广播传输数字微波与卫星数字通信技术
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【摘要】随着通信技术的不断发展，广播电视节目传播所应用的通信技术变得更为先进，对保证广播电视节目质量发挥着重要作用。本文从数字微波通信技术、卫星数字通信技术两个方面进行深入地分析和讨论，可供相关人员参考。
【关键词】微波通信；数字通信；信号传输
引言：
当前，我国广播电视信号传输还以卫星通信、地面微波和光纤电缆为主，光纤电缆传输可以达到较高的频率、较高的频带，不会在信号传输时产生更大的损耗，具有很强的抗干扰性能，已经得到了快速的发展。数字微波通信技术主要用于中短距离信号接入，配套通信设备被用于其它系统的支撑与接入，卫星通信实质上也是微波信号传输技术，将信号中继设置在地球同步卫星，可以将广播电视信号传送到世界每个角落。本文主要对数字微波通信、卫星数字通信两方面进行深入的分析与探讨。
一、数字微波通信技术
1.1功能与特征
微波信号是运行频率介于300-300103MHz区间的无线电波，由于具有频率高、波长短的特点，可以达到很高的带宽，比低频电波通信有点更多的优势，可以实现较大的信息容量，卫星数字通信等多运行于微波区间。数字微波通信技术具有建网工期短、组网灵活方便、成本低、通信可靠等优势，是现代广播电视信号传播重要的手段。我国国土面积辽阔、地形条件复杂，在气候条件良好、广电数据业务量大的平原区域，多采用光纤电缆通信方式，以数字微波作为备用措施，如果气候和地形条件不好的区域，可以采用数字微波通信。
1.2通信原理
微波信号在空间传输与光波特性比较类以，以直线方式向前运行，如果碰到阻挡物就会发生发射或阻断，所以，该种通信方式为视距通信，视距通信受到地面因素影响比较大，电波在自由空间传输的损耗计算公式为，式中d是信号源至宿间距离，单位为m，f是电波发射频率，单位为Hz，C为光速，LS是空间损耗，单位为dB，如果距离单位为km，运行频率单位为GHz，可以将公式简化为LS=92.4+20logd+20logf，所以，传输损耗是由宿间距离与发射频率来决定。自由空间下的接收电平计算公式为Pro=Pt+(Gt+Gr)-(Lt+Lr)-LS，Pt是发信机输出机功率，Gt、Gr、Lt、Lr是分收发馈线损耗，LS为自由空间损耗。微波在空间传播还会受到地球曲面及空间传输产生衰减，如果想要达到远距离通信的要求，需要通过中继方式来实现，也就是使信号频率进行调整和放大，避免传输到对象的信号变弱而无法识别，这就是地面数字微波进行中续传输模式。微波信号的终端站点为通信线路两个端部，中继站为数字微波传输线路设置最多的站点，需要每间隔50公里左右就设置一个中继站点，为完成有效的信号传输，站点数量需要多大数十个。中继站点可以获取数字信号，通过滤波和放大再发送给后面的中继站，可以更好地保证数字信号的传输质量，该种微波传输方式也可以被称作接力传输模式。为实现长距离数字微波广播电视信号传输，可以通过多达数十次的中继，这样就可以将信号传送到几千公里，还可以实现较高质量的传输。广播电视信号数字微波多采用8GHz来实现信号传输，通过微波中继来保证信号传输，可以避免受到自然灾害影响，是地面有线广播电视信号传输的更有效保障手段。
1.3数字微波通信技术在广播电视信号传输中的运用
数字微波通信技术为地面条件下，进行广播电视信号传输应用最为广泛的技术手段，是通过微波信道来完成数字信号的传输，这就要求基带信号采用数字信号，建立起完善的数字微波通信系统。在进行微波数字信号传输过程中，有用数字技术对信号进行处理，可以保证很高的传输制裁量，还可以抵抗外界信号干扰，达到较长的信号传输距离。广播电视台大多采用多路数字传输终端，该终端设备有发送和接收端接口，可以为微波机与光端机进行很好的技术对接，发送端可以把传输来的模拟信号通过模数转换转变为数字信号，也可以把数字节目源样点信号等转变了串行通信的数字序列，通过对信号进行纠错编码，将各自的信号输送给微波调制机等进行信号传送，再经过微波调制机进行功率放大，然后利用天线将信号发送出去。接收端将获取到的码流完成信道解码，解析出来的信号再进行交织、纠错来形成样点信号、独立数据信号，再经过每路接口电路恢复成模拟信号或数字信号。广播电视信号，通过播控系统主控机房对数字信号进行矩阵切换，再将不同的电台节目信号发送到微波信号输入端，再采用数字微波终端对信号进行传送。信号传输线路两端都有用数字微波传输处理设备，一端安装于广播电视台，另一端安装到信号接收方。例如，四川宜宾数字微波通信系统设计，采用二级微波干线，信号传输速率为34Mb/s，为一用一备的传输线路，为解决基带信号超长距离传输问题，对备用微波通信线路进行了模拟，测试传输特性和误码性能，根据测试结果对选择通信路径，确定频率配置和极化，并对通信性能进行评估，再对微波干扰源进行分析，制定对抗干扰办法，最后对通信设备进行调试，达到理想的通信效果。
二、卫星数字通信技术
2.1功能与特征
卫星数字通信技术是由航天技术不断发展而来的，是将电子技术与航天技术进行结合的产物，具有空间通信诸多特点，不会受到地面条件的影响。将地球卫星作为是数字通信的中继站点，地面站点作为信号接受终端，地面站点可以通过地球通信卫星实现长距离、大容量的通信，通信卫星位于距离地球赤道3.6万里上空，运行速度与地球自转速度保持同步，为静止通信卫星，地面站点与卫星通讯就变得更为容易。随着数字通信技术的不断发展，卫星数字传输技术优势变得更为明显，可以实现在更为广泛的覆盖面，投资建设成本更低，可以达到更高的传输质量，比模拟信号卫星更节省频率资源，运行成本与维护费用更低，数字信号更容易处理，可以与计算机技术进行结合，便于地面站点的后续接收与调制。
2.2通信原理
卫星广播电视传输系统为地面卫星接收站、上行信号发射站、测控站点和星载转发器构成，广播电视通信卫星上安装C波段、Ku波段信号转发系统，通过上行站点将广播电视台传输过来的数字信号、模拟信号等进行处理、调制，调整上行信号频率，通过大功率放大利用定向天线对通信卫生发射C波段、Ku波段信号，也可以获取到通信卫星下行微波信号，可以对通信卫星转播节目质量星检验。星载转发器可以获取到地面站点发送的上行微波信号，再对信号进行放大、改变运行频率、再放大，再将信号发送到地面信号通信服务区域，所以，星载转发器也就是在地球空间中作为中继站，更好地降低附加噪声及失真，更好地保证广播电视传播质量。广播电视台节目信号利用通信卫星将其传送到世界各地，上行站点系统是保证传输质量的关键部分，对信号上行站点有着更高的安全要求，需要每台设备都具有较高的稳定性、可靠性。当上行站点设备存在运行故障，则会引起广播电视信号中断传送，容易引起不良的社会影响。地面上行站点频率采用S、C、Ku和Ka波段，通信卫星下行频率比上行增加L波段，上行发射站点可以对通信卫生发送一路或多路信号，转发器设置有C、Ku波段信号发转系统，可以获取到地面上行发射站点节目信号，对通信卫星地面接收站点发送下行信号。上行站点通信设备中有调制解调器、高功率放大器、监控系统、天线分系统、上下行变频器等构成。天线分系统为地面上行站点重要通信设备，会地上行信号质量造成很大的影响，天线可以把上行站点发送功率转变为电磁波，并对通信卫星定点发射信号，把地球空间通信卫生发射出的微弱信号进行转换处理，再将同频信号发送给接收机。高功率放大装置可以把地面上行站点发射信号进行最后放大，低噪接收设备对上行站信号进行首级放大，上下变频器可以将信号在射频和中频相互间实现频谱搬移，调制解调器可把广播电视台机房信号进行调制处理，并向地球空间传输微波信号，可以进一步提升微号信号传输信噪比和抗电磁干扰能力。地面上行站点还需要配置监控设备，可以对站点内的通信设备进行监控，可以实时了解通信设备运行状态。星载转发器为通信卫星关键构成部分，可以使通信卫星发挥出到信号中继作用，转发性能会对卫星通信质量产生很大的影响。需要转发器具备很小的附加噪声和失真，这样才能更好地对接收到的地面上行站点信号行放大和转发。转发器运行噪声为热噪声、非线性噪声，热噪声为转发器内部运行噪声、信号天线外部噪声，非性能噪声为电路或电子元件非线性特点引起的。处理转发器获取到地面站点的信号，再进行前置放大、变频，对中频数字信号进行解调处理、纠错编码处理。再通过信号发射单元进行数字调制、变频和放大，再将其发回到地面站点，应用处理转发器可以去除掉噪声积累，在保证信号通信质量的前提下，降低转发器发射功率。上、下行通信线路还可以选择不同的信号调制模式，可以达到理想的传输效果，并对基带信号信号进行多种处理，可以在通信卫星上完成数字交换，卫生通信原理框见图1所示。2.3卫星数字通信在广播传输中的运用广播电视通信卫星必须要与地球赤道保持相对静止，具有精准位置和姿态，这样就不再别外设置跟踪卫生及具有定功能的接收天线。广播卫星还应该具有足够大的辐射功率，这样就可以使地面微波信号接收设备得到简化，还要求卫星有着较长的使用寿命，较高的稳定性、可靠性，这样可以有效降低节目信号停播率，也可以防止更换通信卫星所带来的资金浪费。一颗广播电视通信卫星信号可以将地面30%覆盖，如果地球赤道空间间隔120°放置三颗通信卫星，就可以将广播电视信号传送给全世界绝大部分区域，建立起全球性的广播电视通讯网。将广播电视节目通过数字矩阵切换送送到卫星地面站，备路信号被输送给微波端机，通过微波通信技术传送给赤道上的卫星。卫星转播车、现场直播车可以将实时发生新闻事件进行直播，通过高质量的无线数字传输来解决应急制作和节目传播的需要，该技术节目采集、制作、传输集于一体，可以作为独立的体系来实现节目直播、传送，是一种功能强大的移动微波通信技术。
三、结束语
综上所述，随着科学技术的不断发展，数字通信技术将得到更好地发展，应用范围也会更为广阔，多种通信技术间可以进行优势互补。但随着广播电视业务发展，不同语种的节目也会增多，这就给数字通信技术提出了更高的要求，将来的数字传输技术会有着更高的集成度，节目信号传输会更为安全。
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作者：舒杰 单位：国家广播电视总局五五三台
