数字信号卫星传输技术研究

2023-04-15吴洋

通信电源技术 2023年1期

吴洋

（中央广播电视发射二台，北京 100032）

0 引言

电视机是人们在20世纪的杰出发明，它的出现实现了人们可以见到千里之外的事情、听见千里之外的声音的愿望。随着人们科技进步的发展，数字电视产生与以往不一样的仿真模拟卫星信号[1]。2004年，我国基本掌握了数字电视从演播室到发射、传输、用户端接收所有环节的关键技术。2001年3月，国家广播电视总局就指出了我国电视广播数字化的发展前景，包含2005年前全面深化推广数字化过程。2010年，基本完成全国各地电视广播数字化，普及化数字电视。2015年前，全面落实数字化，圆满完成仿真模拟向数字化的转换，逐渐停止播放模拟电视。

1 数字电视技术的发展

数字电视技术是近20年里发展最快的新技术之一。总体来说，数字电视技术发展经历了3个关键环节。

第一阶段：20世纪80年代之前，以科学研究和开发设计某些地区机器设备为主导，资金投入数字时基校正器、数字帧同步器、数字特技器等。

第二阶段：从20个世纪80年代到90年代，该环节的特点是成功开发设计了数字整机电视设备，如数字摄录机、数字信号分析监控摄像头等。

第三阶段：20世纪90年代之后，目前数字电视技术逐渐从单一机器设备向全部系统发展，一些科学研究提出了数字电视广播节目标准，数字电视慢慢超清化，一些西方国家早已开播超清数字电视系统。

现阶段数字电视是大家讨论较多的话题之一。随着社会的发展，对数字电视的距离感也越来越弱，我国也在“十四五”规划中提出重点推动数字电视。数字电视是在电视信号的发送、传输、以及用户端接收全过程中应用数字数据信号的电视系统或电视机器设备。数字电视传输全过程与传统电视数字信号传输对比，关键差别为电视台节目推送的信息在通过卫星和地面无线广播接收时，根据数字调制解调和数字视音解码处理修复初始图像和伴音。初始图像和伴音就更加清晰和明朗，观众在家里就可以获得更清晰的界面和音色，提高电视机画面的品质[2-5]。

2 数字电视信号卫星传输技术

电视卫星的传输系统包含地球站、有线网络、通信卫星以及移动基站等，在全部工作中共同完成节目信号井然有序的推送、传送和接收。与传统的通信方式对比，卫星通信具有传输距离较远、传输容积大、通信品质高等特点，在信号传输全过程中实现了上空和地面的传输，因此可以合理地控制成本。其中，地面邻近电路的有效布局和地球站的解决能力对信号品质的确保起着非常重要的功效。电视台节目主要根据音频、数字化数据解决和分配。传输全过程中，包含地球站和电视台等单侧直接联接，有很多种方法，如光缆、同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）等将利用智能化散播技术制做的节目发送至地球站。地球站再次加工信号，转化成放大的高频信号，利用无线天线发送至通信卫星。此传输全过程链接数小、损害少、操作灵活性高、抗干扰性也很强，使信号损害在限定区域内。此外，通信卫星在接收到数据信号以前，会解决工作频率、抗压强度等问题，尽量使其理想化。下行信号根据无线天线在有线电视前面重新处理后发送至有线网络，进行空地对接的全过程，完成范围内覆盖。剖析了数据卫星电视传输过程，结果显示，这类传输方法比别的传输方法的成本低得多，在确保信号传输品质层面竞争优势显著[6]。

全球通信和现代信息技术的飞速发展将导致整体广播电视产业链的转变，数字电视将变成这类变动的重要阶段。随着广播电视的全方位智能化，传统互联网媒体将在技术层面、功能层面与信息内容、通信行业领域其他方式相结合，产生新的、巨大的数字电视产业链。这一新型产业已经引发了普遍的关注，各国依据自身的基本国情，建立了从模拟电视向数字电视变化的方法和产业链总体目标。数字电视不但是在规范、设备和节目源等互相搭配的工艺系统，还将影响到有关领域，推动其稳定发展[7-9]。

3 数字电视信号卫星传输过程和传输方式

3.1 数字电视信号卫星传输过程

广播电视、电视台、数据传输卫星、卫星监控站、有线电视前端以及有线网络都是数字电视信号卫星系统的主要构成部分。其中，广播电视、电视台根据节目处理传输、综艺节目智能化、光缆以及微波等同步数据传输系统发送至地球上站，进一步处理电视节目信号，将其变换为70 MHz或140 nHz的中频信号，并通过上行站向数据传输卫星推送信号。最终，数字电视信号卫星运用无线天线将信号发送至有线电视前面，处理后发送至有线网络，使广播节目信号的范围覆盖变大。卫星监测中心承担电视信号传输全过程中产生的信号影响问题、信号解决频率、抗压强度以及噪声等。

3.2 数字电视信号卫星传输方式

目前通信卫星电视广播节目的传输方法关键有视频压缩电视直播、分配式卫星电视、模拟电视信号等3种。分配式卫星电视是依据一般通信卫星（而非专用型数字卫星）将电视综艺节目信号发送至电视信号控制器，以达到电视客户的需求。视频压缩电视直播是运用直播卫星将电视信号散播到调节器上，进行电视调节器的电视界面和传输段调整，以达到电视顾客对电视频道的相关要求。模拟电视信号是由模拟数据信号转化成图像。图像信号的形成、传输、修复到信号接收器几乎所有过程在模拟体系下开展。具有时间轴取样的特点，每一个帧都垂直取样，根据幅度调制推送电视图像信号[10]。

3.3 数字电视信号卫星传输技术质量控制

危害数字卫星广播节目信号的要素有许多，其中噪声对数字卫星广播节目信号传输品质危害较大。数据信号对接收机灵敏度较敏感，对别的噪声的反应相对比较慢，因此在设计方案数字卫星信号传输系统时要重视接收机灵敏度。现阶段，在信号传输检验水准上已取得了一定的成果。一般来说，信道层、码流层和视频层监管较为集中化。

4 监控信道层

信道层做为传输系统微波射频构造的关键构成部分，其可靠性较强。如果信道内信号出现异常散播状况，信道层会马上作出反应，将缩短散播信号的传递时长，信号传输能力得以提升。因此，可以直接监测信道层的异常，并制订恰当的防范措施，保证信号安全、高品质地传送。监控信道层时，要注意2个数据转变，即比特出错概率（Bit Error Ratio，BER）和通信系统传输1 bit信息所需要的能量和噪声功率谱密度的比值。这是由于信号是信道传输中最多见的异常转变。前者电子器件遭受的影响会增大，信号正常的传送时BER的值会很小，信号异态散播时，BER会在很短的時间内到0，进而造成电视端没法正常工作。后面一种体现了微波射频接收能力，与前面一种息息相关，受BER标值变动的影响。当C波段应用口接受无线天线时，接受噪声和热量的正常标准为0～10 dB，当噪声和发热量超出10 dB时，会产生信号异态散播。在Ku波段运用小口径无线天线时，接受噪声和发热量的正常的范畴在20 dB之内。产生信号传输出现异常时，应立即更改有关主要参数，保证在容许区域内长期保持。

5 监控码流层

码流层检测在信号传输全过程检测中占据主要地位。码流解析器是一种常见的码流层监控仪器设备，根据自我分析作用，非常好地表述码流的流程层级图，根据3个优先级剖析，分辨码流是不是适合，即是不是合乎数据视频节目和活动图像专家团制订的规范。此外，码流解析器可以追踪码流的情况，可以有效地监控各种主要参数，包含声频、视频和TS流的信息内容。

6 监控视频层

视频层监控也是信号传输全过程监控中不可忽视的部分。视频层监控主要2个层面。一是全自动音频系统，可以警示检查员尽早处理马塞克、死机等状况的问题。二是用户对电视画面的客观分辨，规定有关工作人员严格执行规章制度巡查，可以及早发现问题，快速解决问题，确保电视信号传输的品质。现阶段，视频监控主要采取2种融合的方式，依据等级监控法即我国广播电视视频信号损伤的等级分成5个级别，等级监控法提升了监控的及时性和合理性。

7 数字电视信号卫星传输未来发展趋势

数字电视发展的趋势是整体趋于智能化、高像素、数字化、人性化以及互动交流。未来，新技术应用将使家中的电视终端设备变成家居智能化和信息管理服务平台，使用户现阶段纯粹地看电视变为真正意义上的利用电视。另一方面，移动数字电视技术的发展趋势，使用户不仅可以在家里固定不动观看电视节目，而且可以随时按照自身的所需定制电视节目，手机屏也将变成继广播电视以后要角逐的新阵营。要完成我国数字电视产业链的发展，务必加强知识产权管理，创建和健全地面国家规范以及其现阶段已经编写的智能化电视和3D电视规范等有着独立IP的质量标准体系。同时，国家将提升在这方面的投资。尤其是国家对电子器件和服务外包产业的全力支持，数字电视全产业链的重要创新技术起源于“芯”，包含直播卫星、地面国家标准、中国移动多媒体广播、三网融合等频道栏目调制解调处理芯片、信源编程（Audio Video Coding，AVC）以及H.264等规范和超清编解码处理芯片。芯片现阶段在单模式适用下支持多模式或全模式集成化，最终实现终端产品需要的单芯片解决方案。

双向HD是初期高端电视机顶盒的主要规定，须适用各种模式，包含DVB-C、地面和直播卫星传输技术。中低端电视机顶盒主要有成本低、规范、操作步骤灵便、安全性、经久耐用等特点，以乡村为关键销售市场。这类电视机顶盒以营运商定制或国家集中化采购招标为主导。随着国家智能化更新的实施和新一代数字电视更新换代的普及化，所有的机顶盒需求增长都会减缓，并开始下降，这个转折点可能到2025年将不再存在这种产品，而被新的综合接收终端产品所代替。

将来数字电视将向2个方位变化。一个方位是简化为一个单纯的显示屏，具备丰富多彩的页面及端口。如类似计算机显示器，其他作用将由更强有力的终端设备(如今高清播放机的更新商品)来完成。另一个方位是全部功能模块都集合在电视内部结构，如智能化电视、开源项目服务平台和智能化电视，用户可以按自己需要定制相应的功能。