幅信号上，结果调幅波包络电平增高，负极性调制时干扰信号解调后在屏幕上显示为黑点，不易被察觉。,(3)便于实现自动增益控制 负极性调幅波的同步顶电平就是峰值电平，便于用作基准电平进行信号的自动增益控制。我国电视标准规定，彩色全电视信号的辐射电平
4、：同步脉冲顶为100%载波峰值，消隐电平为72.5%77.5%载波峰值，黑电平与消隐电平的差为05%载波峰值，峰值白电平为10%12.5%载波峰值。,2.残留边带发射 图像信号的最高频率为6 MHz，调幅波频谱宽度为12 MHz，如图4-3所示。频带越宽，电视设备越复杂，在固定频段内电视频道数目越少，所以必须压缩频带宽度。由于载频不含信息，上、下边带携带的信息相等，因此可以考虑单边带发送，但为了便于图像传输，地面广播采用残留边带发送方式，即对00.75 MHz图像信号采用双边带发送，0.756 MHz图像信号采用单边带发送。,图 4-3 调幅波频谱,在发送端是用残留边带滤波器来实现残留边带提取
5、的，接收机中的幅频特性必须与之相对应，接收机是由中频放大器的特殊形状的频率特性曲线来保证图像不失真的。采用残留边带调制后，射频电视信号的带宽压缩为8 MHz，如图4-4所示。0.751.25 MHz是发射机残留边带滤波器的衰减特性所造成的。,图4-4 残留边带信号频谱,3.伴音调频 电视伴音采用调频制。调频信号可以用限幅来去掉叠加在调制信号上的干扰，以获得较高的音质，伴音采用调频制还可以减小伴音对图像的干扰。调频波的频谱比较复杂，频带也宽得多。伴音调频信号的频带宽度BWFM可用下式近似计算：BWFM=2（fmax+Fmax）（4-1）式中，fmax为最大频偏,Fmax为伴音信号最高频率。我国电
6、视标准规定，fmax=50 kHz,若Fmax=15 kHz，BWFM=2（50+15）=130 kHz。,4.1.2 电视频道的划分 我国电视频道在甚高频(VHF)段共有12个频道，在特高频(UHF)段共有56个频道，如表4-1所示。,表4-1 我国电视频道表,4.1.3 地面广播电视发射机 广播电视发射机将彩色全电视信号和伴音信号调制在射频载波上，通过天线以高频电磁波方式传播出去。射频载波均采用米波波段(甚高频VHF频段)和分米波波段(特高频UHF频段)。电视发射机是由图像发射机和伴音发射机组成的，称为双通道电视发射机。电视发射机由图像与伴音共用一部发射机，称为单通道电视发射机。图4-5是
7、它们的组成原理方框图。,图 4-5 电视发射机组成原理方框图(a)双通道电视发射机；(b)单通道电视发射机,图 4-5 电视发射机组成原理方框图(a)双通道电视发射机；(b)单通道电视发射机,比较两种组成方框图可以看出，图像信号均在38 MHz中频进行调幅，这样有一个较大的优点，就是发射机工作在任何一个频道，其前端电路是相同的，便于生产。中频调幅器的工作电平较低，对信号的处理与校正比较方便，所以残留边带滤波和微分增益校正放在中频进行。不同工作频道的残留边带滤波电路是相同的，残留边带滤波器引入的群时延误差也在中频进行校正，可以获得良好的校正效果。,残留边带滤波后电视信号两个边带不对称，在高频功率
8、放大器中容易引起微分增益失真，微分增益失真在视频校正比较麻烦，所以在中频进行校正。伴音信号调制在第二伴音中频6.5 MHz上，再与38 MHz混频，能比较方便地获得伴音中频31.5 MHz信号。,双通道发射机在高频功率放大器之后，采用双工器来防止图像与伴音信号相互窜扰，由于发射机、馈线和天线间的良好匹配，因此能保证高频信号能量高效、优质传输。单通道发射机的图像、伴音中频信号混合后，一起变频、一起功率放大、一起发射，故设备较简单。我国电视标准规定伴音载频在同一频道中比图像载频高6.5 MHz。为了保证图像与伴音能有同样的覆盖面积，图像峰值功率与伴音载频功率之比为51左右，在单通道发射机中它们的功
9、率比为101。,4.1.4 地面广播电视接收机 图4-6是彩色电视机的方框图，主要包括高频调谐器、中放与检波、伴音通道、PAL解码器、同步与扫描、遥控系统6部分。,图 4-6 PAL彩色电视接收机方框图,1.高频调谐器 高频调谐器又称高频头，它有选择频道、放大信号、变换频率的功能。天线和输入电路的作用是选择所要接收频道的微弱电视信号，由高频放大器进行有选择性的放大，再与本振输出的频率较高的正弦波混频得到中频信号。高频调谐器有良好的选择性，可以抑制镜像（比信号频率高2倍中频）干扰、中频干扰和其他干扰信号。隔离混频器与天线的耦合，可以避免本振信号通过天线辐射出去而干扰其他接收机。,混频器把接收下来
10、的不同频道的射频电视信号变换成固定频率的中频信号。我国规定图像中频为38 MHz，第一伴音中频为31.5 MHz，后面的中频放大器因频率固定能获得良好的选择性及较高的增益。一般高频调谐器的总增益约为20 dB。,2.中放与检波 中频放大器将高频调谐器送来的图像中频信号和第一伴音中频信号进行放大，其主要任务是放大图像中频信号，对伴音中频信号的放大倍数很小，因此经常把中频放大器称为图像中放。中放是整个电视接收机主要的放大单元，要求增益在60 dB以上。为适应残留边带发送，抑制干扰，中放特性曲线是特殊形状的，这由声表面波滤波器（SAWF）一次形成。,视频检波器的第一项任务是从中频图像信号中检出视频图
11、像信号，一般用大信号检波即包络检波。视频检波器的第二项任务是利用二极管的非线性，由图像中频和伴音中频差拍产生6.5 MHz的第二伴音中频信号。,检波器的输出信号要提供给PAL编码器、同步分离电路、自动增益控制（AGC）电路和伴音中放电路，所以先进行视频前置放大以增强其负载能力。从天线到视频预置放大称为（图像和伴音的）公共通道。自动噪波抑制（ANC）电路的功能是自动抑制干扰脉冲，以免影响同步分离电路正常工作。常用方法是把干扰脉冲分离出来，倒相后再叠加到原信号上去，从而抵消干扰脉冲。自动增益控制(AGC)电路的功能是检出一个随输入信号电平而变化的直流电压，去控制中频放大器和高频放大器的增益，以保持
12、视频检波输出幅度基本不变。,3.伴音通道 从视频前置放大取出的6.5 MHz第二伴音中频信号被送到伴音中频放大器，经放大、限幅后送至鉴频器进行频率检波，检出音频信号，再进行低放，最后在扬声器得到电视伴音。4.PAL解码器 PAL解码器详见3.3.6节PAL解码器和图3-21所示的PAL解码器方框图。,5.同步与扫描电路 视频图像信号经ANC电路消除干扰脉冲后被送到同步分离电路，分离出复合同步信号。复合同步信号放大后经积分电路分离出场同步信号，场同步信号再去控制场振荡器产生的锯齿波信号与发送端同步，场锯齿波信号经场推动级和场输出级的放大，在场偏转线圈中产生场扫描电流。,为了提高行扫描电路的抗干扰
13、性，现代电视接收机都采 用自动频率相位控制(AFPC)电路。复合同步信号直接加入AFPC电路的鉴相器，与行振荡信号比较。如果两者的频率和相位存在差别，则输出与误差成比例的电压来控制行振荡器的频率和相位与发端同步，由于AFPC电路中低通滤波器的作用，行同步的抗干扰性增强。,与发送端同步的行振荡信号经行推动级和行输出级放大，在行偏转线圈中产生行偏转电流。行扫描逆程脉冲经升压与整流得到显像管需要的高压、中压以及视频放大电路（与PAL解码器基色矩阵合在一起）需要的电压。彩色显像管的附属电路包括会聚、几何畸变校正、白平衡调整、色纯调整、消磁等电路。,6.遥控系统 遥控系统由本机键盘、节目存储器、红外遥控
14、发射器、红外接收器、微控制器和接口电路等组成。本机键盘位于电视机面板上，用户通过本机键盘操作，完成对电视机的选台、预置或各种功能控制。,红外遥控发射器上键盘的作用基本上和本机键盘相似，所不同的是它可以远离电视机，通过红外光指令信号控制电视机。当按下红外遥控器的某个键时，遥控器内的编码器输出一组相应的二进制代码，并调制在38 kHz载波上，再去调制红外发光二极管，变成红外遥控指令信号发射出去。安装在电视机面板后面的红外接收器中的红外光敏二极管接收到红外遥控指令信号后，经放大、检波、整形得到指令的二进制代码，送至微控制器进行译码，识别出控制的种类和内容，据此发出相应信号，通过接口电路去调整电视机。
15、,节目存储器采用电可擦可编程只读存储器(EEPROM)，用来存储若干个频道的调谐电压数据、各种功能控制参数等，也存储最后收看电视节目信息，包括频道号、TV/AV状态、音量、亮度、对比度、色饱和度等。微控制器是遥控系统的核心，由8 bit的算术和逻辑运算器、各种寄存器、电压或频率综合器、RAM(数据存储器)、ROM(固化了全部选台、预置和各种功能控制程序)、IO端口、指令译码器、总线、主时钟等组成。与外围电路一起执行用户的遥控指令，如选台、预置、音量、亮度等各种功能控制。,接口电路将微控制器送来的各种功能控制指令码，经过译码、DA转换为64级模拟量控制电压，再去控制音量、亮度、色饱和度、电源等。
16、,4.1.5 地面广播接收天线 射频电视信号的载波频率高，跨越障碍物的能力弱，信号主要靠空间波传播，衰减较大，信号覆盖的范围也有限。距离电视台较远的地区可借助于电视接收天线获得较好的收看效果。利用天线较强的方向性，可提高电视接收机的抗干扰能力，减少电视图像的重影。,1.半波振子和折合振子 电视接收天线最基本的形式有两种：一种是半波振子天线，如图4-7所示；另一种是折合振子天线，如图4-8所示。它们均由直径在10 mm以上的金属导体(如铜管、铝管、铝合金管等)制成。,图 4-7 半波振子天线,图 4-8 折合振子天线,这两种天线都是谐振式天线，当接收天线的长度L等于接收电视频道载波波长0的一半，
17、即L=02时，天线呈谐振状态，阻抗为纯电阻，此时的输出功率最大，故称这种天线为半波振子天线。折合振子天线只要长度等于02，也具有上述特性。接收天线的长度L与接收频道的中心频率f0的关系是：,（4-2）,式中,L为天线的电气长度，单位为米;c为电磁波在空间的传播速度，它等于光速，c=3108 m/s;f0为所接收频道的中心频率，单位为兆赫兹(MHz)。例如，5频道频率范围为8492 MHz，f0=88 MHz，L=150/88=1.7 m;12频道频率范围为215223 MHz，f0=219 MHz，L=150/219=0.68 m。经验证明,长度L乘上缩短系数0.95后接收效果最好。,2.方向
18、性与增益 电视接收天线对来自不同方向的电磁波具有不同的接收能力，称为电视接收天线的方向性。只有一个最大接收方向的天线，叫单向接收天线；有两个最大接收方向的天线叫双向接收天线。半波振子天线和折合振子天线都是双向接收天线。在振子天线前面加一根稍短的金属管作引向器，在其后方加一根稍长的金属管作反射器，就能增强正前方的接收能力而削弱后方的接收能力，这种天线叫引向反射天线，它们的方向性如图4-9所示。接收时应该使天线接收能力最强的方向对准电视台。,图 4-9 天线的方向性(a)半波振子；(b)折合振子；(c)引向反射天线,天线的增益表示天线接收微弱信号的能力。天线在最大接收方向上接收信号所产生的电压u1
19、与半波振子在同一方向上，接收同一信号产生的电压u2之比为该天线的增益，以dB表示。,（4-3）,三单元引向反射天线的增益是56 dB；五单元引向反射天线的增益是89 dB；七单元引向反射天线的增益是1011 dB。,3.引向反射天线 离电视信号较强的地区只要用室内天线就可以了。羊角天线用于接收VHF频段的电视节目，羊角天线的两臂水平放置时就是半波振子天线，适当调节两臂间的张角、长度和方向可以获得最佳的收看效果。环形天线用于接收UHF频段的电视节目，一般用拉杆天线作支架，其接收方向可任意调节。市场上带高频放大器的室内天线适用于较远距离的接收，在信号较强的地区使用会增加图像噪波。,在离电视台较远或
20、接收环境较差、干扰较强的地区要安装室外天线。除半波振子天线、折合振子天线外，还有各种引向反射天线。引向反射天线也称八木天线，是日本人八木宇田发明的。,引向反射天线的主振子常用折合振子，在主振子前04的间隔处加一根稍短于02的金属杆作无源振子。由于主振子的感应，在其上面产生感应电流，两者产生的场在空间叠加、干涉，结果使主振子前方的能量增强，相当于这个无源振子把能量引向前方，所以把它叫做引向器。在主振子的后方04处加一根略长于02的金属杆作无源振子，也会由于感应和干涉，使主振子前方能量增强，相当于把能量反射到前方，所以把它叫做反射器。,通常把一个引向器、一个主振子、一个反射器组成的天线叫做三单元引
21、向反射天线。为了进一步提高天线的增益，可增加引向器的数量，组成n单元引向反射天线。五单元引向反射天线各引向器长度依次缩短3%左右，各引向器之间距离也依次缩短，详细数据可参阅有关资料。七单元引向反射天线各引向器长度相同，为0.40，各引向器之间距离也相同，约为0.10。为了提高增益，多单元引向反射天线还可组成多层多列天线，天线之间距离取（1+2）/4，馈线结合处离f1天线为1/4，离f2天线为2/4。,4.天线阻抗与馈线 在高频电磁场的作用下，天线两端的感应电压与感应电流之比，称为天线的输入阻抗。在谐振情况下，半波振子天线的输入阻抗为75，折合振子天线的输入阻抗为300。这是高频交流阻抗，不是天
22、线的直流电阻，不能用万用表欧姆挡测量。馈线是天线和电视机输入回路的连接线，要求馈线与天线之间阻抗匹配，否则会使接收到的高频电视信号再次辐射到空中去，还会干扰其他电视机的正常接收。,馈线与天线之间阻抗匹配，一是馈线的特性阻抗要与天线的输入阻抗一致，二是对称性要相符合。常用的馈线有对称的300 扁平行线和不对称的75 同轴电缆，如图4-10所示。常用的天线有对称的300 折合振子，对称的75 半波振子和羊角天线，不对称的75 单鞭拉杆天线。只有300 的折合振子天线与300 的扁平行馈线能直接连接，不对称的75 单鞭拉杆天线与不对称的75 同轴电缆能直接连接，其他连接都要经过阻抗匹配器。,图 4-
23、10 馈线(a)扁平行馈线；(b)同轴电缆,图 4-11 双孔磁芯匹配器的应用(a)双孔磁芯；(b)300 对称-75 不对称；(c)75 对称-75 不对称；(d)75 对称-300 对称,在UHF频段，用微带线实现阻抗匹配和对称-不对称转换；在VHF频段，用双孔磁芯匹配器能同时实现阻抗匹配和对称-不对称转换，在磁芯的两个孔内用两种颜色的0.4 mm单股导线双线并绕34匝，如图4-11（a）所示，各种匹配接法分别示于图4-11（b）、（c）、（d）。图4-12是两台电视机合用一副天线的匹配接法。假设天线和电视机阻抗都是对称的300。,图 4-12 天线分配匹配接法,4.2 卫星广播,卫星电视
24、是利用位于赤道上空35 800 km的同步卫星作为电视广播站，对地面居高临下，不受地理条件限制，其传送的图像质量高，没有重影。卫星电视的传送有卫星通信和卫星广播两种工作方式。卫星通信是指通过卫星把两个或多个地面站连接起来的点到点通信。广义的卫星通信包括广播电视节目的传送，如把中央电视台或各省电视台的电视节目传送到全国。,卫星广播则是直接覆盖，它把来自地面的上行发射站传送来的电视节目转发到地面，供地面数万甚至数十万的个体和集体接收设备接收。卫星覆盖区的用户能直接收看卫星转发的广播电视节目。卫星广播是点对面的单向传输和覆盖，而卫星通信是点对点的单向传输和覆盖，这就是卫星广播与卫星通信的重要区别。卫
25、星广播的转发器用定向天线将电波聚集成窄束辐射到覆盖区，电波的利用率很高。由于卫星广播采用了宽带调频方式、低噪声接收设备和高增益接收天线，因此降低了对服务场强的要求，采用小口径天线就可以收看卫星广播节目。,国际电信联盟对卫星广播业务使用的频率进行了分配，我国规定使用11.712.2 GHz的Ku频段。C频段和Ku频段卫星电视频道划分见表4-2和表4-3。实际使用的Ku频段的频道不止24个。,表4-2 C频段卫星电视频道划分,表4-3 Ku频段卫星电视频道划分,4.2.1 卫星电视广播系统的组成 卫星电视广播系统主要由上行站、卫星、接收站和遥测遥控跟踪站组成，如图4-13所示。,图 4-13 卫星
26、广播电视系统方框图,电视台广播的节目信号，经光纤线路或微波中继线路传送到上行发射站，节目信号经放大和频率调制后，变成14 GHz的载波发射给卫星，卫星上的转发器接收到上行波束后，将其放大并转换成12 GHz的载波信号，再通过卫星上的天线转变成覆盖一定地区的下行波束。卫星地面接收站收到12 GHz的载波信号后，从中解调出节目信号，经当地转播台或有线电视台播出，供用户接收。也可利用卫星广播电视接收机直接接收卫星上的广播电视节目信号。遥测遥控跟踪站测量卫星的姿态和轨道运行，测量卫星的各种工程参数和环境参数，对卫星进行控制和实施各种功能状态的切换，以保证卫星的正常运转。,我国目前主要利用亚洲二号、亚太
27、一号A和鑫诺一号卫星转播电视。亚洲二号卫星转播广东、福建、河南、江西、青海、辽宁、内蒙古、湖南、湖北、广西、陕西、中央3、4、5、6、7、8、9套节目以及安徽、黑龙江、江苏、北京、山西、天津、河北和远程教育的节目。亚太一号A卫星转播云南、贵州、浙江、西藏、四川、山东、新疆、海南、重庆、甘肃、宁夏、山东教育电视台、中国教育电视台、中国教育电视2台、中央1、2、7台节目。鑫诺一号卫星CBTV直播平台转播中央和各省市台数字电视节目。,在广播电视的地面广播、卫星广播和有线电视三种传送方式中，最易实现数字电视广播的是卫星电视，我国卫星电视正在由C波段向Ku波段发展，由模拟卫星电视向数字卫星电视发展，而且
28、发展得非常快，所以本书只介绍数字卫星电视。,1.数字卫星电视 1999年10月1日起全国31家省级电视台卫视节目被集中送上鑫诺一号卫星CBTV(中国广播电视)直播平台，与8套中央电视台的节目和8套中央广播节目同时向中国及邻近地区播出。CBTV直播平台启用下行中心频率分别为12 380、12 440、12 500、12 560 MHz的4个Ku频段转发器，每个带宽54 MHz的转发器各安排传输812套电视节目，共传输中央和省级电视节目、广播节目各40多套。,这些数字直播卫星节目的其他接收参数是：视频制式符合MPEG-2DVB-S标准，符号率41.530 Mbs，前向纠错12，垂直极化。采用有条件
29、接收技术，用户必须使用带智能卡的CBTV专用卫星解码器(IRD,Integrated Receiver Decoder)，并经授权才能接收到平台的节目，个体接收天线口径约为0.70.9 m。,数字卫星电视传送的优点有：(1)数字方式传输节目质量高，图像质量比较稳定。(2)传输一路模拟电视节目的卫星通道可传输48路数字电视节目，传输节目数量多，可满足观众日益增长的需求，也降低了每套电视节目传送的成本。(3)传输方式灵活，有单路单载波(SCPC，Single Channel Per Carrier)方式和多路单载波(MCPC，Multiple Channel Per Carrier)方式。,(4)
30、能进行电视广播传输,也能进行声音和数据广播传输。(5)容易进行加扰加密，实现条件接收和对用户的授权管理。,2.数字卫星电视上行站 图4-14是数字卫星电视上行站方框图，包括信源编码、多路复用、信道编码、四相相移键控(QPSK，Quaternary Phase Shift Keying)调制(以上部分详见第8章)、上变频器和功率放大等部分。,图 4-14 数字卫星电视上行站方框图,视频、音频、数据经压缩编码后在多路复用器打包，每个包有一个包识别信号(PID，Packet Identifier)，并写入一个节目映射表(PMT，Program Map Table)中，将PMT和视频、音频、数据包复接
31、起来，形成包长度固定为188字节的单路节目传输流（TS，Transport Stream）。,信道编码包括能量扩散、RS编码、卷积交织器和卷积编码器。能量扩散是将输入的数据随机化，使数据流中0和1均匀分布，不出现长串的1和0，以免对其他信道产生干扰，同时使QPSK解调器能从数据流中恢复出隐含的数据时钟。对能量扩散后的数据包进行RS编码，每188字节信息码元添加16字节监督码元，能纠正8个字节的突发性错误。交织处理可将长突发错误离散为短突发错误，卷积编码主要用来纠正随机错误。它允许使用编码效率是12、23、34、56和78的收缩卷积码，这就允许各种业务选择不同的误码校正程度。,收缩卷积码经串/并
32、变换成为同相分量I和正交分量Q两路信号，经升余弦平方根滤波后分别对同相载波cost和正交载波sint进行二相调制，两个二相调制信号相加得到四相相移（QPSK）键控信号。上变频器完成从中频到射频的频率变换，射频信号经功率放大器后，通过天线发向卫星。,3.传送方式(1)多路单载波(MCPC)方式 MCPC方式适合于多套节目共用一个卫星电视上行站，先将多套节目的数据流合成为一个数据流，然后调制载波发至卫星，这种方式能使转发器的功率得到最大限度的发挥。中央电视台、中央教育卫视、内蒙古卫视、新疆卫视等采用这种方式。,(2)单路单载波(SCPC)方式 SCPC方式适合于多套节目共用一个转发器而不共用上行站
33、的情况。每套节目各自调制一个载波而发至卫星，每个载波只传输一套电视节目，这样在一个转发器内同时存在多个载波。该方式的缺点是转发器的功率得不到充分发挥，多个载波的存在就有可能产生交调、互调干扰，这就要求放大器尽可能工作在线性状态。青海、河南、福建、江西、辽宁五省采用SCPC方式共用一个转发器。,(3)直播卫星 直播卫星(DBS，Direct Broadcasting Satellite)是通过卫星将图像、声音和图文等节目进行点对面的广播，直接供广大用户接收(个体接收或集体接收)。按照国际电信联盟(ITU)的规定，直播卫星一般属于卫星广播业务(BSS，Broadcast Satellite Ser
34、vices)范围，采用的频段是广播专用Ku和Ka频段，覆盖范围受到国际公约的保护，在本覆盖区内不受其他通信卫星溢出电波干扰。据国家广电总局编制的广播影视科技发展“十五”计划和2010年远景规划介绍，我国广播电视直播卫星将在“十五”中期建成，其设计容量为传送100套广播电视节目，选定轨道为92.2E。,(4)卫星直播 利用卫星进行点对点(或多点)的节目传输，把电视节目传送给地面广播电视台或有线电视台转播，属于固定卫星业务(FSS，Fixed Satellite Service)。通信使用频段为C频段和Ku频段。人们常将使用Ku频段的直接到户(DTH，Direct To Home)的广播电视服务称
35、为卫星直播。我国的CBTV卫星直播试验平台不属于DBS，因卫星直播系统使用的是鑫诺一号通信卫星的4个Ku频段。,4.2.2 卫星数字电视接收机 1.卫星数字电视接收系统结构 图4-15是卫星数字电视接收系统结构方框图。卫星数字电视接收系统由接收天线(包括馈源)、高频头(LNB，Low Noise Block Down Converter)和卫星数字电视接收机三部分组成。高频头称室外单元，卫星数字电视接收机称室内单元，或称综合解码接收机(IRD，Integrated Receiver Decoder)。,图 4-15 数字卫星电视系统结构方框图,IRD包括信道接收模块、解复用模块、MPEG-2解
36、码模块三个主要模块和条件接收模块，IC卡接口，视、音频输出接口，数据流接口，遥控器和电源等附加功能模块。,2.天线与高频头 接收天线直接关系到卫星广播电视节目的收视质量。图4-16是一种前馈式抛物面天线的结构，由抛物面反射体、馈源及其支撑杆、天线支架和仰角及方位角调整机构组成。前馈天线将天线部件馈源放置在旋转抛物面的前方焦点处。馈源的主要作用是收集卫星电视信号并馈送到高频头去。天线支架分为上支架和下支架两部分。,上支架主要作用是支撑抛物面，下支架用于把天线安装在地面或建筑物上。仰角和方位角调节机构用于卫星天线的方向选择，以对准轨道上的卫星。,卡塞格伦天线也称后馈式天线，是在抛物面天线的基础上发
37、展起来的，后馈式天线有两个反射面如图4-17所示。它以抛物面为主反射面，副反射面为旋转双曲面，它的虚焦点与主反射抛物面焦点重合，它的实焦点与馈源中心重合，它将抛物面反射电波再反射到抛物面后的馈源上。卡塞格伦天线效率高、方向性强、噪声低、增益高，性能比抛物面天线好。大多数收发双工的地面通信兼电视接收站都采用卡塞格伦天线。,天线有板状天线和网状天线，网状天线效率较低，但有结构简单、成本低、安装运输方便、抗风力强等优点。高频头在馈源后部与馈源做成一体化结构，图4-18是高频头的组成方框图。来自馈源的微弱信号，经过宽频带低噪声放大器后，送到混频级，与本振信号混频后，输出宽频带的第一中频信号(频率为0.
38、952.150 GHz)。,图 4-16 前馈式抛物面天线的结构,图 4-17 卡塞格伦天线的结构,高频头要接收卫星电视信号的全部频道，例如，C波段的频率范围为3.74.2 GHz，有500 MHz带宽，有24个频道，高频头就要对24个频道都能进行放大和进行频率变换。高频头对C波段采用高本振，本振频率为5.17 GHz或者5.15 GHz，变频后的频道与下行频道高低顺序是倒置的。Ku波段的频率范围为11.712.75 GHz,有1.05 GHz带宽,高频头就要对整个带宽都能进行放大和进行频率变换。高频头对Ku波段采用低本振,本振频率为10.75 GHz,变频后的频道与下行频道的高低顺序相同。,
39、图 4-18 高频头组成方框图,3.信道接收模块 天线接收到C波段或Ku波段的卫星下行信号后，经LNB放大和下变频器，形成9502150 MHz的第一中频信号，经引下电缆送到IRD的调谐器。引下电缆一般采用F型连接器，如图4-19所示。调谐器根据要接收的频率，通过锁相环路（PLL，Phase Lock Loop）控制本机振荡器频率，把输入信号变频成第二中频(479.5 MHz)信号，送到正交鉴相器分解出I、Q两路模拟信号，再经双AD转换器把这两路模拟信号分别转换成6比特的并行数字信号，进入QPSK解调电路和信道纠错电路。QPSK解调器起到载波恢复、寻址、位同步、反混叠、匹配滤波和自动增益控制(
40、AGC)的作用。,图 4-19 F型连接器,信道纠错部分包括Viterbi卷积解码和RS解码。Viterbi解码可对误码率(BER，Bit Error Rate)为10-110-2的数据流进行纠错，以达到BER为10-4。RS解码对突发性误码进行纠错，以达到BER优于10-10的结果，最后输出符合MPEG-2标准的传输流(TS)，每个数据包为188个字节。,4.解复用模块 TS码流是一种多路节目数据包按MPEG协议复接而成的数据流。首先对TS流进行解复用，根据所要收视节目的包识别号(PID)提取出相应的视频、音频和数据包，恢复出符合MPEG标准的打包的节目基本流(PES，Packetized
41、Elementary Stream)。解复用芯片内部集成了32个用户可编程的PID滤波器，其中1个用于视频PID，1个用于音频PID，余下的30个可用于节目特殊信息(PSI，Program Specific Information)、服务信息(SI，Service Information)和专用数据的滤波。,PID处理分两个步骤：(1)PID预处理 仅进行PID匹配选择，过滤掉那些PID值不匹配的包，挑选出所需收视节目的数据包。(2)PID后处理 进行传输流(TS)层错误检查(包括包丢失、PID不连续性等)，同时滤除传输包的包头和调整段，找出有效载荷，按一定次序连接，组合成PES流。系统时钟为
42、27 MHz，由压控振荡器(VCO，Voltage Controlled Oscillator)产生，通过提取码流中的节目时钟基准(PCR，Program Clock Reference)来控制PLL环路，使IRD的系统时钟和输入节目的时钟同步。,5.MPEG-2解码模块 PES数据包被送到MPEG-2解码器芯片解压缩，生成符合CCIR601格式的视频数据流和脉冲编码调制(PCM，Pulse Coding Modulation)音频数据流，这两个数据流再分别被送到视频编码器和音频数模转换器(DAC，Digital to Analog Converter)生成模拟电视信号，供电视机接收。,6.软
43、件在线更新 软件在线更新就是卫星传送中心或卫星上行站在更新软件时，通过特定的协议将软件插入到码流中，传送给卫星数字电视接收机。接收机在检测到有软件更新的要求后，就将所有的更新软件下载到RAM中，并进行校验。校验无误后就启动软件在线更新内核。这个内核是一段很小的程序，负责将下载的软件烧写到Flash中，烧写完毕，重新启动接收机，接收机就能使用更新的软件。,由于卫星数字电视接收机中的软件非常复杂，因此难免存在一些错误。另外，随着卫星广播电视业务的不断变化，软件的功能也需要不断完善。软件在线更新功能可以使接收机厂商不需要到用户所在地进行软件更新，从而减少了工作量。,图 4-20 单片数字卫星电视接收
44、机方框图,7.单芯片数字卫星电视接收机 数字卫星电视接收机芯片的集成度正在不断提高，正朝着单片多媒体引擎结构(OMEGA)方向发展，如ST公司的STi5500采用嵌入设计，将32位微处理器、MPEG-2音频、视频解码器、PAL、NTSC模拟编码器等多块芯片集成在一起，构成单芯片数字卫星电视接收机，图4-20是其组成方框图。,4.3 有线电视广播,4.3.1 有线电视系统的组成 有线电视系统通常由前端设备、传输系统、信号分配三部分组成。1.前端设备 图4-21是有线电视系统的组成方框图。混合器左边的设备都属于前端设备。卫星天线接收的信号经馈源和高频头送到功分器，功分器将输入信号功率分成相等的几路
45、信号输出。,因为每个卫星要转发多套节目，所以有线电视系统要同时接收这些节目必须使用功率分配器。功分器每一输出可连接一台卫星电视接收机。每台卫星电视接收机分别接收一套节目，各自用调制器调制到有线电视的一个频道上。,图 4-21 有线电视系统的组成方框图,由于邻近城市电视台距离不等、方向不同，为了减少其他频道的干扰，每个台必须专用一副天线来接收。为进一步抑制频道外的干扰，每个通道串接了频道滤波器。接收到的射频信号先解调为视频和音频信号，再调制到有线电视的一个频道上。导频信号发生器为线路放大器提供了自动增益控制和自动斜率控制的参考电平。由于导频信号和有用信号同时通过同一电缆传送，当电缆因温度变化而衰
46、耗改变时，导频电平的变化可作为放大器自动调节的依据。,从各种途径得到的视频信号与伴音信号，都要经过调制器调制到有线电视的某一个频道上。调制器有射频直接调制器、中频调制器、频道捷变调制器等几种。射频直接调制器由一个对应频道的残留边带滤波器和一个对应频道的调制器组成；中频调制器在中频进行信号处理和滤波，变频前的设备是一样的；频道捷变调制器采用频率相关技术，由8 MHz晶振倍频产生各频道图像载频，稳定度和准确度很高。中频38 MHz先上变频到固定频率605.75 MHz，经带通滤波去掉其他分量再变频为输出频道频率，输出频道可捷变。,最后各路信号输出的射频信号都送入混合器，输出一个宽带复合信号，再送入
47、有线电视系统的干线传输网。混合器大多是宽带变压器式的，可以进行任意频道的混合，具有较大的隔离度，缺点是插入损耗大。在上述无源混合器的基础上增加宽带放大器便成为有源混合器。,2.传输系统 传输系统是一个干线网，它可以用电缆、光缆来实现。目前我国绝大部分有线电视系统都用同轴电缆向用户传输。干线电缆一般选比较粗的同轴电缆，以降低干线过长而引起的损耗。由于电缆对高、低频率衰减不同，因此要用均衡器进行补偿。当温度变化时，传输损耗也不同，冬夏之间会引起放大器的状态变化，因此隔一段距离要用带自动增益和自动斜率补偿的放大器，来补偿电平起伏。,线电视常用的同轴电缆按绝缘介质来分有纵孔电缆和 物理高发泡电缆。SY
48、KV型纵孔电缆也称藕芯电缆，高频损耗小但防潮，防水性能差，只能在室内使用；SYWV（Y）型物理高发泡电缆绝缘介质中空气占80%，高频衰减低，每台放大器能带更多的用户，生产工艺先进，特性阻抗均匀，质量稳定。光缆传输有容量大、衰减小、不受电磁感应影响、安全可靠等优点。缺点是造价高、建设难度大，适合于长距离系统干线使用。,3.信号分配网络 信号分配网络由分配器、分支器、串接单元、终端盒以及电缆等组成。分配器是由高频铁氧体磁芯做成的宽带传输线变压器，它将输入射频信号的功率均等地分配给各路输出。分配器有二分配、三分配和四分配等。分配器的接入有一定的插入损耗，其损耗大小与分配端数有关。,分支器也是一种宽带
49、变压器，它可以消除用户电视机之间的相互影响。它有一个主输入端，一个主输出端和若干个分支输出端。分支器有一分支、二分支、三分支和四分支。分支器从主输入端到主输出端的电平损耗，称插入损耗，从主输入到分支输出端的电平损耗称分支衰减。插入损耗和分支衰减有密切关系，它们是从两个方面说明同一个内容。通常插入损耗越小分支衰减越大，表示分支输出端从干线耦合能量越少；插入损耗越大分支衰减越小，表示分支输出端从干线耦合能量越多。在分支损失相同的情况下，插入损耗与分支数有关，分支数多插入损耗就大。,一分支器输出带有电视机插座的称串接单元，也称用户盒。用户盒通常装在用户住房内，供连接电视机用。还有一种终端式用户盒，是
50、连接在分配器或多分支器输出端。,4.3.2 增补频道 射频信号在同轴电缆中传送时，损耗与信号频率的平方根成正比，为了减少损耗，增大传输距离，充分利用网络的传输带宽，可在地面广播电视没有使用的频段中，增设增补频道。从表4-1电视频道表中可以看出，在DS5频道和DS6频道之间以及DS12频道和DS13频道之间有相当宽的一段频率没有分配给地面广播电视使用。有线电视可充分利用这一空隙，所增设的37个增补频道z1z37如表4-4所示。,表4-4 增补频道37个,表4-4 增补频道37个,有线电视系统频带宽度一般分为300 MHz、450 MHz、550 MHz、750 MHz等几挡。要提高系统的频带宽度
