數字電視信號的發射與接收技術探析

郭昊

【摘要】信息技術的發展極大地豐富了人們日常的休閑娛樂方式。其中數字電視的出現賦予了傳統電視節目新的生命力，使電視節目的視聽內容變得更加豐富起來，視聽質量也更高，有效增強了電視媒體在廣播傳媒領域的競爭力。但是數字電視在實際使用過程中依然會受到一些問題的影響。其主要影響便是數字電視信號在發射、傳輸和接受方面的問題，造成數字電視信號不定時出現中斷現象，從而影響了數字電視的播放質量。本文便從信號發射，信號傳輸和信號接收三個角度詳細地進行了論證，分析了增強數字電視信號質量的相關措施或技術。

【關鍵詞】數字電視;信號傳輸;發射技術;接收技術

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1673-0348（2020）015-016-03

Abstract： The development of information technology has greatly enriched people's daily leisure and entertainment methods. Among them， the emergence of digital TV gives new vitality to traditional TV programs， which makes the audio-visual content of TV programs richer and the audio-visual quality higher， and effectively enhances the competitiveness of TV media in the field of broadcast media. However， digital TV will still be affected by some problems in actual use. Its main influence is the problems in transmission， transmission and reception of digital TV signals， which cause the interruption of digital TV signals from time to time， thus affecting the playing quality of digital TV. This paper demonstrates in detail from three angles of signal transmission， signal transmission and signal reception， and analyzes the relevant measures or technologies to enhance the digital TV signal quality.

Keywords： Digital TV; Signal transmission; Launch technology; Receiving technology

數字電視可以為電視用戶提供大量的高清電視節目，豐富了電視用戶的視聽選擇。因此，數字電視的推出得到了廣大電視用戶的一致好評。由于數字電視的使用離不開數字電視信號，一旦數字電視信號受到干擾，數字電視的節目便會中斷。目前，數字電視突然中斷的情況時有發生。為了妥善解決數字電視信號突然中斷問題，保證數字電視用戶享受到高質量的數字電視服務，可以從數字電視信號的傳輸過程入手，以增強數字電視信號的傳輸抗干擾能力。數字電視信號從發射到接收，是一次完整的信號工作流程，涉及到完善的數字電視發射技術、傳輸技術，以及接收技術。因此，需要將涉及到的信號技術加以完善，方可有效增強數字電視的傳輸質量。

1. 數字電視的信號發射技術

數字電視的正常運作是依靠衛星電視的傳輸系統的來進行的，該系統主要分為3個部分，分別是發射站，同步衛星以及接收網。數字電視的信號發射，就是從地面發射站向宇宙空間的同步衛星發射數字電視信號。這種信號發射一般分為兩個不同的發射方式，一是單載波發射方式，二是多載波發射方式。

1.1 信號的單載波發射

單載波發射就是在固定頻段內，使用單一載波的一種調制技術。單載波發射方式屬于上行站系統，就是從地面向太空同步衛星發射使用單載波調制的數據信號。

單載波的發射過程可以分為三步。首先是進行數據的轉換，需要把視頻數據進行視頻A/D轉換，而音頻、廣播和視頻編碼則需要進行音頻A/D轉換。數據轉換后，將視頻與音頻等轉換的數據傳輸到多路復用器。第二步，對數據進行解碼處理。視頻與音頻數據進行轉換后，需要使用數字解碼器進行解碼，然后利用上變頻器對數據進行變頻處理。最后，數據都被轉變為解碼流，頻率為6GHz，并進行相應的備份處理。第三步，進行數字信號的發射。首先利用同軸射頻轉換開關，將信號轉換，再經過利用放大器對信號進行放大處理，之后才能夠將其發射出去。

1.2 信號的多載波發射

信號的多載波發射是對多個信號數據的處理，就是在固定的頻段內，要對多個載波進行調制。多載波的發射方式同樣屬于上行站系統，向衛星發射的信號是經過多載波調制的。多載波的具體發射步驟則分為四步。第一步，將各種視頻和音頻信號移入到各自對應的編碼器，然后將信號進行壓縮和編碼。編碼后的信號進入復用設備，并將其轉化為節目傳輸流。不同的節目傳輸流通過信號傳輸的方式傳輸到存在數字電視配制的地方。第二步需要適配節目碼流。在適配的同時還要糾正傳輸過程中發生的一些誤差。第三步要使用四相移相鍵控調制數字電視信號。第四步，依然需要使用放大器放大信號，最后將其上傳到天基衛星設備上。

兩種不同的載波發生方式，在帶寬、傳輸碼率、功能單元、系統信息和實現結構等方面具有統一性，而兩種載波方式最大的不同就是信號轉換過程和轉換過程。兩種載波發射方式具有重要的實際應用意義，可以優化原有的信號。節目復用器是確保兩種載波發射方式的發射質量的關鍵，要根據節目碼流來選擇復用器的規格和使用標準。

2. 數字電視的信號傳輸技術

數字電視的信號傳輸主要依靠衛星傳輸系統，該系統是由星載轉發器、電源設備和收發天線三部分構成的。衛星搭載的信號傳輸系統的體積較小，重量較輕，具有較高的信號轉發效率。

其中星載轉發器便是一個信號中繼站，該設備負責接收地面發射的數字電視信號，然后對信號進行一系列的降噪、變頻和放大處理，再將信號發射到地面上的指定接收區域。所以星載轉發器是數字衛星完成信號傳輸任務的關鍵設備。因此，該設備必須保證具有高靈敏性和功能性，可接收多種頻率的數字電視信號。同時，轉發器需要將信號中附加噪音降到最低水平，以提高數字電視信號的傳輸質量，確保信號在傳輸過程中不會出現失真問題。

星載電源設備主要是太陽能電池板，利用太陽能進行發電，為數字電視衛星的信號傳輸工作提供動力。衛星工作的宇宙空間具有極為惡劣的環境，由于太陽的照射問題，太陽能電池板在工作時會遇到差值巨大的溫差問題，當電池板正向太陽時，其表面溫度極高，背向時則溫度極低。這種巨大的溫差變化會降低太陽能電池板的使用壽命。此外，太空中的各種微顆粒的存在會對太陽能電池板造成很大的干擾，嚴重影響著其輸出功率。一旦星載電源設備發生故障或者運行不穩定，必然會干擾到信號傳輸系統的正常工作。所以，需要進一步提高星載電源設備的使用質量，延長電源設備的使用壽命。

星載收發天線主要負責數字電視信號的接收和發射，該設備的工作狀態直接影響到數字電視的信號接收效果。因此，要求星載收發天線在符合衛星搭載規格的同時，必須具有良好的穩定性，可以在惡劣環境下長期進行信號的收發工作。

3. 數字電視的信號接收技術

3.1 信號接收技術的室外部分

室外部分的數字電視接收技術主要是指接收天線和饋源。數字電視的室外接收天線通常分為拋物面型和橢圓偏饋型兩種。

拋物面型接收天線在實際應用中最為廣泛。目前，拋物面型接收天線一般包括前饋型接收天線和后饋型接收天線。其中，前饋型接收具有成本低的優勢，但是在折損率方面卻普遍較高。為了有效提高前饋型天線數字電視信號的接收質量，可以在天線裝置上安裝使用HEMT等器件。這類器件可以有效降低前饋型天線接收信號的噪音干擾和設備高溫，減少信號的折損率。后饋型天線的饋源部分位于接收天線中央且稍偏的位置。后饋型天線普遍是采用沖壓工藝制造的，因而天線的制造成本相對要低。

饋源是接收天線的重要組成，其形狀特點有多種，如角錐狀、波紋狀、和圓錐喇叭狀等等。饋源安裝于天線的聚焦點，為了保護饋源不受損害，通常會在饋源外層包裹一層塑料保護層。由于數字電視信號具有多種不同的類型，所以對于饋源的外形也會產生各自不同的要求。例如，正饋饋源的波紋主要呈水平狀，而偏潰饋源的波紋則呈漏斗狀。此外，數字電視信號的接收效率與饋源的擺放角度有著一定的聯系。角度擺放正確的饋源，尤其是擺放角度為零度或者接近零度時，此時天線接收數字電視信號的效率最高。

高頻頭裝置是數字電視信號接收系統中負責接收高頻信號和解調視頻信息的重要裝置。目前所使用的高頻頭主要有數字高頻頭和模擬高頻頭兩種。高頻頭的工作原理較為簡單，具有信號調諧功能和將高頻信號進行放大。當接收到微弱的數字電視信號后，高頻頭便將數字視頻信號放大。在遇到因信號傳輸不穩定而造成的視屏圖像變形時，高頻頭可以有效處理干擾問題，從而使電視影像保持良好的穩定性。但是電磁波容易對高頻頭裝置造成干擾。為此，可以將高頻頭包裹在金屬層內，從而屏蔽掉電磁干擾信號。選擇使用高頻頭裝置時，要考慮到該裝置是在室外環境進行工作的，所以要盡量選擇振動頻率小，噪音和工作溫度低的高頻頭。同時，高頻頭使用的頻率要與星載信號轉發器的頻率相同。

3.2 信號接收技術的室內部分

數字電視的室內接收裝置主要是數字衛星接收機，該裝置的主要功能便是對接收的數字電視信號進行轉換和調試。目前衛星接收機主要分為以下幾大模塊。

首先是調諧器模塊。數字電視所用的調諧器一般分為3種結構，分別是單變頻結構，雙變頻結構和低中頻結構。雖然結構存在不同，但是數字電視調諧器的功能應用都是通過兩種功能電路來完成的。一是前端調諧電路。該部分電路主要針對射頻信號進行相應的接收、變頻、濾波和自動增益控制等工作。而后端解調電路則主要負責信號的A/D轉換、解調和糾錯解碼。

其次是信道解調解碼模塊。簡單來介紹信道解調解碼就是糾正接收信號中的錯誤代碼。信道解調解碼擁有兩大功能作用。第一點是可以利用載波頻率對模擬轉換中出現的錯誤進行校正，以保證采樣值的正確性。第二點便是對信號在傳輸過程中出現的錯誤代碼進行糾正，以減少電路中的誤差，從而保證數字電視為用戶提供優質的音頻。

第三是視頻編碼和音頻數模轉換模塊。傳統的模擬電視在我國依然有著一定數量的用戶，為了使這部分用戶同樣能夠享受到數字電視服務，可以利用視頻編碼器對數字電視信號進行編碼，并對亮度信號和色差信號進行分析，然后輸出視頻信號。同時再利用轉換器解碼數字音頻信號，將其以模擬信號的形式發送到模擬電視，實現模擬電視收看數字電視。

第四是信源解碼模塊。信源解碼模塊包括音頻解壓縮和視頻解壓縮兩部分。通過信源解碼的功能，可以實現將數字電視信號轉換為模擬電視信號，使模擬電視信號與信源編碼一一對應。

4. 結束語

目前，我國擁有大量的數字電視用戶，每年創造的經濟效益是十分可觀的。雖然我國的數字電視應用技術已經十分成熟，在數字電視信號發射和接收方面的技術水平已經走在了世界的前端。但是，數字電視信號不穩定的問題依然無法完全避免。此為，需要進一步加大對數字電視信號發射和接收技術的研究力度，不斷提升信號傳輸技術的可靠性，才能從根本上解決數字電視信號的傳輸問題，為廣大的數字電視用戶提供最佳的數字電視服務。這對于鞏固數字電視用戶基數，擴大數字電視覆蓋范圍都是極為有利的。

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