第一篇：南郵廣播電視工程廣測實驗六-數(shù)字衛(wèi)星電視射頻信號測量介紹

通信與信息工程學(xué)院

2016 / 2017 學(xué)年第一學(xué)期

《廣播電視測量技術(shù)》

實

驗

報

告

實 驗 名 稱 數(shù)字衛(wèi)星電視射頻信號測量 專 業(yè) 廣播電視工程 學(xué) 生 班 級

B130114 學(xué) 生 學(xué) 號

B1311413

學(xué) 生 姓 名

陳超

指 導(dǎo) 教 師 姚錫林

日 期：

2016 年月 12 日 1.實驗?zāi)康模?/p>

在了解衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的組成、原理之后，利用矢量頻譜信號分析儀觀察衛(wèi)星電視QPSK星座圖特征，分析衛(wèi)星電視傳輸環(huán)境的特征。

2.實驗原理：

(一)衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)的組成

一般的衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)主要包括:(1)天線;(2)饋源;(3)低噪聲下變頻器，也稱為高頻頭(是由低噪聲放大器與下變頻器集成的組件)，用LNB表示;(4)電 纜線;(5)端子接頭;(6)衛(wèi)星接收機;(7)電視接收機

1.拋物面天線:是把來自空中的衛(wèi)星信號能量反射會聚成一點(焦點)。2.饋源:設(shè)置在拋物面天線的焦點處，意思是饋送能量的源，要求將會聚 到焦點的能量全部收集起來。饋源又稱波紋喇叭，主要功能有倆個:一是將天線接收的電磁波信號收集起來，變換成信號電壓，供給高頻頭。二是對接收的電磁波進(jìn)行極化。

3.高頻頭:(LNB亦稱降頻器)是將饋源送來的衛(wèi)星信號進(jìn)行降頻和信號放大然后傳送至衛(wèi)星接收機。高頻頭的噪聲度數(shù)越低越好。目前KU頻道多采用饋源一體化高頻頭。

4.衛(wèi)星接收機:是將高頻頭輸送來的衛(wèi)星信號進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)出衛(wèi)星電視圖像信號和伴音信號。

圖1 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)組成

(二)各部分組成原理說明 1)衛(wèi)星接收天線

衛(wèi)星接收天線有許多種:不同口徑的，前饋型和后饋型的，板狀和網(wǎng)的，Ku波段和C波段的，電動極軸和多饋源多波束的等。

1)在前饋天線和后饋天線的選擇上，一般來說對收發(fā)合用的衛(wèi)星通信站，選 購后饋天線是有利的，因后饋天線的增益比前饋天線的增益高，且容易與發(fā)射機 輸出波導(dǎo)聯(lián)接，饋損小，不會對天線形成阻擋。對一般的衛(wèi)星接收站，可選前饋 天線，因前饋天線比后饋天線成本低。

2)在板狀天線和網(wǎng)狀天線的選擇上，一般選用板狀天線，因板狀天線壽命長、增益高。但在風(fēng)力較大的地區(qū)，宜選用結(jié)構(gòu)強度較大的網(wǎng)狀天線，因網(wǎng)狀天線抗風(fēng)能力強。網(wǎng)狀天線增益雖比板狀天線低一些，但成本約減一半。3)接收Ku波段一般采用前饋天線。前饋天線又分正饋和偏饋兩種。現(xiàn)在生 產(chǎn)的Ku波段接收天線幾乎都是偏饋式的，因為在相同尺寸的情況下，偏饋天線 比正饋天線的增益高，且偏饋天線一般使用一體化的饋源高頻調(diào)諧器(雙線極 化)，易于安裝調(diào)試與使用。

4)在天線口徑的選擇上，應(yīng)根據(jù)所接收信號的衛(wèi)星等效全向輻射功率(EIRP 和接收圖像質(zhì)量需求(等級)，對接收系統(tǒng)G/T值提出要求，再根據(jù)室外單元的 噪聲溫度，計算出接收天線的增益和口徑。天線增益與口徑的關(guān)系如下式所示: ?D??G???????

式中:G一一接收天線的增益;D一一接收天線的直徑;?一天線效率;a一一工作波長。

2)高頻調(diào)諧器(高頻頭)高頻調(diào)諧器又稱衛(wèi)星電視下變頻器(高頻頭)，其作用是將天線接收到的衛(wèi)星 信號進(jìn)行低噪聲放大和頻率變換的裝置。衛(wèi)星電視低噪聲下變頻器又稱為高頻頭(也稱衛(wèi)星電視的室外單元)，它是由微波低噪聲放大器，微波混頻器，第一本振 和第一中頻前置放大器組成。2

圖2 高頻頭原理框圖

由于衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)中的地面天線接收到的衛(wèi)星下行微波信號經(jīng)過約 40000 km左右的遠(yuǎn)距離傳輸己是非常微弱，通常天線饋源輸出載波功率約為-90dBmW。若饋線損耗為0.5 dB，則低噪聲放大器輸入端載波功率為一90.5 dBmW。第一變頻器和帶通濾波器的損耗約為10 dB，第一中放的增益約為30 dB 這樣，若低噪聲放大器給出增益(40-50)dB，則下變頻器輸出端可以輸出（30--20)dBmW的信號。因此，衛(wèi)星電視下變頻器的作用是在保證原信號質(zhì)量參數(shù)的 條件下，將接收到的衛(wèi)星下行頻率的信號進(jìn)行低噪聲放大并變頻。高頻調(diào)諧器有 許多種:C波段和Ku波段的，模擬和數(shù)字的，與饋源一體的，雙極性的，雙本 振的，雙波段雙極性的等。

本次試驗用為Ku波段數(shù)字的與饋源一體高頻頭。對于Ku頻段高頻頭的選 擇，由于目前我國使用的通信衛(wèi)星(鑫諾1號星、亞洲2號星、亞太1A星等)轉(zhuǎn) 發(fā)器的下行工作頻段都為(12.25-12.75)GHz，而國際電聯(lián)分配給我國直播衛(wèi)星(三個軌位為620E, 800E, 920E)的下行工作頻段為(11.7^12.2)GHz，因此所選 用Ku頻段高頻頭的頻寬范圍一定要與所需接收衛(wèi)星的下行工作頻率范圍相適 應(yīng)。

3)接收機 接收機有模擬接收機和數(shù)字接收機。模擬接收機主要由第二變頻器和調(diào)頻信 號解調(diào)器組成。數(shù)字接收機也叫綜合解碼器(IRD)，它由QPSK解調(diào)器、前向糾 錯(FEC)器、解復(fù)用器、視音頻解碼器、D/A轉(zhuǎn)換器組成。其功能是:接收衛(wèi)星 下行經(jīng)QPSK調(diào)制的MPEG-2數(shù)據(jù)流，并解碼出一套廣播電視信號。

在接收不同衛(wèi)星數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號時，需要使用不同標(biāo)準(zhǔn)的IRD來 接收信號。例如:在接收亞洲2號Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器上的中

3、中_

5、中

6、中8等 節(jié)目時，不但須用專用IRD(符合Digicipher且標(biāo)準(zhǔn))接收機，而且須經(jīng)中央電視臺衛(wèi)星電視傳播中心授權(quán)后才能接收;如果要接收亞洲2號C波段轉(zhuǎn)發(fā)器上我 國省區(qū)衛(wèi)視節(jié)目，則須采用符合MPEG-2/DVB-S標(biāo)準(zhǔn)的IRD接收機;如果要接 收鑫諾1號“村村通”的衛(wèi)星電視節(jié)目，則必須購買帶有智能卡(Smart Card)插槽的專用衛(wèi)星數(shù)字接收機，并經(jīng)插有附加的智能卡解密后才能正常接收;如果要接收境外的加密衛(wèi)星數(shù)字電視節(jié)目，除須使用符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星接收機外，還須購買一個專用的智能卡(Smart Card)，其中含有解密所必須的密鑰，把此卡插入衛(wèi)星接收機后才能正常接收;如果IRD的用戶還有接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的需求，則還要選擇帶有數(shù)據(jù)接口的IRD, 并且要注意其數(shù)據(jù)輸出的最大速率是否符合應(yīng)用要求，同時其傳輸碼流應(yīng)符合 DVB標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)接收衛(wèi)星數(shù)字電視信號時，在接收天線的仰角和方位角大致對準(zhǔn)后，其細(xì) 調(diào)要比接收模擬信號更慢、更仔細(xì)。因為數(shù)字解碼接收機在收到信號以后對其數(shù) 據(jù)包的標(biāo)志、狀態(tài)等進(jìn)行檢索、識別判斷、運算處理等復(fù)雜工序后才能有視音頻 輸出，這個過程大約需要數(shù)秒鐘的時間。

數(shù)字電視解碼接收機有一項重要指標(biāo)一一Eb/No門限值(Eb為二進(jìn)制碼元信號能量，No為單位頻譜的噪聲功率)，一般要求接收機的門限值小于等于5.5 dB(FEC= 3/4時)。在數(shù)字衛(wèi)星電視接收中，當(dāng)接收信號的Eb/No值高于門限值時，C/N的變化不會影響圖像的信噪比S/N的變化，而在門限值附近時，C/N的下降會引起S/N的急據(jù)惡化，信號會出現(xiàn)誤碼而引起“圖像停頓”或“馬賽克”現(xiàn)象，嚴(yán)重時會接收不到信號，這種現(xiàn)象稱為“峭壁效應(yīng)”。在門限值附近，C/N僅變化(0.1 }-0.2)dB就會使圖像由正常到中斷，因此在數(shù)字電視接收中，除要求采用具有低Eb/No門限的優(yōu)質(zhì)IRD接收機外，還必須使接收端留出足夠的C/N裕量，這一點對Ku頻段衛(wèi)星信號接收尤為重要，因為Ku頻段的雨衰量大。

由于上述原因，在衛(wèi)星數(shù)字電視接收調(diào)試時，就不能采用像接收模擬電視那 樣用觀察圖像的辦法來調(diào)整天線，數(shù)字電視信號在數(shù)字接收機的門限值以下是不 會有圖像的。所以在調(diào)試時應(yīng)進(jìn)入菜單，觀察信號強度指示，若發(fā)現(xiàn)信號強度顯 示有指示，調(diào)試就應(yīng)放慢速度、減小幅度，進(jìn)行微調(diào)，最終使信號強度指示最大。4)接收參數(shù)

在接收衛(wèi)星電視節(jié)目時，必須先搞清所要接收頻道的接收參數(shù)，把接收參數(shù) 輸入到接收機是接收數(shù)字衛(wèi)星的一個重要環(huán)節(jié)。衛(wèi)星電視接收參數(shù)一般包括:（1）下行頻率，是指衛(wèi)星電視信號從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器傳送到地面接收站的頻率。尋星時必須知道該星的下行頻率，也可到有關(guān)專業(yè)報刊或網(wǎng)站中查詢。需要注意的是，在報刊或網(wǎng)站中查找到的下行頻率數(shù)值可能與頻道運營商提供的稍有差別，在實際接收中可能導(dǎo)致數(shù)字機接收不到信號或出現(xiàn)停頓、馬賽克現(xiàn)象，此時在排除器材質(zhì)量及安裝調(diào)試不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊懞螅蓪?shù)在小范圍內(nèi)稍加改動便有可能使節(jié)目順利下載。

（2）極化方式，在同一接收地點，高頻頭的極化角因所接收衛(wèi)星的經(jīng)度不同的而發(fā)生變化，在接收中應(yīng)根據(jù)所接收不同衛(wèi)星適當(dāng)調(diào)整高頻頭極化角。一般以正南方為基準(zhǔn)，當(dāng)接收正南方衛(wèi)星的信號時，高頻頭的極化角為零，當(dāng)接收南偏東方向的衛(wèi)星信號時，要順時針轉(zhuǎn)動高頻頭來調(diào)整極化角。反之，當(dāng)接收南偏西方向的衛(wèi)星時要逆時針轉(zhuǎn)動高頻頭來調(diào)整極化角。對于接收較弱的信號，細(xì)調(diào)高頻頭的極化角效果非常明顯，如極化角調(diào)整不當(dāng)很可能使弱信號的節(jié)目不能順利下載。

（3）符碼率，符碼率的大小與傳輸圖像的質(zhì)量有關(guān)。符碼率越大，圖像傳輸?shù)乃俾试酱?，圖像質(zhì)量也越高，允許的節(jié)目量也越大。頻道運營商通過碼率的設(shè)置和分配，滿足不同的畫質(zhì)要求。

（4）前向糾錯FEC，設(shè)置不同的前向糾錯FEC根本目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ贒VB-S標(biāo)準(zhǔn)中，前向糾錯FEC值有五種比率，即1/2, 2/3, 3/4,5/6和7/8，以前向糾錯FEC為3/4為例，它表示在該節(jié)目碼的總數(shù)中，3/4的數(shù)據(jù)為節(jié)目內(nèi)容碼，1/4的數(shù)據(jù)為糾錯碼。因目前生產(chǎn)的數(shù)字衛(wèi)星接收機均可對前向糾錯FEC進(jìn)行自動偵測，在使用接收機時無需人工加入FEC值，因而該參數(shù)也常被人們忽視，導(dǎo)致不能很好地解釋衛(wèi)視接收中遇到的一些問題。例如用同洲3188A數(shù)字機接收亞太1A衛(wèi)星上采用1/2前向糾錯比的寧夏、甘肅、重慶和旅游衛(wèi)視節(jié)目時，只要信號鎖定燈點亮，Eb/No值為0也可流暢的收視。相反，當(dāng)接收亞洲3S衛(wèi)星上4000 H 268_50鳳凰衛(wèi)視一組節(jié)目時，其前向糾錯比為7/8，Eb/No值達(dá)30%以上才不出現(xiàn)停頓、馬賽克現(xiàn)象。

3.實驗儀器: 衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)

Agilent MXA N9020A 矢量頻譜信號分析儀

4.實驗過程及數(shù)據(jù)

1)將衛(wèi)星信號連接到N9020A;2)按MODE鍵進(jìn)入Vector Signal Analyzer(VXA)矢量信號分析儀模;3)按MEAS鍵進(jìn)入Digital Demod數(shù)字解調(diào)界面;4)設(shè)置數(shù)字解調(diào)模式為QPSK;5)選擇測試目標(biāo)為福建東南衛(wèi)視，輸入中心頻率1.444GHZ;6)設(shè)置Symbol Rate符號率為4.42MHZ;7)按SPAN X Scale鍵設(shè)置SPAN為FULL SPAN;8)按AMPTD Y Scale鍵設(shè)置Range為-40dBm。

圖1 解調(diào)信號星座圖

圖2 解調(diào)信號誤差矢量

圖3 解調(diào)信號頻譜

圖4 解調(diào)信號誤差分析

5.實驗小結(jié)：

此次實驗利用矢量頻譜信號分析儀觀察衛(wèi)生電視QPSK信號并分析相關(guān)星座圖、頻譜等特征，其中星座圖是判斷相干干擾、噪聲等的重要參考，解調(diào)后的衛(wèi)星數(shù)字星座圖只能大致看出在四個星座點之間跳動，且跳動劇烈，說明干擾導(dǎo)致解調(diào)出現(xiàn)巨大偏差，誤碼率大，從而不難得出衛(wèi)星傳輸信道的干擾和衰落較為劇烈，準(zhǔn)確可靠的解調(diào)恢復(fù)應(yīng)使各星座點均在四個著陸點圓圈內(nèi)部跳動。實驗操作時在解調(diào)模式確定的情況下，先后設(shè)定的中心頻率、符號速率、頻掃范圍和靈敏度范圍對解調(diào)信號的正確至關(guān)重要，缺一不可。