第二篇：有线电视网络前端原理与实践

有线电视前端技术李新华第一章有线电视前端系统第一节数字卫星电视原理卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信的一种技术（图1.1）。

自六七十年代出现以来，逐渐渗入人类政治、军事、经济、和文化等各个领域，取得了蓬勃发展。

目前，人们通过通信卫星打越洋电话，收看丰富多彩的卫星电视节目，它已成为我们日常生活中不可缺少的一个部分。

与其它通信方式相比，卫星通信具有许多优点：1．通信距离远，且费用与通信距离无关，这也是它与光纤通信相比的优势之一。

2．覆盖面积大，可进行多址通信，一颗静止卫星理论上可以覆盖整个地球面积的1/3，特别适合我国国情。

3．通信频带宽，传输容量大，工作在微波频段，带宽可达3000M以上。

4．通信线路稳定可靠，传输质量高，由于卫星通信的无线电波主要在大气层以外的宇宙空间中传播，与短波，或其它地面微波相比，不易受自然条件和干扰的影响。

图1.1 利用静止卫星建立全球通信一．卫星电视广播从广义上讲，卫星电视广播也属于卫星通信的范畴，利用卫星转发电视信号是电视广播技术上的一次飞跃。

卫星电视广播系统是由空中,地面两部分组成的一个信号转发,接收系统。

由设置在赤道上空35800KM高的地球同步卫星接收地面电视台发送的上行电视信号，然后通过下行通道转发到地球的指定区域，再由地面卫星接收系统加以接收。

它和地面微波中继通信系统或是同轴电缆系统相比具有覆盖面大,电波利用率高,信道容量大,图像质量好等优点。

我国自1985年开始利用卫星传送电视节目。

至今已形成了以卫星为主的广播电视节目传输覆盖网。

二．卫星电视广播从模拟到数字的变化目前，随着微电子学和计算机技术的飞速发展，广播电视的数字化浪潮滚滚而来，由于模拟信号在传输中的固有缺点无法解决而数字化信号具有一系列优点，最突出的是质量高，长距离传输和多次复制不损伤，因此，世界各国纷纷采用数字技术进行卫星电视广播。

1．数字信号经多次中继传输，只要接收电平高于门限电平就能满足要求，因此不会产生信号畸变和杂波的累积，从而保证信号的传输质量。

2．数字信号采用压缩编码技术，大大节缩了频谱资源。

原来一个卫星转发器只能传送一套模拟节目，对节目经过数字压缩，一个转发器可以容纳4--8套电视节目。

3．数字信号经过卫星传送时，可以节省转发器的发射功率，当在相同大小的发射功率情况下，可以减小地面接收天线的口径。

4．信号数字化以后，使原来完全不同的媒体如广播电视，通信，信息和计算机网等联成一体，便于形成统一的信息交换网。

并且还可以进行多功能开发。

三．数字卫星电视信号接收系统卫星接收系统由卫星接收天线、馈源、高频头、功分器和卫星接收机等几部分组成。

卫星接收系统框图如图1.2所示。

图1.2 卫星接收系统框图1、卫星信号接收天线通常的卫星电视广播接收中，使用的天线基本都是面天线，其中抛面天线和卡塞格伦天线的使用最为普遍。

由于目前卫星信号都采用数字方式传输，对天线要求不是太高，所以各地面接收站大多使用抛物面天线（如图1.3）。

图1.3 卫星接收抛物面天线抛物面天线的原理和聚光灯相似。

抛物面接收天线是把来自空中的卫星信号能量反射聚成一点。

是把电磁场能变为高频电能的装置，将卫星信号汇聚到高频头上，使高频头获得较高的增益信号。

(如图1.4所示)图1.4 抛物面天线接收卫星信号原理图目前，国内生产的抛物面天线有C波段和Ku波段两种，口径有1.5m、1.8m、2.1m、2.5m、3.0m、3.2m、3.5m、4.0m、4.5m、6.0m、6.3m、7.5m、9.3m等。

抛物面天线又分前馈型和后馈型几种。

前馈方式又分为正馈和偏馈，由于偏馈天线没有所谓馈源阴影的影响，在天线面积，加工精度，接收频率相同的前提下，偏馈天线的增益大于正馈天线。

偏馈天线大多是小口径用于接收Ku波段卫星信号。

2、馈源馈源是在抛物面天线的焦点处设置一个收集卫星信号的喇叭，称为馈源，又称波纹喇叭。

主要功能有俩个：一是将天线接收的电磁波信号收集起来，变换成信号电压，供给高频头。

二是对接收的电磁波进行极化。

所谓电磁波极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方向。

电磁波的传播具有两种类型、四种极化方式，即圆极化和线极化两种类型，左旋圆极化、右旋圆极化、垂直线极化和水平线极化四种方式。

天线接收线极化波是不用极化变换器的，而接收圆极化波时则需要将圆极化波转换成线极化波以适应于波导的传输。

目前我国的卫星信号多使用线极化波，接收这些信号只需转动圆矩变换波导和高频头的方向即可，无需使用极化变换器。

线极化波是指电磁波中电场矢量端点的运动轨迹为一条直线。

电磁波中电场矢量方向与卫星轨道平面垂直，即为垂直极化波；电场矢量方向与卫星轨道平面平行，即为水平极化波。

卫星电视接收天线的极化是以地面为基准来定义的。

当馈源矩形波导口窄边平行地面的是水平极化，馈源矩形波导口窄边垂直地面的是垂直极化（如图1.5所示）。

当卫星电视接收天线处于卫星辐射波束中心时，卫星电视接收天线能较好地与卫星辐射电磁波相匹配图1. 5 卫星电视接收天线的极化在卫星覆盖中心之外，由于地面天线所在位置与卫星波束中心的经度差加大以及地球曲率的影响，接收站馈源波导口相对地面需要有一个倾斜角（称为极化角），才能与卫星极化相匹配。

如果卫星电磁波极化与地面接受天线极化不匹配，则会产生极化损耗，因此在安装时需要仔细调整极化角。

3、高频头高频头（LNB亦称降频器）是将馈源送来的卫星信号进行降频和信号放大然后传送至卫星接收机。

高频头按接收频率分为C头(3.7GHz-4.2GHz)和Ku头(10.7GHz-12.75GHz)，参数是本震，高频头上的变频器是由接收机用同轴线供电，而高频头也经这条同轴线把信号送到接收机。

一般常用的高频头按极化分为单极化和双极化，单极化导波管内只有一条探针，只能收一种极化的节目，双极化的LNB在180度上加有一条极化针，使一个高频头能同时接收垂直和水平两种极化波，所以双极化头比单极化头成本高，高频头的作用有两个：①低噪声放大。

②下变频。

由于卫星到地面接收地点的距离在40000公里左右，因此卫星天线接收的信号是十分微弱的，同时为了保证接收的质量，高频头内部设有低噪声放大器，它产生的噪声非常小，而高频头有相当高的增益。

高频头输出给接收机的信号的频率范围是970—1470 MHz。

卫星接收机为高频头提供18V或13V直流电压。

LNB的工作流程就是先将卫星高频讯号放大后再利用本地振荡电路将高频讯号转换至中频950MHz-2050MHz，以利于同轴电缆的传输及卫星接收机的解调和工作。

在高频头部位上都会有频率范围标识。

质量低劣的高频头本振频率会产生漂移的现象。

高频头的噪声度数越低越好。

目前市面上的卫星数字接收机的工作频率多为950-2150MHz，因此高频头接收的卫星信号经转换后的频率必须是在这个范围内。

那么高频头是如何转换的呢？很简单，就是一个减法运算，不过KU波段与C波段算法有所不同。

对于KU波段是用下行频率减去本振频率，两者之差就是转换后的频率，必须落在接收机的工作频率范围之内。

例如，用PBI-1040高频头接收76.5度星的12730 MHz一组信号，其本振频率为11310 MHz，输出频率为12730-11310=1430 MHz，落在了接收机工作频率950-2150 MHz的区间内，可以接受到节目。

但用来接收113度星就不行了。

113度星主要一组节目的下行频率是11132 MHz，那么11132-11310=-168 MHz，超出了接收机的工作范围。

通常接收113度星采用双本振高频头，因为其低本振9750 MHz可以满足要求，而9750 MHz单本振高频头市面上很少见。

反过来，用双本振高频头收76.5的12730一组就会出现问题，其高本振一般为10600，12730-10600= 2130 MHz，有些机器收不到。

C波段与KU波段的算法正好相反，是用高频头本振减去下行频率。

高频头按极化方式分为单极化和双极化两种，按输出分单输出和双输出两种，按工作频率分C波段和Ku波段，近两年为了适应多个家庭使用同一个卫星天线，市场又推出双本振单输出高频头，其实就是2个高频头的集成在一起。

C波段高频头本振：5150（单本振），5150/5750（双本振）Ku 波段高频头本振：9750、10000、10600、10678（日本百合花卫星接收专用）、10750、11250、11310（以上均为单本振）；9750/10600、9750/10750（双本振）。

4、功分器功分器是根据国家GB/T19654-1997附录H标准，为卫星接收系统设计，可将900－2400MHz的卫星信号2、4、6、8路均衡输出。

插入损耗小，隔离度高，安装使用方便，能很好地满足卫星信号分配要求。

功分器的作用就是将卫星天线的高频头（LNB）送来的950-2150MHZ 信号，功率均匀地分给多路输出，这样一来，可使多个卫星接收机共用一套天线和高频头，其作用和分配器一样，只不过频率范围不同。

功分器分为有源和无源功分器。

有源功分器是通过接收机提供的13或18V直流电对信号进行放大，将分配损失的信号进行补偿，因此有源功分器也叫做0dB功分器。

早期功分器只有1路输出可以为提供高频头供电（如图1.6所示），这种功分器缺点就是如果供电接收机故障会造成高频头断电，导致整个信号中断，目前市场的高频头都是多路供电。

图1. 6 单路供电功分器功分器性能特点：A：内部板材采用高频FR-4基板，衰减小，频带宽，平坦度好。

B：高隔离度、低插入损耗、高回波损耗。

C：所有输出口具有独立Power pass功能。

D：外壳锌合金一体化，表面镀镍处理，盖板使用冲床压紧，防水漆密封，防水性能良好。

E：高屏蔽度，防止信号泄漏及外来信号干扰，高稳定性。

技术指标：A：频率范围：900--2400MHzB：输入/输出：1入/2出、4出、6出、8出（单路或多路供电）C：隔离度：≥20dBD：接入损耗：≤4.0B(2功分)、≤8dB(4功分)、≤12dB(6功分)、≤16dB(8功分)E：回波损耗: ≥17dB(输入口和输出口)F：平坦度：≤±0.5dB(整个频带)由于功分器频带的影响，普通功分器不能当做分配器或混合器使用，但是有一种特制功分器，它的频率为5-2400 MHz，可以做分配器或混合器使用。

这里要强调的是使用双本振高频头时一定要使用5-2400 MHz功分器。

5、卫星接收机卫星接收机也称IRD（integrated receive decode）综合接收解码器，是数字卫星信号接收中的关键设备。

它的功能是：完成频道选择，QPSK解调，FEC 解码，MPEG-2解复用，信源解码和D/A变换，最后输出模拟复合视频信号及伴音（如图所示），如果有条件接收则IRD还应完成解密和解扰功能如图1.7所示。