数字卫星电视信号调制技术的研究

2015-06-09李海鸥

科学中国人 2015年12期

关键词：卫星电视电平载波

李海鸥

国家新闻出版广电总局五四二台

数字卫星电视信号调制技术的研究

李海鸥

国家新闻出版广电总局五四二台

在数字卫星电视广播系统中，其调制技术常采用包络恒定和较高功率效率的QPSK（四相绝对相移键控）调制，数字化的实现可能性较大。分析制约其性能发挥良好的因素，将会更好地完成数字卫星电视信号的调制工作，也利于完善数字卫星电视广播系统。本文针对数字卫星电视信号调制技术相关信息作了一些简单研究分析。

数字卫星电视；信号；调制技术

数字卫星电视广播系统中的中频滤波器，在信号收发两端将会限制无线信道的使用和发展。同时无线信道因发射机和转发器自身特点而具备非线性性质。因此，数字卫星电视系统采用调制技术时应选择较小包络波动，以及最小功率谱占用率。QPSK调制技术在数字卫星电视信号调制技术的研究方面起着重要作用。

一、数字卫星电视系统

数字卫星电视系统随着科学技术和互联网络的快速发展，凭借卫星通信技术，逐渐在广播电视系统中广泛应用，主要通过数字编码技术捕获广播电视信号，对其进行量化，同时将获取的信号进行压缩，最后以编码处理，由数字调制技术将其编码转换成一种信号。此信号可通过无线信道进行传输工作，借助地球同步卫星输送至数字卫星电视客户端。设计数字卫星电视系统需考虑信源编码和信道编码这两种生成数字基带信号的完善，同时侧重数字调制工作，以便于转换数字基带信号，使其变成能在无线信道输送的频带信号。因为卫星信道信噪比和信号不稳定，在采用数字调制技术时需注意此方面的调节，四相绝对相移键控（QPSK）调制方式优势较为明显，其具有较强的抗干扰性能和较快的传输速度，将这种信号调制技术作为恒定包络调制方法，不会扰乱基带信号的调制。

二、QPSK调制技术

目前，数字卫星电视信号调制方式针对不同的传输技术会有不同的选择，国际上主要应用卫星广播电视传输技术的调制方式有QPSK，BPSK，8PSK，16APSK，16QAM，以及32APSK等。其中的QPSK调制技术因为自身的优势，在数字卫星通信系统中被大范围采用，其优势主要体现在其有着良好的编码性能、较高的频谱利用率以及较强的抗干扰性能等方面。

QPSK，全称为四相绝对相移键控，其信号的正弦载波分别有四个可能性离散相位，两个二进制符号经过每个相位进行传输。数字卫星电视系统实现四进制移相键控信号（QPSK调制信号）公式为Si(t)=Acos(ωct+θi)i=1,2,3,4…0≤t≤Ts，其中Ts表示四进制符号间隔，θi表示正弦载波相位，其中可能状态为四种。其QPSK调制信号基本原理图1为：

图1 QPSK调制信号原理框图

上图清晰的指出输入数据通过串/并交换后，再经过差分相位编码及低通滤波LPF，最后进行正交调制形成已调信号。整个过程较为完整，明确了数字卫星电视信号调制过程。其中差分相位编码环节可解决相干解调过程中出现相位模糊现象的问题；低通滤波LPF则能防止已调信号带外辐射问题的产生，因而将LPF设置在同相和正交支路的位置。

三、制约数字卫星电视信号调制性能的原因

（一）信号干扰

数字卫星电视用户在接受卫星信号时时常不能完整的接受到相关信号，究其原因是波形失真造成信号受到干扰。而码间干扰与正交干扰的相互作用会形成波形失真现象。码间干扰的形成原因是受到带宽制约，线性、二次时延以及线性振幅失真，同时脉冲宽度在调制过程中起伏变化较大。而正交干扰则与传输线有关，严重失真现象将会致使信号受到干扰，不能让用户完整地收到卫星信号。

（二）正弦载波的相位偏离

数字卫星电视系统采用QPSK调制信号技术，其工作原理是通过变换正弦载波的相位进行调制工作，达到数据良好传输的目的。若已经调制正确的正弦载波相位出现偏离现象，就会降低解调器的输出效率，比特差错率出现上涨情况。这两种情况会制约数字卫星电视信号调制性能的提升。

（三）电平产生漂移现象

数字卫星电视系统在进行通信工作时将会受到外界环境的变化，例如环境温度、电源电压和设备元器件等。这些相关外部因素的变化将会对信号电平和判决电平有着直接影响。环境温度和电源电压的变化将会引起电平的变化，设备元器件出现老化现象则会妨碍电平的正常运转，致使出现电平产生漂移现象时，产生信号幅度下降的问题，同时也会使比特差错率恶化。

（四）噪声干扰

数字卫星电视信号输送时发生参考载波抖动、各个接口不匹配的反射信号以及本震源信号等都可能产生噪声。参考载波由于不稳定的载波恢复将会出现与接收信号抖动效果一致的现象，从而产生一定的信号噪声，影响信号的准确性。在卫星链路传输时，各个接口因不标准匹配会随时反射出回波信号，即使反射信号不强烈，但在一定程度上也造成了噪声障碍，制约着数字卫星电视信号的有效传输。信号的发送和接收产生的振动也能引起噪声干扰，这主要与相位相关。相位的起伏变化，影响着信号频率的稳定性，因此亦能引起噪声对信号传输的干扰。这些噪声直接影响经过调制的信号传输，同时对数字卫星电视系统的信号调制技术产生制约作用。