广播电视卫星数字传输技术课程课件

广播电视卫星数字传输技术

广播电视卫星数字传输技术

第一章概论第一节利用卫星传输广播电视节目

三颗卫星覆盖全球第二节卫星广播的特点

优点1.覆盖面广2.

投资省，建设速度快3.传输质量好4.频谱利用率高5.维护方便缺点1.信号传播存在时延问题上行270ms,下行270ms,共540ms2.雨雪衰耗

Ku>C3.日凌与星蚀日凌卫星运行到太阳与地球之间星蚀卫星运行到太阳与地球的外侧

\第三节卫星广播电视的发

展现状及发展趋势

一、国外卫星技术发展状况1.三个阶段2.国外、亚洲、欧洲、美国二、我国卫星技术发展状况卫星发展状况1970年4月24日发射“东方红”一号1984年4月8日发射试验通信卫星1985年8月∼1999年10月全国各省市自治区、中央三台的广播电视节目全部上星。1999年1月1日“村村通”工程启动。2003年6月全国各省市自治区、中央三台的广播电视节目全部采用数字压缩技术上星。2006、2007年我国将发射DBS。2006年11月,鑫锘2号发射成功,但因未能展开太阳帆板和通信天线而报废。2007年5月，中星6B发射成功。2007年6月，鑫锘3号发射成功。2007年8月1日起，中央和地方的广播电影电视节目转星到中星6B(东经110.5度)和鑫锘3号(东经125度)。中星6B和鑫锘3号均为C波段。。2008年6月,直播卫星(DBS)中星9号发射成功、2009年将发射直播卫星(DBS)鑫诺4号。中星9号是法国阿尔卡特公司生产。三、我国卫星星广播电视发发展方向1.从到。2.CKU3.SCPCMCPC4.从模拟到数字字5.转播HDTV6.建立A、B平台7.建立宽带、交互、智能综综合业务信息息网第四节卫卫星与地球球的空间关系系在图1-3中R=6378KMS'为S的星下点；为覆盖区范围围的中心角之之半；为覆盖角之半半；θ为天线仰角h为S到S'的距离E为地球站计算公式可以证明：卫星与地球的的空间关系图1-3卫星与地球的的空间关系当=50时，则＝76.30，＝8.70，，覆盖面积积的最大跨度度（最大弧长长）为18101km。卫星到达最远远地面站的距距离SE=42000km。地球半径R=6378km,其周长L=2πR=2×3.14×6378km≈40000km如第一节所述述，在地球周周围均等的放放置三颗同步步卫星，全世世界就能被三三颗卫星所转转发的广播电电视电波所覆覆盖。而我国只占亚洲的一部分分，东西方向向在东经750~1300之间，长约4000km。南北在地球北北纬150~570之间，长约4000km。第五节对对广播卫星星的技术要求求1.精确确的的位位置置与与姿姿态态2.有效效的的辐辐射射功功率率3.长寿寿命命4.高可可靠靠性性5.重量量轻轻第六六节节卫卫星星的的发发射射图１１－－４４飞飞行行速速度度与与飞飞行行轨轨道道的的关关系系卫星星发发射射第七七节节卫卫星星的的组组成成卫星星系系统统功功能能方方框框图图示示于于图图1-7接收收机机发射射机机双工器遥测测指指令系系统统温控系统统位置置与与姿姿态态控制制系系统统入轨轨与与推进进系系统统电源源系系统统到各各分分系系统统天线系统通讯天线遥测指令天线卫星星转转发发器器双工工器器LNA下变频频器器激励励放放大大器器分波器多工器TWTA1TWTA2本振振11.7~12.5GHz14.5~14.８GHz2.3~2.8GHz卫星星姿姿态态控控制制第八八节节频频段段划划分分C频段段频频道道划划分分FSS/BSS频段段划划分分业务务链路路1区2区3区FSS(DTH)BSS(DBS)上行行下行行上行行下行行14.5~14.8GHz12.5~12.7514.0~14.5GHz17.3~18.1GHz11.7~12.514.0~14.5GHz11.7~12.217.3~17.8GHz12.2~12.714.5~14.8GHz12.25~12.7514.5~14.8GHz17.3~17.8GHz11.7~12.2频道道安安排排方方式式第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念1.卫星星电电视视接接收收站站的的性性能能参参数数2.自由由空空间间传传播播损损耗耗第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念3.EIRP等效效全全向向辐辐射射功功率率EIRP是在在地地球球已已知知点点上上卫卫星星下下行行链链路路信信号号强强度度与与来来自自轨轨道道位位置置辐辐射射1W功率率的的全全向向辐辐射射器器的的信信号号强强度度之之比比（（dBW)。它反反映映卫卫星星的的辐射射能能力力，，其其计计算算公公式式为为：：3.EIRP等效效全全向向辐辐射射功功率率式中中，，P————卫星星TWTA的输输出出功功率率；；Lt———行波波管管至至卫卫星星天天线线之之间间的功功率率损损耗耗；；Gt———卫星星天天线线增增益益。。4.接收收系系统统输输入入功功率率PR第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念5.预加加重重和和去去加加重重5.预加加重重和和去去加加重重第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念6.加权权7、能能量量扩扩散散当无无调调制制信信号号时时，，信信号号功功率率集集中中在在载载频频或或频频谱谱的的某某几几个个点点上上，，使使地地面面业业务务受受到到较较大大的的干干扰扰。。其其方方法法是是人人为为地地在在视视频频信信号号通通路路中中叠叠送送一一个个三三角角波波，，无无论论是是否否有有调调制制信信号号，，载载频频受受到到三三角角波波的的调调制制，，使使能能量量扩扩散散开开来来。。在在接接收收端端采采用用视视频频钳钳位位的的办办法法消消除除这这个个三三角角波波，，即即去去扩扩散散。。第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念8.极化、、极化化面所谓极极化是是指电电场的的矢量量方向向和幅幅度随随着时时间t变化的的特性性，用用电场场矢量量端点点随着着时间间变化化在空空间所所描绘绘的轨轨迹来来表示示电磁磁波的的极化化。与地平平面相相垂直直的直直线称称为法法线，，通过过法线线作出出的平平面称称为法法面，，包括括传播播方向向的法法面称称为极极化面面。8.极化、、极化化面第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念9.线极化化、圆圆极化化和椭椭圆极极化线极化化垂直极极化水平极极化9.线极化化、圆圆极化化和椭椭圆极极化圆极化化：右右旋圆圆极化化、左左旋圆圆极化化。椭圆极极化：：右旋旋椭圆圆极化化、左左旋椭椭圆极极化。。第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念10.极化角角、极极化匹匹配和和极化化隔离离处于卫卫星星星下点点的地地面接接收站站天线线的极极化与与卫星星转发发器辐辐射电电磁波波的极极化是是匹配配的，，而星星下点点以外外地区区的接接收天天线因因所在在地球球位置置不同同，与与卫星星星下下点经经纬度度存在在差值值，造造成卫卫星转转发器器辐射射电波波的极极化与与接收收天线线的极极化面面之间间有一一个夹夹角，，称为为极化化角。。就是是说，，地面面接收收天线线的极极化，，必须须旋转转一个个极化化角，，才能能与卫卫星转转发器器发射射电磁磁波的的极化化相匹匹配。。10.极化角角、极极化匹匹配和和极化化隔离离发射与与接收收的极极化波波及其其旋向向一致致，称称为极极化匹匹配。。如果果发射射与接接收的的极化化波及及其旋旋向不不一致致，用用极化化隔离离度表表示其其不一一致的的程度度。第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念11、仰角角和方方位角角在图1-18中，从从E点作圆圆的切切线（（水平平线）），该该水平平线与与天线线指向向卫星星的主主波束束的轴轴线SE的夹角角θ就是仰仰角。。地球站E与卫星星S的星下下点S’的连线线ES’（即ES连线在在地球球表面面的投投影线线）称称为该该站天天线指指向卫卫星的的方位位线。。方位位线与与正南南（或或正北北）方方向的的夹角角ψ（∠S’EF）为方位位角（（见图图1—18）。11、仰角角和方方位角角11、仰角角和方方位角角天线的的仰角角和方方位可可从诺诺模图图中直直接查查出。。在图图1-19中，横横坐标标为地地球站站的相相对经经度|λ星－λ站|，λ星为卫星星轨位位经度度，λ站为地球球站的的经度度，纵纵坐标标为地地球站站的纬纬度ψ。计算举举例：：在长长春市市（125.3oE、43.6oN）接收亚亚洲2号卫星星信号号。|λ星－λ站|＝|100.5oE－125.3oE|＝24.8o。11、仰角角和方方位角角分别在在纵坐坐标上上标出出A点和在在横坐坐标上上标出C点，从从二者者的交交点B处读出出相应应的仰仰角θ(EL)=33o和方位位角ψ(AZ)=32o。11、仰角角和方方位角角第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念12．FDMA、TDMA和CDMA(1)频分多多址（（FDMA）若干个个地面面站选选用不不同的的下行行频率率，接接收同同一颗颗卫星星信号号，称称为频频分多多址通通信。。其优优点是是按频频率划划分，，接收收机选选择信信道时时，采采用调调谐方方式就就可以以了。。12．．FDMA、TDMA和和CDMA(2)时分多多址（TDMA）若干个个地面面站在在不同同的时时隙内内，接接收同同一颗颗卫星星信号号，称称为时时分多多址通通信。。就是是说分分配给给各地地面站站不是是不同同的载载频，，而是是不同同的时时隙，，在时时间上上互不不重叠叠，而而载频频可以以相同同。为为了实实现各各地面面站按按规定定的时时隙接接收信信号，，必须须要有有一个个时间间基准准，保保证发发射与与接收收严格格同步步。12．FDMA、TDMA和CDMA(3)码分多多址（CDMA）若干个个地面面站依依靠分分配给给本站站的地地址码码，接接收同同一卫卫星信信号，，成为为码分分多址址通信信。上上行站站所发发射的的载波波要经经过基基带信信号调调制和和地址址码调调制。。接收收时，，只有有能解解调出出欲接接收的的地址址码，，才能能解调调出响响应的的基带带信号号。第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念13．模拟拟信号号与数数字信信号模拟信信号波波形模模拟着着信息息的变变化而而变化化，其其幅值值是连连续的的。数字信信号的的特点点是幅幅值被被限制制在有有限个个数值值之内内（如如采用用二进进制，，只有有0和1），其其幅值值是离离散的的。14．信源源编码码与信信道编编码信源是是把原原始消消息变变成原原始的的电信信号。。它可可以是是模拟拟的，，也可可以是是离散散的。。模拟拟信源源输出出模拟拟信号号，离离散信信源输输出离离散符符号的的序列列。第九节节几几个主主要技技术性性能指指标的的物理理概念念14．信源源编码码与信信道编编码信源编编码的的功能能是通通过取取样、、量化化、编编码程程序完完成A/D变换换，，把把模模拟拟信信号号变变成成数数字字信信号号，，同同时时去去掉掉信信源源信信息息中中的的冗冗余余（（被被掩掩蔽蔽的的声声音音、、相相同同的的图图像像背背景景）），，在在保保持持信信源源信信息息真真实实性性的的前前提提下下，，尽尽量量减减少少原原信信号号的的比比特特率率，，实实现现码码率率压压缩缩。。14．信信源源编编码码与与信信道道编编码码信道道编编码码的的功功能能是是自自动动检检错错和和纠纠错错。。在在信信源源编编码码的的信信息息码码元元中中，，按按一一定定的的规规律律,附加加一一些些监监督督码码元元，，形形成成新新的的数数字字信信号号。。接接收收端端可可按按数数字字信信号号的的规规律律性性来来检检查查接接收收信信号号是是否否有有差差错错并并纠纠正正错错码码。。第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念15.调制制与与解解调调在模模拟拟信信号号中中，，高高频频信信号号的的幅幅度度、、频频率率和和相相位位随随着着音音频频信信号号（（电电压压））变变化化而而变变化化，，称称为为调调幅幅、、调调频频和和调调相相。。在在数数字字信信号号中中，，分分别别称称为为幅幅度度键键控控、、频频率率键键控控和和相相移移键键控控。。这这个个变变化化过过程程称称为为调调制制，，完完成成调调制制任任务务的的设设备备叫叫调调制制器器。。15.调制制与与解解调调解调调是是调调制制的的逆逆过过程程，，完完成成解解调调任任务务的的设设备备叫叫解解调调器器。。单向向通通讯讯，，调调制制器器置置于于发发送送端端，，解解调调器器置置于于接接收收端端。。双双向向通通讯讯，，在在发发送送和和接接收收两两端端均均有有调调制制和和解解调调器器，，称称为为调调制制解解调调器器。第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念16.信息息传传输输速速率率与与符符号号传传输输速速率率信息息传传输输速速率率是是指指每每秒秒钟钟传传送送的的信信息息量量，，其其度度量量单单位位为为比比特特（bit），，一个个比比特特是是一一个个二二进进制制码码元元（（一一个个““1””或一一个个““0””）所所含含的的信信息息量量，，故故信信息息传传输输速速率率的的单单位位是是比比特特/秒（（bit/s）。。16.信息息传传输输速速率率与与符符号号传传输输速速率率符号号传传输输速速率率是是指指单单位位时时间间内内所所传传输输的的码码元元数数目目，，其其单单位位为为““波波特特””，，码码元元可可以以是是多多进进制制的的也也可可以以是是二二进进制制的的。。16.信息息传传输输速速率率与与符符号号传传输输速速率率信息息传传输输速速率率与与符符号号传传输输速速率率之之间间可可以以换换算算，，其其换换算算公公式式为为：：式中中：：M为符符号号的的进进制制数数；；R为信信息息传传输输速速率率；；N为符符号号传传输输速速率率。第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念17.频带带宽宽度度与与频频带带利利用用率率频带带宽宽度度是是通通信信设设备备的的重重要要指指标标，，为为保保证证信信息息传传输输的的质质量量，，必必须须占占有有的的频频谱谱宽宽度度。。频频带带利利用用率率是是用用来来衡衡量量数数字字通通信信系系统统传传输输效效率率的的重重要要指指标标，，其其定定义义为为单单位位频频带带内内的的传传输输速速率率η，对对于于二二进进制制传传输输时时：：ŋ=信息息传输输速速率率/频带带宽宽度度（（比比特特/秒/赫））第九九节节几几个个主主要要技技术术性性能能指指标标的的物物理理概概念念18.误码码率率（（平平均均误误码码率率））误码码率率是是衡衡量量数数字字通通信信系系统统可可靠靠性性的的重重要要指指标标。。在在传传输输过过程程中中发发生生误误码码的的码码元元个个数数n与传输输的的总总码码元元数N之比比称称作作误误码码率率（（），，第二二章章数数字字传传输输理理论论基基础础第一一节节数数字字通通信信的的基基本本概概念念一、、模模拟拟信信号号和和数数字字信信号号模拟拟信信号号的的波波形形模模拟拟着着信信息息的的变变化化而而变变化化，，其其幅幅度度（（包包括括取取样样值值））是是连连续续的的。。数字字信信号号的的幅幅值值被被限限制制在在有有限限个个数数值值之之内内，，且且为为离离散散而而不不连连续续。。信源编码码的的功功能能:实现现模模数数变变换换、、压压缩缩编编码码、、缩缩小小信信源源码码所所占占用用的的信信道道带带宽宽。。信道道编编码码的的功功能能：：为为在在接接收收端端对对误误码码进进行行自自动动检检错错和和纠纠错错，，在在信信源源编编码码后后的的信信息息码码元元中中添添加加冗冗余余（（监监督督码码元元））。。调制制:在模模拟拟信信号号中中,高频频信信号号的的幅幅度度、、频频率率、、、相相位位随随着着音音频频信信号号电电压压的的变变化化而而变变化化，，称称为为调调幅幅、、调调频频、、调调相相。。在在数数字字信信号号中中，，分分别别称称为为幅幅度度键键控控、、频频率率键键孔孔、、相相位位键键控控。。解调调是是调调制制的的逆逆过过程程。。信道道是是指指传传输输信信号号的的通通道道。。将将数数字字基基带带信信号号直直接接送送到到信信道道传传输输的的方方式式称称为为基基带带传传输输。。将将经经过过调调制制的的数数字字基基带带信信号号送送到到信信道道传传输输的的方方式式称称为为频频带带传传输输。。第二二节节数数字字通通信信的的特特点点及及主主要要性性能能指指标标一、、数数字字通通信信的的特特点点1、抗抗干干扰扰能能力力强强，，无无噪噪音音积积累累。。2、便便于于加加密密。。3、便便于于集集成成化化、、微微型型化化、、网网络络化化。。4、对对视视频频信信号号和和音音频频信信号号可可作作同同样样处处理理。。5、采采用用纠纠错错码码技技术术。。6、占占用用信信道道频频带带宽宽。。二、、主主要要性性能能指指标标1、信信息息传传输输速速率率R：比特特（（bit）2、符号号传输输速速率率N：波特特（（Bd）R=NLog2MM——符号号的的进进制制数数3、频频带带利利用用率率ŋ=N/ΔΔF（Bd/Hz）N－符符号号传输输速速率率ΔF——频带带宽宽度度ŋ=R/ΔΔF（bit/s/Hz）R－信息息传传输输速速率率4、误码码率率Pe=Limn/N第三三节节脉脉冲冲编编码码调调制制脉冲冲编编码码调调制制过过程程1、抽抽样样—每隔隔一一定定的的时时间间间间隔隔抽抽取取模模拟拟信信号号的的一一个个瞬瞬时时幅幅度度值值（（取取样样值值））。。抽样样定定理理fs>2ƒƒmfs—抽样样频频率率fm—模拟拟信信号号的的最最高高频频率率2、量量化化—在某某一一幅幅度度范范围围内内，，将将连连续续变变化化的的模模拟拟信信号号的的全全部部幅幅度度值值都都转转换换成成为为某某一一特特定定的的量量化化电电平平。。3、编编码码—模拟拟信信号号经经过过抽抽样样、、量量化化后后，，变变成成了了一一串串幅幅度度分分级级的的脉脉冲冲信信号号,再将将其其变变换换为为对对应应的的二二进进制制数数字字信信号号码码组组（（A/D变换换））。第四节音音、视频压缩缩的基本概念念1、音频压缩的的依据是人耳耳的掩蔽效应应。2、视频压缩的的依据是在视视频信号中存存在相当大的的空间和时间间的冗余。数数字处理能够够利用这些冗冗余，在不明明显损伤图像像的前提下，，可尽量降低低所传输的数数据量。第五节数数字信号的调调制与解调采用PSK方式可使接收收性能最佳，，有效地利用用频带，故PSK方式是卫星通通信中的主要要调制方式。。常用的有两两种：2PSK、QPSK。第三章卫星星广播传输系系统第一节引接接电路中央电视塔地球站中央电视台CCTV1-8广播大楼40路广播光缆/微波光缆/微波光缆/微波光缆CNRCRI引接电路上行链路图2-1２.广播节目信号号流程音频插接盘数据插接盘复接器L/RL/RM&CMPEG编码器18M&C24路RS2328路RS4229600b/s辅助数据9600b/s辅助数据256Kb/sRS422256Kb/sRS422256Kb/sRS422256Kb/sRS232组合数据流4×E1速率变换光缆/微波信号分离器Mux1Mux18无源组合网络24路RS2328路RS422M&C256Kb/s9600b/s256Kb/s9600b/s267Kb/sM&C267Kb/s上行功率控制器上变频器高功效70MHzCCTV3-5-6-8(数字压缩)２.电视节目信号号流程视频压缩编码音频压缩编码复用器信道编码QPSK调制上变频器高功效CCTV3、、5、6、8数据入音频入34Mb/s图2-3第二节上行行链路广播节目：图图2-2中从信号分离离器至高功效效电视节目：图图2-3中从QPSK调制至高功效效1.C频段(1)传输模拟电视视信号上行站站第二节上行行链路第二节上行行链路低通滤波预加重视频放大中频调制器上变频器高功放音放预加重副载频调制器能量扩散25Hz三角波中频振荡器本振低噪声放大器双工器副载频振荡器跟踪接收机驱动机构下行解调视频输入1Vp-p75音频输入0dbm600图2-5（2）北京地球站站上行系统调制器均衡器上变频器高功放功分器高功放NICAM编码器图2-6备用设备视频音频中1中22.Ku频段Ku频段上行系统统方框图图2-7CCTV3.5.6.8压缩电视40路数字声广播上行功率控制制器上变频器1上变频器2上变频器2上变频器4功放1功放2功放3功放4至天线第三节下行行链路卫星地面接收收站方框图示示于图2-8图2-8解调器和信息处理器下变频器中频放大器本地振荡器低噪声变频器组件抛物面天线接收天线接收机音频视频第三节下行行链路1.C频段卫星接收收4GHz→1GHz(L频段)2.Ku频段卫星接收收12GHz→→1GHz(L频段)3.卫星数字电视视接收LNBQPSK解调信道解码去复用信源解码视频音频数据图2-94.C频段和Ku频段兼容(1)双频段馈源(2)LNB输出同一中频频0.97∼∼1.47GHz5.SCPC和MCPC接收(1)SCPC河南、青海、、福建、江西西、辽宁采用用SCPC方式送往亚洲洲3S卫星14V转发器，占用用带宽36MHz。(2)MCPCCCTV1∼∼8采用MCPC方式送往鑫诺诺1号，占用频带带54MHz。第四节条件件接收加扰CW生成ECM生成（加密）用户管理系统用户授权系统传输系统解扰智能卡CWEMMECM视频、音频、数据视频、音频、数据图2-10第四节条件件接收CW——控制字（密钥钥）ECM——授权控制信息息ECM——授权管理信息息第四章卫星星传输广播电电视信号及多多工利用第一节卫星星传输广播电电视信号一、传输电视视信号的质量量要求1.符合MPEG-2/DVB-S标准2.音频处理理采用杜杜比AC-3或MUSＩCAM方式3.实施有条条件接收收4.建立用户户授权中中心的网网络管理理系统、、信息控控制系统统和收费费管理系系统二、CCTV3、5、6、8频道压缩缩电视传传输系统统上变频器器接收机监视器光端发光端发光端发光端发TX发TX发PAL制CH3CH5CH6CH8AUX码率压缩编码1243备5:4QPSK调制器QPSK调制器70MHzIF70MHzIF4km4km上变频器器RX收收RX收上变频器器上变频器器接收机监视器上变频器器接收机监视器HPA高功效HPA高功效监视器接收机LNB40路DAB70MHz70MHzIF三、“村村村通””卫星电电视直播播系统节目源前端系统条件接收系统用户管理系统EPGOPENTV传输与上行系统统用户接收系统用户呼叫中心鑫诺1号图3-2村村通的的几种方方式1、直接接接收（天天线口径径≤0.45m）;2、卫星接接收+有线分配配；3、CATV；4、无线覆覆盖(中短波广广播、调调频广播播、电视视广播、、数字微微波多路路分配系系统（MMDS）。第二节卫卫星传传播数字字广播信信号一、40路数字声声用亚洲3S(105.5°E)K7V转发器，，中心频频率为12670MHz。第二节卫卫星传传播数字字广播信信号二、3路数字声声利用亚太太1A(134°°E)12B转发器。。第二节卫卫星传传播数字字广播信信号DAC400CV101DAC400CV101DAC400CV101DAC400CV101高频保护开关CX801上变频器器高功效LNBANMSABR200LNBABR200编解码器器调制解调调器音频网络络管理系系统接收机接收机L-Band立体声1LR用户数据据立体声2LR用户数据据立体声3LR用户数据据备用路LR用户数据据L-Band立体声输出立体声输出卫星6GH