廣播電視衛(wèi)星信號的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)探究

任 蕊

(甘肅廣播電視局無線傳輸中心711 臺,甘肅 蘭州 730000)

0 引言

廣播電視衛(wèi)星信號對于社會發(fā)展和進步起到了非常重要的作用,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對廣播電視衛(wèi)星信號的質(zhì)量等方面也提出了更高的要求。 廣播電視衛(wèi)星信號的數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù),可以有效地將廣播電視衛(wèi)星信號中的載波按照需求進行調(diào)制,確保衛(wèi)星數(shù)字信號可以實現(xiàn)正常高效的傳播。 從現(xiàn)階段的廣播電視衛(wèi)星運行的實際情況來看,廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)主要通過運用衛(wèi)星數(shù)字調(diào)制解調(diào)技術(shù)來滿足信息傳播的實際需求[1]。 但是,隨著社會的發(fā)展,傳統(tǒng)的廣播電視衛(wèi)星信號的調(diào)制技術(shù)已經(jīng)無法滿足當前社會發(fā)展的實際需求,因此建立起了多進制的數(shù)字調(diào)制術(shù),使信息傳輸?shù)男屎皖l帶的利用率都得到了極大提升。

1 廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)概述及原理

1.1 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的定義及要求

數(shù)字調(diào)制技術(shù)是指在廣播電視衛(wèi)星信號系統(tǒng)中,通過特定的方式處理信號源中的編碼信息,使傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)可以更好地滿足社會生產(chǎn)發(fā)展,這一過程中經(jīng)過調(diào)制的信號叫做帶通信號。 通過調(diào)制的方式可以讓信號系統(tǒng)中的高頻載波隨著信號的變化做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。 數(shù)字解調(diào)技術(shù)將基帶信號從載波中提取調(diào)制后,再對信號進行初步處理,從而便于接收方更加高效地提取信號中的有關(guān)內(nèi)容[2]。 基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)主要包括幅度的鍵控、信號平移的鍵控以及相移的鍵控,這3 種控制方式通過對信號的調(diào)整實現(xiàn)對載波的幅度、頻率以及相位參數(shù)的控制,從而更好地完成調(diào)制工作。

數(shù)字調(diào)制技術(shù)對廣播電視衛(wèi)星信號進行調(diào)整時,首先,應(yīng)將傳送信息的基帶信號調(diào)整到相應(yīng)的頻段信道上,這種情況下的信號傳輸可以確保信號源和信道特性之間的契合;其次,要實現(xiàn)抗干擾,在調(diào)制技術(shù)應(yīng)用的過程中,要求調(diào)波功率譜的主瓣盡可能地占據(jù)更多的信號能量,波瓣盡量狹窄,從而確保其有較強的抗干擾能力[3];最后,在數(shù)字調(diào)制技術(shù)進行解調(diào)的過程中,應(yīng)最大限度地提高頻帶的利用率,使單位頻帶內(nèi)部的信息量得到相應(yīng)的提升。

1.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)的運行原理

在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運行的過程中,系統(tǒng)內(nèi)部的濾波器會自動對衛(wèi)星信號進行接收和傳送,衛(wèi)星中接收信號和傳送信號的端口具有帶限特點。 同時,廣播衛(wèi)星系統(tǒng)中,具有高功率的信號發(fā)射器設(shè)備和信號轉(zhuǎn)換發(fā)射器中的放大裝置采取的工作方式都是非線性的,這種工作方式會使得廣播衛(wèi)星信號系統(tǒng)帶有非線性的特征,所以廣播衛(wèi)星系統(tǒng)中的信號通道就具備了帶限性和非線性的特點。 廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)進行數(shù)字信號調(diào)制的過程中,主要依賴PSK 來實現(xiàn)對數(shù)字信號的調(diào)制,PSK 在運行時,本質(zhì)上是通過相應(yīng)手段推動相位波動實現(xiàn)信息的處理[4]。

廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)在本質(zhì)上就是推動載波中的相位發(fā)生特定方式的移動,并通過這種移動進行制定信息的傳輸,這一過程中涉及的二進制信號和載波之間呈現(xiàn)有機結(jié)合的特點。 應(yīng)用信息調(diào)制技術(shù)的過程中,信息傳輸?shù)拈_始是通過一組在不同時間進行同一頻率的震動而實現(xiàn)的。 當一組載波在同一時間內(nèi)達到了頻率的最高點或者是處于同一震動頻率時,兩者將會進入相同的狀態(tài)。 而如果載波中的一方數(shù)值發(fā)生了變化,兩者就會退出這樣特殊的狀態(tài)。 如果兩個載波中的一個載波達到了最高峰值而另一個載波進入最低值,這種情況被稱之為反相。 反相情況下,利用二進制數(shù)字1 和0 就可以將相位進行全面的控制,通過相位的變更可以讓衛(wèi)星信號的載波發(fā)生特定的相位移動,從而使得載波出現(xiàn)特定的波動,然后將特定的信息進行傳達。

2 廣播電視衛(wèi)星信號數(shù)字調(diào)制問題原因分析

2.1 衛(wèi)星信號的干擾

從我國社會發(fā)展的實際情況看,日常生產(chǎn)生活中,國內(nèi)的廣播電視衛(wèi)星用戶經(jīng)常會出現(xiàn)無法正常接收電視信號的情況,其根本原因就是因為衛(wèi)星的波形失真,導(dǎo)致衛(wèi)星信號受到干擾。 衛(wèi)星信號出現(xiàn)干擾的根源主要是正交干擾和碼間干擾,正交干擾的主要原因是信號傳送線出現(xiàn)失真,導(dǎo)致信號受到干擾,從而使普通的用戶無法正常接收到廣播電視衛(wèi)星信號;碼間干擾主要是因為受到信號帶寬的約束以及出現(xiàn)了線性失真和線性振幅失真的情況。

2.2 噪聲產(chǎn)生的干擾

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)中的信號在進行傳送時,容易受到各種外界因素的影響,出現(xiàn)噪聲干擾。 一旦出現(xiàn)噪聲干擾,普通用戶將無法正常、準確地接收到廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信號。 廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生噪聲干擾的原因很多,例如客戶端接口與系統(tǒng)相匹配時,發(fā)出的信號會產(chǎn)生噪聲干擾、載波抖動的情況,本振源信號也會產(chǎn)生一定的噪聲干擾。 廣播電視衛(wèi)星信號系統(tǒng)內(nèi)部的載波出現(xiàn)了較大的波動,會使衛(wèi)星信號也出現(xiàn)相應(yīng)的變動,從而信號的強度出現(xiàn)降低。 信號在傳送的過程中,如果各接口之間無法實現(xiàn)完全的匹配,會導(dǎo)致衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)部的信號傳輸難以保障信息數(shù)據(jù)可以按照計劃完成傳輸,即使完成信號傳輸也很難保證信息的完整和準確。 此外,衛(wèi)星信號在接收和發(fā)送過程中產(chǎn)生的震動也會出現(xiàn)噪聲干擾,主要是與相位之間息息相關(guān)。 一旦相位發(fā)生變化,會使衛(wèi)星信號的穩(wěn)定性受到影響,不利于廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)的正常運行。

2.3 正弦載波相位偏離預(yù)設(shè)軌道

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)在對衛(wèi)星信號進行調(diào)制時,一般都通過QPSK 的方式實現(xiàn),可以更加高效、準確地進行數(shù)據(jù)傳輸。 這種情況下,如果出現(xiàn)正弦載波的相位偏離,衛(wèi)星內(nèi)部解調(diào)器的輸出頻率和效率都會受到一定影響,從而使有關(guān)數(shù)據(jù)計算出現(xiàn)錯誤,導(dǎo)致衛(wèi)星信號難以準確傳輸。

2.4 電平出現(xiàn)漂移

廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)在運行過程中易受到各類外部因素的影響,許多外部因素會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)電平漂移,主要有以下幾個方面的原因:(1)廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)服務(wù)器外部環(huán)境發(fā)生了劇烈的變化,使系統(tǒng)無法正常地按照預(yù)設(shè)方案運行。 (2)系統(tǒng)電壓無法滿足運行的實際需求。 廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)正常運行過程中,對于電壓的穩(wěn)定性要求非常高,如果電壓出現(xiàn)較大變化,整個系統(tǒng)的運行會受到影響。 (3)有關(guān)設(shè)備元器件的老化會使電平出現(xiàn)漂移,使整體的信號強度降低,不利于正常運行。

3 廣播電視衛(wèi)星信號數(shù)字調(diào)制解決方法概述

在進行相位調(diào)制的過程中,如果階數(shù)出現(xiàn)增加,數(shù)字的相位階位也會隨之產(chǎn)生變化,與此同時,衛(wèi)星頻道中的頻率也會出現(xiàn)極大增長。 一旦出現(xiàn)這種情況,衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)的干擾功能將會出現(xiàn)降低,同時衛(wèi)星系統(tǒng)的復(fù)雜性會直接在數(shù)字調(diào)制器中進行體現(xiàn)。 從我國現(xiàn)階段使用的廣播電視衛(wèi)星信號數(shù)字調(diào)制實際情況來看,所使用的調(diào)制方法主要包含二進制、四進制和八進制的相位鍵控。

3.1 二進制的相位鍵控

我國現(xiàn)階段使用的二進制相位鍵控可以劃分為BPSK 和2DPSK 兩種類型。 在二進制的模式下,所有的數(shù)據(jù)信號都是通過1 和0 兩個數(shù)字進行表示。 廣播電視衛(wèi)星信號系統(tǒng)在接收信號后,會以二進制的運行模式將信號轉(zhuǎn)化為1 和0,再通過信號轉(zhuǎn)換器將初始信號轉(zhuǎn)化為1 和1。 此時,要把經(jīng)過轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的信號與衛(wèi)星載波之間進行相乘,從而形成BPSK 信號。 對于沒有通過調(diào)制的衛(wèi)星載波信號進行調(diào)制時,首先需要通過BPSK 進行轉(zhuǎn)化,再通過調(diào)節(jié)技術(shù)對信號進行調(diào)節(jié),這一過程必須確保衛(wèi)星的載波和調(diào)節(jié)的信號之間的頻率相同,如果無法實現(xiàn)同步,信號轉(zhuǎn)換過程中會出現(xiàn)轉(zhuǎn)化出其他錯誤信號的情況,解決這一問題主要通過2DPSK。 2DPSK 在運行過程中,為了確保衛(wèi)星系統(tǒng)在運行時可以正常地將有關(guān)信息準確地進行傳播,需要對衛(wèi)星載波相位內(nèi)的絕對值進行更好的控制和運用,所以2DPSK 又被稱為絕對調(diào)相。 要讓2DPSK 實現(xiàn)對于相位的調(diào)控,必須將差分編碼應(yīng)用到衛(wèi)星數(shù)字信號的基帶內(nèi),通過這種相對碼來取代絕對碼,以此實現(xiàn)絕對的相位調(diào)控。

3.2 四進制的相位鍵控

四進制的相位鍵控分為QPSK 和QDPSK 兩類。在應(yīng)用QPSK 進行信號轉(zhuǎn)化時,必須對4 種不同的衛(wèi)星載波進行充分運用。 大多數(shù)情況下,二進制的數(shù)據(jù)都會被應(yīng)用在調(diào)制器的數(shù)據(jù)庫中。 在正常運行的情況下,應(yīng)當保證二進制的數(shù)字可以配合四進制的衛(wèi)星載波相位,利用四進制的方式計算出的有關(guān)數(shù)據(jù)代替二進制的方式計算出的數(shù)據(jù)。 所以,將二進制模式下計算出的信息數(shù)據(jù)做好分組,根據(jù)二進制的性質(zhì)將數(shù)據(jù)直接劃分為00,01,10 和11 4 類,通常情況下稱為比特馬元。 實際應(yīng)用過程中,可以通過比特碼元對四進制內(nèi)產(chǎn)生的負荷作出充分的解釋,應(yīng)用四進制進行相位鍵控時可以根據(jù)特定的順序傳輸比特碼元。

QDPSK 指的是在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)正常進行過程中,進行衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)的傳輸時,把衛(wèi)星內(nèi)載波的相位變化進行充分記錄和應(yīng)用,將衛(wèi)星在運行中接收的信息,用差分碼取代差分編碼,實現(xiàn)絕對調(diào)相。 相對于QPSK,QDPSK 在實際應(yīng)用過程中,對編碼轉(zhuǎn)換器可以起到更好的作用,同時還可以把2DPSK 的衛(wèi)星信號包含在內(nèi)。

3.3 八進制的相位鍵控

八進制的相位鍵控分為8PSK 和8DPSK。 在應(yīng)用8PSK 時,受到八進制影響,衛(wèi)星接收的數(shù)字信號必須在衛(wèi)星載波中呈現(xiàn)出8 種不同的相位。 如果接收的是二進制衛(wèi)星信號,在二進制衛(wèi)星信號輸入到衛(wèi)星后,需要通過相應(yīng)的串并,并且串并時需要利用三比特碼和特殊符號實現(xiàn),二進制信號串并的變化將在比特序列內(nèi)體現(xiàn)。 在衛(wèi)星上的控制微信信道為A,同相衛(wèi)星信道為I,正交衛(wèi)星信道則為Q。 二進制模式下的衛(wèi)星信號轉(zhuǎn)化器在對信號進行轉(zhuǎn)化工作時,可以將同相衛(wèi)星信道和控制衛(wèi)星信道內(nèi)蘊含的信息進行特定的轉(zhuǎn)化。在實際應(yīng)用時,8PSK 的衛(wèi)星信號經(jīng)常會出現(xiàn)接收信號較為模糊的現(xiàn)象,這會使廣播電視衛(wèi)星信號的傳輸質(zhì)量受到一定影響。 要盡可能地在廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)運行的過程中降低信號模糊,就必須要充分地發(fā)揮出八進制的相位鍵控的作用,對信號進行調(diào)制。 8DPSK 還會充分應(yīng)用鄰近的其他碼元載波,此時的數(shù)字衛(wèi)星信號必須進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)變,需要將衛(wèi)星接收的二進制數(shù)字信號序列進行絕對調(diào)相,同時還需要利用差分碼來替代差分編碼。

二進制、四進制和八進制是當前主要使用的廣播電視衛(wèi)星信號調(diào)制技術(shù),雖然這幾類廣播電視衛(wèi)星信號數(shù)字調(diào)制方法之間存在一定的區(qū)別,但在本質(zhì)上還是有著非常多的相似之處。 通過調(diào)制方法進行相位的鍵控時,相位數(shù)字的變化也會使得廣播電視衛(wèi)星信號的抗干擾能力發(fā)生變化。 相移鍵控的頻帶利用率會隨著相位數(shù)的增加而提高,而當數(shù)字相位數(shù)增加后,其抗干擾的能力也會隨之降低,如表1 所示。

表1 二/四/八進制相移鍵控的比較情況

4 結(jié)語

廣播電視衛(wèi)星信號的穩(wěn)定性對于社會的正常發(fā)展運行影響巨大,而影響衛(wèi)星信號穩(wěn)定的因素有許多。因此,有關(guān)部門必須不斷地加強相關(guān)研究工作,充分發(fā)揮廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)信號調(diào)制解調(diào)技術(shù)的作用,為廣播電視衛(wèi)星系統(tǒng)信號的穩(wěn)定傳播提供有力支持。