衛(wèi)星地球站數(shù)字調(diào)制器的原理與應(yīng)用

李 煒

（國家新聞出版廣電總局北京地球站，北京 102206）

1 引言

衛(wèi)星地球站是衛(wèi)星通信的重要組成部分，衛(wèi)星地球站調(diào)制器的作用是將節(jié)目源前端信源編碼器輸出的信號進行調(diào)制、加擾等數(shù)字處理，最終形成中頻或射頻載波信號，通過變頻放大后發(fā)送至衛(wèi)星，以便用戶接收。調(diào)制器是地球站上行系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它的性能將直接影響到衛(wèi)星傳輸業(yè)務(wù)的正常運行。調(diào)制器是衛(wèi)星地球站節(jié)傳系統(tǒng)信號傳輸關(guān)鍵設(shè)備之一，在很大程度上決定著傳輸信道的質(zhì)量。在衛(wèi)星地球站，調(diào)制器將前級設(shè)備傳輸?shù)腁SI信號或IP信號變換為衛(wèi)星通信體制的信號形式，通常所說的中頻信號，從某種意義上說，中頻信號的好壞直接決定了整個上行鏈路傳輸信號的質(zhì)量。本文以NEWTEC公司的M6100調(diào)制器為例，介紹了調(diào)制器的工作原理，并對其應(yīng)用優(yōu)勢進行了分析。

2 數(shù)字調(diào)制器的工作原理

圖1 QPSK調(diào)制方式A

為使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制。在衛(wèi)星數(shù)字廣播電視傳輸中，通常采用QPSK調(diào)制方式，它具有較高的頻譜利用率和較強的抗干擾性能。輸入的串行二進制ASI碼流首先要進行能量擴散，然后經(jīng)過外編碼、卷積交織、內(nèi)編碼后再進行QPSK調(diào)制。QPSK信號可用正交調(diào)制的方法產(chǎn)生，按雙比特碼元與載波相位對應(yīng)關(guān)系可分為兩種方式，如圖1、圖2所示。

圖2 QPSK調(diào)制方式B

QPSK正交調(diào)制器由兩個BPSK調(diào)制器構(gòu)成，串行二進制碼流經(jīng)串/并轉(zhuǎn)換后分成兩路速率減半的I，Q信道序列，經(jīng)基帶成形濾波后形成I（t），Q（t）信號，然后進行BPSK調(diào)制，相加后得到QPSK信號。已調(diào)信號經(jīng)過適當信號放大即成為可傳輸?shù)闹蓄l信號。

3 M6100型調(diào)制器綜述

M6100廣播衛(wèi)星調(diào)制器是新一代DVB-S2，DVB-DSNG，DVB-S調(diào)制器，專門針對廣播直接到戶、前端初次分配、廣播電視內(nèi)容提供等業(yè)務(wù)。M6100可與機頂盒、專業(yè)衛(wèi)星接收解碼器（IRD）或?qū)I(yè)衛(wèi)星解調(diào)器一起使用。

連通時間和可靠性是這款調(diào)制器設(shè)計思路的重點，這兩項指標對于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)也至關(guān)重要。輸入源冗余度、最短調(diào)制器冗余切換時間、可在1+1和N+1拓撲結(jié)構(gòu)中操作，這些特色都確立了新的行業(yè)標準。內(nèi)置MPEG傳輸流分析儀、GbE輸入支持SMPTE 2022 FEC（用于分布式IP頭端設(shè)備）、對傳輸流NIT表中插入載波ID的天然支持等先進功能進一步提高了系統(tǒng)的連通時間和服務(wù)質(zhì)量，可大幅降低運行成本。采用Equalink預失真技術(shù)，實現(xiàn)了全自動化操作，可應(yīng)用于各種衛(wèi)星傳輸，Equalink預失真技術(shù)可帶來高達10%的帶寬增益。該調(diào)制器還支持Clean Channel專利技術(shù)，這種技術(shù)是DVB-S2的擴展，可使衛(wèi)星效率提高15%，允許更小的載波間距。調(diào)制器輸出端信號位于IF或擴展L波段（950MHz～2150MHz），可實現(xiàn)小型、高成本效益解決方案。室外上變頻器的一個可切換10MHz參考信號被復用到L波段接口。通過綜合性前面板菜單、先進的網(wǎng)絡(luò)圖形用戶界面和SNMP協(xié)議可輕松監(jiān)視和控制這款調(diào)制器。因此，這款調(diào)制器可輕松插入所有行業(yè)標準的EMS/NMS系統(tǒng)。

4 M6100型調(diào)制器技術(shù)特點

4.1 可擴展性能強

M6100調(diào)制器采用了最新一代的靈活編程技術(shù)，是一種面向未來的積木式設(shè)備，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)功能的不斷發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。可擴展、按需購買、許可和軟件升級機制有利于不斷推出新服務(wù)，有利于在最后一分鐘對網(wǎng)絡(luò)設(shè)計做更改，不必重新構(gòu)建整個網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。只需在現(xiàn)場簡單安裝許可證密鑰，就可實現(xiàn)從ASI至GbE、從IF到L波段的轉(zhuǎn)換?？梢灶A見，在不遠的未來，一旦標準化工作得到落實，調(diào)制器可實現(xiàn)DVB-S2擴展、RF載波ID及其他附加功能。

4.2 使用插入標準載波ID功能

衛(wèi)星運營商、衛(wèi)星地球站受到的射頻載波干擾較大，為對抗射頻干擾，提高接收質(zhì)量，M6100上使用了插入標準載波ID功能。

4.3 CCT技術(shù)提高衛(wèi)星效率

CCT技術(shù)的滾降系數(shù)最低可到5%，減小了載波的空間占用，采用CCT技術(shù)可以將衛(wèi)星效率提高15%。

4.4 內(nèi)置傳輸流分析儀

調(diào)制器內(nèi)置MPEG傳送流分析儀基于TR101-290標準，選取監(jiān)控第一級和第二級的重要參數(shù)，能夠連續(xù)監(jiān)視和檢測比特率、抖動、常規(guī)和虛假包的標識符，在故障排除過程中不使用會改變網(wǎng)絡(luò)行為的探頭檢測方式。采用傳輸流分析儀后，可以避免因配置不當或設(shè)備故障出現(xiàn)的視頻色彩失真乃至視頻丟失。

第一級共四種錯誤：同步丟失錯誤、同步字節(jié)錯誤、PAT錯誤、連續(xù)計數(shù)錯誤。

（1）傳送碼流同步丟失：連續(xù)檢測到連續(xù)5個正常同步視為同步，連續(xù)檢測到2個以上不正確同步則為同步丟失錯誤。傳輸流失去同步，標志著傳輸過程中會有一部分數(shù)據(jù)丟失，直接影響解碼后的畫面的質(zhì)量。

1) 對相鄰回波互相關(guān)函數(shù)進行FFT變換得到式(7)，最大值譜線處對應(yīng)的速度值為vm，假設(shè)左右次譜線處對應(yīng)的速度值分別為v1，v2，則真實速度v∈(v1,v2)；

（2）同步字節(jié)錯誤：同步字節(jié)值不是0X47。同步字節(jié)錯誤和同步丟失錯誤的區(qū)別在于同步字節(jié)錯誤傳輸數(shù)據(jù)仍是188或204包長，但同步字頭的0X47被其他數(shù)字代替。這表明傳輸?shù)牟糠謹?shù)據(jù)有錯誤，嚴重時會導致解碼器解不出信號。

（3）PAT錯誤：標識節(jié)目相關(guān)表PAT的PID為0x0000，PAT錯誤包括標識PAT的PID沒有至少0.5s出現(xiàn)一次，或者PID為0x0000的包中無內(nèi)容，或者PID為0x0000的包的包頭中的加密控制段不為0。PAT丟失或被加密，則解碼器無法搜索到相應(yīng)節(jié)目；PAT超時，解碼器工作時間延。

（4）連續(xù)計數(shù)錯誤：TS包頭中的連續(xù)計數(shù)器是為了隨著每個具有相同PID的TS包的增加而增加，為解碼器確定正確的解碼順序。TS包頭連續(xù)計數(shù)不正確，表明當前傳輸流有丟包、包重疊、包順序錯現(xiàn)象，會導致解碼器不能正確解碼。

第二級共三種錯誤：傳輸錯誤、PCR間隔錯誤、PCR抖動錯誤。

（1）傳輸錯誤：TS包頭中的傳送包錯誤指示為“1”，表示在相關(guān)的傳送包中至少有1個不可糾正的錯誤位，只有在錯誤被糾正之后，該位才能被重新置0。而一旦有傳送包錯，就不再從錯包中得出其他錯誤指示。

（2）PCR間隔錯誤：PCR用于恢復接收端解碼本地的27MHz系統(tǒng)時鐘，如果在沒有特別指明的情況下，PCR不連續(xù)發(fā)送時間一次超過100ms或PCR整個發(fā)送間隔超過40ms，則導致接收端時鐘抖動或者漂移，影響畫面顯示時間。

（3）PCR抖動錯誤：PCR的精度必須高于500ns或PCR抖動量不得大于±500ns。PCR抖動過大，會影響到解碼時鐘抖動甚至失鎖。

通過IP網(wǎng)絡(luò)訪問M6100 TS Analyser界面即可實時監(jiān)視TS的情況。

4.5 采用Equalink?預失真技術(shù)

Equalin k?預失真技術(shù)使帶寬效率提高達10%。此項技術(shù)反映在轉(zhuǎn)發(fā)器上可額外增加一個高清（HD）頻道或兩個標清（SD）頻道，同時能夠保持與DVB-S或DVB-S2接收機、IRD或DTH機頂盒之間的互操作性。Equalink?帶來更多的視頻頻道，更多的載波，擴大地理覆蓋范圍。

4.6 采用冗余開關(guān)

M6100調(diào)制器可以在1+1和N+1網(wǎng)絡(luò)布局下運行，提供IP和傳輸流（TS）輸入源冗余，開關(guān)倒換時間低于1秒。轉(zhuǎn)換方便，只要使用許可密鑰就可以從ASI過渡到IP，從IF支持L波段。

5 M6100型調(diào)制器日常維護及注意事項

⊙ 調(diào)制器及其切換開關(guān)維護量小，日常巡視調(diào)制器及其切換開關(guān)前面板工作指示燈是否正常，檢查輸入輸出線纜接頭連接緊固情況，檢查風扇運轉(zhuǎn)情況。

⊙ 保持調(diào)制器及其切換開關(guān)的工作環(huán)境溫度和濕度相對穩(wěn)定。

⊙ 確保調(diào)制器及其切換開關(guān)的輸入電壓穩(wěn)定。

⊙ 定期對調(diào)制器參數(shù)進行核查，記錄，建議每半年對調(diào)制器輸出頻率穩(wěn)定度和輸出電平進行測量。

⊙ 定期對調(diào)制器切換開關(guān)進行手動、自動切換功能測試，建議每月進行一次。

⊙ 每半年對調(diào)制器及其切換開關(guān)進行常規(guī)除塵，并進行重啟，防止長時間運行出現(xiàn)死機現(xiàn)象。

做到上述幾點后，維護中還要注意：保持機房環(huán)境溫度適中（25℃±2℃），保持機房清潔，定時巡機，注意溫度和各項技術(shù)指標，密切注意細小的變化，及時查明原因。