數(shù)字電視信號(hào)的發(fā)射與接收技術(shù)探析

郭昊

【摘要】信息技術(shù)的發(fā)展極大地豐富了人們?nèi)粘５男蓍e娛樂方式。其中數(shù)字電視的出現(xiàn)賦予了傳統(tǒng)電視節(jié)目新的生命力，使電視節(jié)目的視聽內(nèi)容變得更加豐富起來，視聽質(zhì)量也更高，有效增強(qiáng)了電視媒體在廣播傳媒領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。但是數(shù)字電視在實(shí)際使用過程中依然會(huì)受到一些問題的影響。其主要影響便是數(shù)字電視信號(hào)在發(fā)射、傳輸和接受方面的問題，造成數(shù)字電視信號(hào)不定時(shí)出現(xiàn)中斷現(xiàn)象，從而影響了數(shù)字電視的播放質(zhì)量。本文便從信號(hào)發(fā)射，信號(hào)傳輸和信號(hào)接收三個(gè)角度詳細(xì)地進(jìn)行了論證，分析了增強(qiáng)數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量的相關(guān)措施或技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視;信號(hào)傳輸;發(fā)射技術(shù);接收技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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(shù)字電視可以為電視用戶提供大量的高清電視節(jié)目，豐富了電視用戶的視聽選擇。因此，數(shù)字電視的推出得到了廣大電視用戶的一致好評(píng)。由于數(shù)字電視的使用離不開數(shù)字電視信號(hào)，一旦數(shù)字電視信號(hào)受到干擾，數(shù)字電視的節(jié)目便會(huì)中斷。目前，數(shù)字電視突然中斷的情況時(shí)有發(fā)生。為了妥善解決數(shù)字電視信號(hào)突然中斷問題，保證數(shù)字電視用戶享受到高質(zhì)量的數(shù)字電視服務(wù)，可以從數(shù)字電視信號(hào)的傳輸過程入手，以增強(qiáng)數(shù)字電視信號(hào)的傳輸抗干擾能力。數(shù)字電視信號(hào)從發(fā)射到接收，是一次完整的信號(hào)工作流程，涉及到完善的數(shù)字電視發(fā)射技術(shù)、傳輸技術(shù)，以及接收技術(shù)。因此，需要將涉及到的信號(hào)技術(shù)加以完善，方可有效增強(qiáng)數(shù)字電視的傳輸質(zhì)量。

1. 數(shù)字電視的信號(hào)發(fā)射技術(shù)

數(shù)字電視的正常運(yùn)作是依靠衛(wèi)星電視的傳輸系統(tǒng)的來進(jìn)行的，該系統(tǒng)主要分為3個(gè)部分，分別是發(fā)射站，同步衛(wèi)星以及接收網(wǎng)。數(shù)字電視的信號(hào)發(fā)射，就是從地面發(fā)射站向宇宙空間的同步衛(wèi)星發(fā)射數(shù)字電視信號(hào)。這種信號(hào)發(fā)射一般分為兩個(gè)不同的發(fā)射方式，一是單載波發(fā)射方式，二是多載波發(fā)射方式。

1.1 信號(hào)的單載波發(fā)射

單載波發(fā)射就是在固定頻段內(nèi)，使用單一載波的一種調(diào)制技術(shù)。單載波發(fā)射方式屬于上行站系統(tǒng)，就是從地面向太空同步衛(wèi)星發(fā)射使用單載波調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)。

單載波的發(fā)射過程可以分為三步。首先是進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，需要把視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行視頻A/D轉(zhuǎn)換，而音頻、廣播和視頻編碼則需要進(jìn)行音頻A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，將視頻與音頻等轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)傳輸?shù)蕉嗦窂?fù)用器。第二步，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理。視頻與音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，需要使用數(shù)字解碼器進(jìn)行解碼，然后利用上變頻器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行變頻處理。最后，數(shù)據(jù)都被轉(zhuǎn)變?yōu)榻獯a流，頻率為6GHz，并進(jìn)行相應(yīng)的備份處理。第三步，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的發(fā)射。首先利用同軸射頻轉(zhuǎn)換開關(guān)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過利用放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，之后才能夠?qū)⑵浒l(fā)射出去。

1.2 信號(hào)的多載波發(fā)射

信號(hào)的多載波發(fā)射是對(duì)多個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)的處理，就是在固定的頻段內(nèi)，要對(duì)多個(gè)載波進(jìn)行調(diào)制。多載波的發(fā)射方式同樣屬于上行站系統(tǒng)，向衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)是經(jīng)過多載波調(diào)制的。多載波的具體發(fā)射步驟則分為四步。第一步，將各種視頻和音頻信號(hào)移入到各自對(duì)應(yīng)的編碼器，然后將信號(hào)進(jìn)行壓縮和編碼。編碼后的信號(hào)進(jìn)入復(fù)用設(shè)備，并將其轉(zhuǎn)化為節(jié)目傳輸流。不同的節(jié)目傳輸流通過信號(hào)傳輸?shù)姆绞絺鬏數(shù)酱嬖跀?shù)字電視配制的地方。第二步需要適配節(jié)目碼流。在適配的同時(shí)還要糾正傳輸過程中發(fā)生的一些誤差。第三步要使用四相移相鍵控調(diào)制數(shù)字電視信號(hào)。第四步，依然需要使用放大器放大信號(hào)，最后將其上傳到天基衛(wèi)星設(shè)備上。

兩種不同的載波發(fā)生方式，在帶寬、傳輸碼率、功能單元、系統(tǒng)信息和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)等方面具有統(tǒng)一性，而兩種載波方式最大的不同就是信號(hào)轉(zhuǎn)換過程和轉(zhuǎn)換過程。兩種載波發(fā)射方式具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義，可以優(yōu)化原有的信號(hào)。節(jié)目復(fù)用器是確保兩種載波發(fā)射方式的發(fā)射質(zhì)量的關(guān)鍵，要根據(jù)節(jié)目碼流來選擇復(fù)用器的規(guī)格和使用標(biāo)準(zhǔn)。

2. 數(shù)字電視的信號(hào)傳輸技術(shù)

數(shù)字電視的信號(hào)傳輸主要依靠衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由星載轉(zhuǎn)發(fā)器、電源設(shè)備和收發(fā)天線三部分構(gòu)成的。衛(wèi)星搭載的信號(hào)傳輸系統(tǒng)的體積較小，重量較輕，具有較高的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)效率。

其中星載轉(zhuǎn)發(fā)器便是一個(gè)信號(hào)中繼站，該設(shè)備負(fù)責(zé)接收地面發(fā)射的數(shù)字電視信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行一系列的降噪、變頻和放大處理，再將信號(hào)發(fā)射到地面上的指定接收區(qū)域。所以星載轉(zhuǎn)發(fā)器是數(shù)字衛(wèi)星完成信號(hào)傳輸任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備。因此，該設(shè)備必須保證具有高靈敏性和功能性，可接收多種頻率的數(shù)字電視信號(hào)。同時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)器需要將信號(hào)中附加噪音降到最低水平，以提高數(shù)字電視信號(hào)的傳輸質(zhì)量，確保信號(hào)在傳輸過程中不會(huì)出現(xiàn)失真問題。

星載電源設(shè)備主要是太陽(yáng)能電池板，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電，為數(shù)字電視衛(wèi)星的信號(hào)傳輸工作提供動(dòng)力。衛(wèi)星工作的宇宙空間具有極為惡劣的環(huán)境，由于太陽(yáng)的照射問題，太陽(yáng)能電池板在工作時(shí)會(huì)遇到差值巨大的溫差問題，當(dāng)電池板正向太陽(yáng)時(shí)，其表面溫度極高，背向時(shí)則溫度極低。這種巨大的溫差變化會(huì)降低太陽(yáng)能電池板的使用壽命。此外，太空中的各種微顆粒的存在會(huì)對(duì)太陽(yáng)能電池板造成很大的干擾，嚴(yán)重影響著其輸出功率。一旦星載電源設(shè)備發(fā)生故障或者運(yùn)行不穩(wěn)定，必然會(huì)干擾到信號(hào)傳輸系統(tǒng)的正常工作。所以，需要進(jìn)一步提高星載電源設(shè)備的使用質(zhì)量，延長(zhǎng)電源設(shè)備的使用壽命。

星載收發(fā)天線主要負(fù)責(zé)數(shù)字電視信號(hào)的接收和發(fā)射，該設(shè)備的工作狀態(tài)直接影響到數(shù)字電視的信號(hào)接收效果。因此，要求星載收發(fā)天線在符合衛(wèi)星搭載規(guī)格的同時(shí)，必須具有良好的穩(wěn)定性，可以在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期進(jìn)行信號(hào)的收發(fā)工作。

3. 數(shù)字電視的信號(hào)接收技術(shù)

3.1 信號(hào)接收技術(shù)的室外部分

室外部分的數(shù)字電視接收技術(shù)主要是指接收天線和饋源。數(shù)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(shí)際應(yīng)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(yōu)勢(shì)，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(shù)字電視信號(hào)的接收質(zhì)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(hào)的噪音干擾和設(shè)備高溫，減少信號(hào)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(duì)要低。

饋源是接收天線的重要組成，其形狀特點(diǎn)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(diǎn)，為了保護(hù)饋源不受損害，通常會(huì)在饋源外層包裹一層塑料保護(hù)層。由于數(shù)字電視信號(hào)具有多種不同的類型，所以對(duì)于饋源的外形也會(huì)產(chǎn)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(shù)字電視信號(hào)的接收效率與饋源的擺放角度有著一定的聯(lián)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(shí)，此時(shí)天線接收數(shù)字電視信號(hào)的效率最高。

高頻頭裝置是數(shù)字電視信號(hào)接收系統(tǒng)中負(fù)責(zé)接收高頻信號(hào)和解調(diào)視頻信息的重要裝置。目前所使用的高頻頭主要有數(shù)字高頻頭和模擬高頻頭兩種。高頻頭的工作原理較為簡(jiǎn)單，具有信號(hào)調(diào)諧功能和將高頻信號(hào)進(jìn)行放大。當(dāng)接收到微弱的數(shù)字電視信號(hào)后，高頻頭便將數(shù)字視頻信號(hào)放大。在遇到因信號(hào)傳輸不穩(wěn)定而造成的視屏圖像變形時(shí)，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(wěn)定性。但是電磁波容易對(duì)高頻頭裝置造成干擾。為此，可以將高頻頭包裹在金屬層內(nèi)，從而屏蔽掉電磁干擾信號(hào)。選擇使用高頻頭裝置時(shí)，要考慮到該裝置是在室外環(huán)境進(jìn)行工作的，所以要盡量選擇振動(dòng)頻率小，噪音和工作溫度低的高頻頭。同時(shí)，高頻頭使用的頻率要與星載信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率相同。

3.2 信號(hào)接收技術(shù)的室內(nèi)部分

數(shù)字電視的室內(nèi)接收裝置主要是數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)，該裝置的主要功能便是對(duì)接收的數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)試。目前衛(wèi)星接收機(jī)主要分為以下幾大模塊。

首先是調(diào)諧器模塊。數(shù)字電視所用的調(diào)諧器一般分為3種結(jié)構(gòu)，分別是單變頻結(jié)構(gòu)，雙變頻結(jié)構(gòu)和低中頻結(jié)構(gòu)。雖然結(jié)構(gòu)存在不同，但是數(shù)字電視調(diào)諧器的功能應(yīng)用都是通過兩種功能電路來完成的。一是前端調(diào)諧電路。該部分電路主要針對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的接收、變頻、濾波和自動(dòng)增益控制等工作。而后端解調(diào)電路則主要負(fù)責(zé)信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換、解調(diào)和糾錯(cuò)解碼。

其次是信道解調(diào)解碼模塊。簡(jiǎn)單來介紹信道解調(diào)解碼就是糾正接收信號(hào)中的錯(cuò)誤代碼。信道解調(diào)解碼擁有兩大功能作用。第一點(diǎn)是可以利用載波頻率對(duì)模擬轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行校正，以保證采樣值的正確性。第二點(diǎn)便是對(duì)信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤代碼進(jìn)行糾正，以減少電路中的誤差，從而保證數(shù)字電視為用戶提供優(yōu)質(zhì)的音頻。

第三是視頻編碼和音頻數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。傳統(tǒng)的模擬電視在我國(guó)依然有著一定數(shù)量的用戶，為了使這部分用戶同樣能夠享受到數(shù)字電視服務(wù)，可以利用視頻編碼器對(duì)數(shù)字電視信號(hào)進(jìn)行編碼，并對(duì)亮度信號(hào)和色差信號(hào)進(jìn)行分析，然后輸出視頻信號(hào)。同時(shí)再利用轉(zhuǎn)換器解碼數(shù)字音頻信號(hào)，將其以模擬信號(hào)的形式發(fā)送到模擬電視，實(shí)現(xiàn)模擬電視收看數(shù)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(shí)現(xiàn)將數(shù)字電視信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電視信號(hào)，使模擬電視信號(hào)與信源編碼一一對(duì)應(yīng)。

4. 結(jié)束語

目前，我國(guó)擁有大量的數(shù)字電視用戶，每年創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。雖然我國(guó)的數(shù)字電視應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)十分成熟，在數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射和接收方面的技術(shù)水平已經(jīng)走在了世界的前端。但是，數(shù)字電視信號(hào)不穩(wěn)定的問題依然無法完全避免。此為，需要進(jìn)一步加大對(duì)數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射和接收技術(shù)的研究力度，不斷提升信號(hào)傳輸技術(shù)的可靠性，才能從根本上解決數(shù)字電視信號(hào)的傳輸問題，為廣大的數(shù)字電視用戶提供最佳的數(shù)字電視服務(wù)。這對(duì)于鞏固數(shù)字電視用戶基數(shù)，擴(kuò)大數(shù)字電視覆蓋范圍都是極為有利的。

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