广播电视卫星信号的数字调制解调技术探究

2022-11-03任蕊

无线互联科技 2022年15期

任蕊

(甘肃广播电视局无线传输中心711 台,甘肃兰州 730000)

0 引言

广播电视卫星信号对于社会发展和进步起到了非常重要的作用,随着科学技术的发展,人们对广播电视卫星信号的质量等方面也提出了更高的要求。广播电视卫星信号的数字调制解调技术,可以有效地将广播电视卫星信号中的载波按照需求进行调制,确保卫星数字信号可以实现正常高效的传播。从现阶段的广播电视卫星运行的实际情况来看,广播电视卫星系统主要通过运用卫星数字调制解调技术来满足信息传播的实际需求[1]。但是,随着社会的发展,传统的广播电视卫星信号的调制技术已经无法满足当前社会发展的实际需求,因此建立起了多进制的数字调制术,使信息传输的效率和频带的利用率都得到了极大提升。

1 广播电视卫星数字信号调制技术概述及原理

1.1 数字调制技术的定义及要求

数字调制技术是指在广播电视卫星信号系统中,通过特定的方式处理信号源中的编码信息,使传输的信息数据可以更好地满足社会生产发展,这一过程中经过调制的信号叫做带通信号。通过调制的方式可以让信号系统中的高频载波随着信号的变化做出相应的转变。数字解调技术将基带信号从载波中提取调制后,再对信号进行初步处理,从而便于接收方更加高效地提取信号中的有关内容[2]。基础的数字调制技术主要包括幅度的键控、信号平移的键控以及相移的键控,这3 种控制方式通过对信号的调整实现对载波的幅度、频率以及相位参数的控制,从而更好地完成调制工作。

数字调制技术对广播电视卫星信号进行调整时,首先,应将传送信息的基带信号调整到相应的频段信道上,这种情况下的信号传输可以确保信号源和信道特性之间的契合;其次,要实现抗干扰,在调制技术应用的过程中,要求调波功率谱的主瓣尽可能地占据更多的信号能量,波瓣尽量狭窄,从而确保其有较强的抗干扰能力[3];最后,在数字调制技术进行解调的过程中,应最大限度地提高频带的利用率,使单位频带内部的信息量得到相应的提升。

1.2 数字调制技术的运行原理

在广播电视卫星系统运行的过程中,系统内部的滤波器会自动对卫星信号进行接收和传送,卫星中接收信号和传送信号的端口具有带限特点。同时,广播卫星系统中,具有高功率的信号发射器设备和信号转换发射器中的放大装置采取的工作方式都是非线性的,这种工作方式会使得广播卫星信号系统带有非线性的特征,所以广播卫星系统中的信号通道就具备了带限性和非线性的特点。广播电视卫星数字信号调制技术进行数字信号调制的过程中,主要依赖PSK 来实现对数字信号的调制,PSK 在运行时,本质上是通过相应手段推动相位波动实现信息的处理[4]。

广播电视卫星数字信号调制技术在本质上就是推动载波中的相位发生特定方式的移动,并通过这种移动进行制定信息的传输,这一过程中涉及的二进制信号和载波之间呈现有机结合的特点。应用信息调制技术的过程中,信息传输的开始是通过一组在不同时间进行同一频率的震动而实现的。当一组载波在同一时间内达到了频率的最高点或者是处于同一震动频率时,两者将会进入相同的状态。而如果载波中的一方数值发生了变化,两者就会退出这样特殊的状态。如果两个载波中的一个载波达到了最高峰值而另一个载波进入最低值,这种情况被称之为反相。反相情况下,利用二进制数字1 和0 就可以将相位进行全面的控制,通过相位的变更可以让卫星信号的载波发生特定的相位移动,从而使得载波出现特定的波动,然后将特定的信息进行传达。

2 广播电视卫星信号数字调制问题原因分析

2.1 卫星信号的干扰

从我国社会发展的实际情况看,日常生产生活中,国内的广播电视卫星用户经常会出现无法正常接收电视信号的情况,其根本原因就是因为卫星的波形失真,导致卫星信号受到干扰。卫星信号出现干扰的根源主要是正交干扰和码间干扰,正交干扰的主要原因是信号传送线出现失真,导致信号受到干扰,从而使普通的用户无法正常接收到广播电视卫星信号;码间干扰主要是因为受到信号带宽的约束以及出现了线性失真和线性振幅失真的情况。

2.2 噪声产生的干扰

广播电视卫星系统中的信号在进行传送时,容易受到各种外界因素的影响,出现噪声干扰。一旦出现噪声干扰,普通用户将无法正常、准确地接收到广播电视卫星数字信号。广播电视卫星系统运行过程中产生噪声干扰的原因很多,例如客户端接口与系统相匹配时,发出的信号会产生噪声干扰、载波抖动的情况,本振源信号也会产生一定的噪声干扰。广播电视卫星信号系统内部的载波出现了较大的波动,会使卫星信号也出现相应的变动,从而信号的强度出现降低。信号在传送的过程中,如果各接口之间无法实现完全的匹配,会导致卫星系统内部的信号传输难以保障信息数据可以按照计划完成传输,即使完成信号传输也很难保证信息的完整和准确。此外,卫星信号在接收和发送过程中产生的震动也会出现噪声干扰,主要是与相位之间息息相关。一旦相位发生变化,会使卫星信号的稳定性受到影响,不利于广播电视卫星系统的正常运行。

2.3 正弦载波相位偏离预设轨道

广播电视卫星系统在对卫星信号进行调制时,一般都通过QPSK 的方式实现,可以更加高效、准确地进行数据传输。这种情况下,如果出现正弦载波的相位偏离,卫星内部解调器的输出频率和效率都会受到一定影响,从而使有关数据计算出现错误,导致卫星信号难以准确传输。

2.4 电平出现漂移

广播电视卫星系统在运行过程中易受到各类外部因素的影响,许多外部因素会导致系统内部出现电平漂移,主要有以下几个方面的原因:(1)广播电视卫星系统服务器外部环境发生了剧烈的变化,使系统无法正常地按照预设方案运行。 (2)系统电压无法满足运行的实际需求。广播电视卫星系统正常运行过程中,对于电压的稳定性要求非常高,如果电压出现较大变化,整个系统的运行会受到影响。 (3)有关设备元器件的老化会使电平出现漂移,使整体的信号强度降低,不利于正常运行。

3 广播电视卫星信号数字调制解决方法概述

在进行相位调制的过程中,如果阶数出现增加,数字的相位阶位也会随之产生变化,与此同时,卫星频道中的频率也会出现极大增长。一旦出现这种情况,卫星系统内的干扰功能将会出现降低,同时卫星系统的复杂性会直接在数字调制器中进行体现。从我国现阶段使用的广播电视卫星信号数字调制实际情况来看,所使用的调制方法主要包含二进制、四进制和八进制的相位键控。

3.1 二进制的相位键控

我国现阶段使用的二进制相位键控可以划分为BPSK 和2DPSK 两种类型。在二进制的模式下,所有的数据信号都是通过1 和0 两个数字进行表示。广播电视卫星信号系统在接收信号后,会以二进制的运行模式将信号转化为1 和0,再通过信号转换器将初始信号转化为1 和1。此时,要把经过转换器转换的信号与卫星载波之间进行相乘,从而形成BPSK 信号。对于没有通过调制的卫星载波信号进行调制时,首先需要通过BPSK 进行转化,再通过调节技术对信号进行调节,这一过程必须确保卫星的载波和调节的信号之间的频率相同,如果无法实现同步,信号转换过程中会出现转化出其他错误信号的情况,解决这一问题主要通过2DPSK。 2DPSK 在运行过程中,为了确保卫星系统在运行时可以正常地将有关信息准确地进行传播,需要对卫星载波相位内的绝对值进行更好的控制和运用,所以2DPSK 又被称为绝对调相。要让2DPSK 实现对于相位的调控,必须将差分编码应用到卫星数字信号的基带内,通过这种相对码来取代绝对码,以此实现绝对的相位调控。

3.2 四进制的相位键控

四进制的相位键控分为QPSK 和QDPSK 两类。在应用QPSK 进行信号转化时,必须对4 种不同的卫星载波进行充分运用。大多数情况下,二进制的数据都会被应用在调制器的数据库中。在正常运行的情况下,应当保证二进制的数字可以配合四进制的卫星载波相位,利用四进制的方式计算出的有关数据代替二进制的方式计算出的数据。所以,将二进制模式下计算出的信息数据做好分组,根据二进制的性质将数据直接划分为00,01,10 和11 4 类,通常情况下称为比特马元。实际应用过程中,可以通过比特码元对四进制内产生的负荷作出充分的解释,应用四进制进行相位键控时可以根据特定的顺序传输比特码元。

QDPSK 指的是在广播电视卫星系统正常进行过程中,进行卫星通信数据的传输时,把卫星内载波的相位变化进行充分记录和应用,将卫星在运行中接收的信息,用差分码取代差分编码,实现绝对调相。相对于QPSK,QDPSK 在实际应用过程中,对编码转换器可以起到更好的作用,同时还可以把2DPSK 的卫星信号包含在内。

3.3 八进制的相位键控

八进制的相位键控分为8PSK 和8DPSK。在应用8PSK 时,受到八进制影响,卫星接收的数字信号必须在卫星载波中呈现出8 种不同的相位。如果接收的是二进制卫星信号,在二进制卫星信号输入到卫星后,需要通过相应的串并,并且串并时需要利用三比特码和特殊符号实现,二进制信号串并的变化将在比特序列内体现。在卫星上的控制微信信道为A,同相卫星信道为I,正交卫星信道则为Q。二进制模式下的卫星信号转化器在对信号进行转化工作时,可以将同相卫星信道和控制卫星信道内蕴含的信息进行特定的转化。在实际应用时,8PSK 的卫星信号经常会出现接收信号较为模糊的现象,这会使广播电视卫星信号的传输质量受到一定影响。要尽可能地在广播电视卫星系统运行的过程中降低信号模糊,就必须要充分地发挥出八进制的相位键控的作用,对信号进行调制。 8DPSK 还会充分应用邻近的其他码元载波,此时的数字卫星信号必须进行相应的转变,需要将卫星接收的二进制数字信号序列进行绝对调相,同时还需要利用差分码来替代差分编码。

二进制、四进制和八进制是当前主要使用的广播电视卫星信号调制技术,虽然这几类广播电视卫星信号数字调制方法之间存在一定的区别,但在本质上还是有着非常多的相似之处。通过调制方法进行相位的键控时,相位数字的变化也会使得广播电视卫星信号的抗干扰能力发生变化。相移键控的频带利用率会随着相位数的增加而提高,而当数字相位数增加后,其抗干扰的能力也会随之降低,如表1 所示。