卫星数字电视信号的频谱整体搬移实验.doc

卫星数字电视信号的频谱整体搬移实验数字电视信号的传输对相位噪声指标要求很苛刻，以至于地面上的数字电视广播需要扩大覆盖范围的时候，往往采用同频转发的方式，在比较低的频段，同频转发难度还是不小的，去年到今年作了一些这方面的工作，深有体会。这里将要进行的是数字卫星电视信号的频谱整体搬移试验。方法很简单，就是将卫星电视高频头输出的第一中频信号所选定的频段输入下变频器，使其迁移至预定的频段，然后用滤波器取出，如下图所示。从上图看，整个系统的结构并不复杂，但是有一个最大的难点就是系统对相位噪声指标要求较高，变频不能以常用的锁相环电路构成本振，因为大家都说用锁相环本振变频以后由于相位噪声太大不能解出信号，所以我们也就不在这方面下功夫了。锁相环振荡器的相位噪声较大这是大家都知道的，所以数字传输器材中都不用它。要变频，就必须得有本振信号，而简单的锁相环本振又不能用，选择适用的本振就成了这一实验的关键环节。振荡器的相位噪声较小，但是频率稳定度很差，没有实用价值；晶体振荡器的相位噪声也比较小，但是振荡频率受晶振频点的限制。为此我们选用过去安由电子研制的一种本振信号源取得了成功，该振源结构如下图所示。上图的振源采用两个频率合成，一个是频率可调的振荡器，频率很低，通常选取所需振源工作频率的。例如，当需要一个的信号源时，可以选用的晶体振荡器（此频点的选取要看手中的存货情况）和的振荡器，相加获得（当然也可以相减获得）。晶体振荡器的频率稳定度是不容置疑的，而的振荡器的频率漂移绝对值也是很有限的，顶多零点几，在的时候频率漂移零点几在很多情况下都是可以允许的，起码在这里是允许的。另外还有一种方法获取本振信号源也是可行的。手里各个电视频道和各频道本振的晶体在以下分布得很均匀，有几十个频点，可用其各次谐波用作变频的本振，相位噪声指标完全可以满足要求，基本上能实现变频的需要。当然，需要比较精确地控制产物频段时，还得用第一种方法获取本振信号。本振问题解决以后，其他的事情就好办了，下面我们以几个实例来详细介绍这种数字卫星电视信号频谱整体搬移的实现方法。实例将卫星上的一套数字电视节目搬移到电视广播传输频段，既可有线传输，也可开路发射。以星上信号较强的北京卫视为例（注：因为实验所用天线较小故选较强的信号），下行中心频率，经本振为的高频头在第一中频中的中心频率为，将其搬移到附近。因为对最终产物所在频段不要求精确控制，因此选一个附近的本振直接变频即可。在现有的晶体中，频道本振的三倍频比较合适，频率为（），可将北京卫视搬移到中心频率为，符合要求。动手实施的第一步是先将第一中频进行低噪声宽带预放，以使信号经得起后面的折腾。预放比较简单，与常用的卫星信号线路放大器相似，这里采用两只微波低噪声管，各方面的指标均可满足要求，电原理图如下。实验中不需要采用电信号转换极化，因此采用独立的供电，极化需要转换时采用机械方式，并且不采用机房通过电缆供电的方式以防止系统中各个功能间相互牵制。电路参数配置为前级，后级，总增益约分贝。然后在室内进行选频放大。选频的目的并非对最终产物的带外指标产生直接的影响，而是为了在一定程度上压低非选定内容，降低混频器的负担，充分发挥混频器的能力。放大器所处理的信号电平较高，需要有较大的动态范围，采用两只，前级工作电流，后级工作电流，总增益约分贝，电原理图如下。上面仅仅是电原理图，实物结构可能是千变万化的。很多部位需要调试后才能确定。由于频率比较高，有些东西在实物中是看不到的，比如图中的线圈等。经混频以后，获得的有用信号电平达，再经严格滤波和两级放大，最终输出的信号电平达到了以上。接收采用升频的方法，选用现成的升频器老产品（关于升频器请参考这里），实验选用的是本振频点为.的成品，将信号频率升为.，完全在卫星接收机的频率处理能力之内。准备工作完成以后，将全部器材连接起来进行实际收看实验，这一步需要注意卫星接收机的频率设置，因为经过两次变频以后与卫星信号的频率有了很大的不同。可以用设置高频头本振频率的方法，也可以用设置卫星信号频率的方法，总之，是要使卫星接收机处理的信号。直接连接卫星机解不出来信号，这是预先大家都预料到的，信号太强，很容易使接收部分的某个环节大大越过线性去，使信号变坏。信号本身是没有问题的，如上所述，信号处理部分的放大器、混频器取值余量都留得很大，不会影响信号质量。上述参数或许将来还会修改得更合理，不光是为了节省那点儿微不足道的电能，也是为了降低机器的发热量。将信号线从升频器的输入端拧下来，接收机解码正常，直到信号线移到米以外图像才停顿。随后在升频器的输入端插一段厘米长的铜丝，在信号线上通过连接器也插一段厘米长的铜丝，竟然在房间外面也可以很好地接收，这对于通常电视广播用的模拟调幅信号绝无可能。这种信号用于无线传输，肯定是可以的，用于有线传输则还有很多未知因素，有待实践，最主要的是不知道应该以多高的电平传输，入户电平应该是多高，等等。实例将收视率颇高的湖南卫视转到较低的频段无线发射。湖南卫视不止在一颗星上转发，后来发现在亚太号上面也有，但是与其他台合用转发器，无法单独发射。因为这次的目的是实验选定节目的广播发射，因此还是选用东经.度星上的水平激化中心频率的信号。尽管这路信号在我们所在的实验地强度不大，但它是独立的信号并且还具有一定的实用性（大家爱看）。这路信号由高频头输出的第一中频为，发射频率选择频道之间，当然还得避开拥挤的通信频段，实验采用本振，将卫星信号下变为。实验用的电路图如下。看不清楚可以点击放大实验用的电路肯定不完善，需要在实践中逐步修改，这里只不过是借此完成特定的功能罢了。焊好的电路板就不往这里放了，因为实验做完以后这块板已经是面目全非了，惨不忍睹，就不现眼了。整个通道调试好以后，连接垂直安装的折合振子发射天线，视距一公里半径以内均可接收，信号质量比卫星天线直接入接收机略有下降，从声像上肯定是什么影响也看不出来。然后接上中心频率为的型发射单元，发射距离大增，视距公里内信号非常好，但是也发现了新的问题：传输途径中几乎是不能有一点遮挡，在近处还好一些，几公里外一棵树挡着便有可能是信号质量变为零。（注：卫星接收机上面的指示，解码失败之意。）实验含证实了一个问题，就是这种DVB-S格式的数字信号抗多经传输干扰的能力极差，比模拟信号差得远。在行进的车上收看模拟信号，只要信号够强，图像是稳定的；中等信号时，可能图像会有闪动；而在行进的车上接收这种数字信号，尽管是在信号很强的地域，也几乎不能解码成功。实例为了加速这种卫星数字电视信号频谱整体搬移的实用化进程，紧接着进行了大包数据转发的实验。位于东经度亚星上垂直极化中心频率的这路信号，是一个较大的数据包，包内打并了套电视节目，从频谱仪上看大约占了五十多兆赫兹频宽，若是将这样的信号发射出去，接收端一下子就可以获得套数字电视节目。毫无疑问，若是同时发射路这样的信号，接收端将可以收看几十套数字电视节目。在模拟和数字电视技术并存的过渡期，这种传输方式具有一定的现实意义。这项实验进行得较为艰辛，实验过程中困难不断，以至于此页很长时间没有更新，直至前天晚上试验圆满完成，昨天整理器材并且进一步试了一下多星信号组合发射，才可以坐下来整理资料。第一步：因为这路信号占有五十多兆赫兹频宽，不敢轻视。并且有了过去的实验经验，对本振的信号质量不再怀疑，所以直接试验混频质量。按下左图从混频器取信号，经可变衰减器至升频器，信号质量为零。改变衰减器的衰减量无效。但是按照上右图直取放大后的第一中频信号，经衰减器入卫星接收机，解码正常，说明混频前信号正常。混频失败。检查分析各处未果，偶然的机会断开混频器前用于改善匹配的衰减器电阻，混频器输出端有了能够正常的解码的中心频率信号，虽然电平很低，但是卫星机指示信号质量良好。恍然大悟，原来是混频器动态不够所致，人为地降低加至混频器的第一中频信号，混频成功。但是降低混频器的输出将会增加后面的难度，因此不能再此妥协，将本振功率提高到，问题得以解决。第二步：将混频输出的信号取出并放大。五十多兆赫兹的频宽对于晶体管放大电路来说是轻而易举的事儿，但是从变频产物中取这五十多兆赫兹宽的有用信号遇到的困难不少。做一个中心频率频宽的带通滤波器本不是难事儿，但是做好以后不能用。放大器肯定工作在线性区，经过放大的信号不应该有太大的畸变，因为前些时候实验单套节目的数字信号发射时已经有了经验：放大器过推动不会严重影响信号质量。况且我们将放大器的动态范围设定得较大，肯定不会过。实验一度又陷入僵局。电话请教了一下搞数字信号传输的专家，被告知数字信号传输的路径频率特性非常关键，于是又一遍遍地在我的实验器材上查找相关的部位。检查发现，像过去对付模拟信号那样对待数字信号是行不通的，模拟信号传输中使用的滤波器的带内有分贝的起伏是很正常的，分贝也不会明显影响信号质量，达到分贝还不至于影响工作，要求不高时分贝也凑合着能用。而数字信号对传输通道的频率特性要求非常严格。滤波器和放大器单独调测好以后，合起来由于分布参数的影响，总的频率特性会有变化，所以还要统调一下。这次费劲不小，设计制作了多种滤波器用于试验，但是无论是哪一种，只要总频率特性带内起伏超过分贝，就很难解码成功。解决了这一问题，接上发射天线试验，解码正常。这一步得出的结论是：整个实验中，最重要、也是难度最大的一个环节就是这个中心频率频宽的滤波器。第三步加装发射单元，向实用化再迈进一步。这一步的主要内容是拉开距离探索DVB-S格式的数字信号以地面