高清节目卫星传输系统参数调整的可行性研究.pdf

2023 年 6 月高清节目卫星传输系统参数调整的可行性研究谢兵旺（北京冠华信达科技股份有限公司，北京 100000）【摘要】为解决数字电视广播运营成本增加尧数字电视广播传输安全风险等问题袁以某上星卫视的现有高清节目卫星传输系统为例袁对高清节目卫星传输系统参数的优化进行研究遥 研究显示袁调整高清节目卫星传输系统的内码编码率袁理论上可行但实际上会超过Eb/N0门限值袁需要做进一步的调整优化遥 通过模拟仿真袁进一步发现内码编码率调整为 3/4 时的系统更加稳定袁抗干扰能力更强袁可行性更高袁值得采用遥【关键词】上星卫视曰高清节目曰卫星传输曰系统参数【中图分类号】TN943.3【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）06-0184-030 引言卫星通信在全球电信系统中发挥着至关重要的作用。在过去 50 年中，卫星通信已在众多领域中得到广泛应用，包括无线电广播、天气预报、海上通信和辅助导航等1。时至今日，卫星通信已经越来越深入地参与到人们的日常生活中。然而，对稳定的多媒体服务需求日益增长是现代市场的关键特征。在广播电视领域，高清、稳定的传输是上星卫视用户的普遍要求。同时，作为上星卫视本身，在运营过程中节约卫星转发器资源，提高高清节目卫星传输系统的使用效率，减轻卫星地球站安全播出压力，增强安全播出保障能力，是行业人员必须关注的重要内容。因此，当前的研究重点是开发能够在高频谱范围内运行的传输系统。在此背景下，通过调整高清节目卫星传输系统参数，以提供更为有效的传输连接，或支持低功耗设备。本文分析了高清节目卫星传输系统参数调整的必要性，进而论述高清节目卫星传输系统参数调整的可行性方案，以期为行业人员提供一定理论参考。1 高清节目卫星传输系统参数调整的必要性从功能的角度来看，无线覆盖技术将成为最常用的数字视频广播技术，可以在地面提供更大的传送容量，具有较高的稳定性，主要用于高清电视广播2。此外，在无线覆盖标准中，已经开发了一个新的配置文件，允许在低容量应用（如移动或便携式电视广播）简单地实现电视信号接收。该配置文件同样基于无线覆盖技术，但仅使用有限数量的可用模式。更准确地说，该配置文件避免使用需要内存的复杂模式，并允许使用更高效的接收器设计3。然而，在上星卫视共享卫星高清公共频谱的毫微微小区网络中，可能会发生跨层干扰，即子帧时隙变化。因此，部分上星卫视在符号率和内码编码率不变的前提下，将高清节目卫星传输系统的滚降系数由 25%改变为 20%。根据式（1）：Rs=Bn/（1+琢）。（1）Bn转发器占用中心频率带宽，取 36 MHz；琢滚降系数，取 0.2。通过计算可以得出符号率Rs=30 Msym/s。根据式（2）：Ru=2Rs伊188204伊FEC。（2）式中：FEC内码编码率，取 3/4。通过计算可以得出总码率 Ru=41.4 Mbit/s，没有达到高清节目卫星传输系统 46 Mbit/s 的总码率要求，并且符号率的改变将会造成前端所有接收设备下行参数发生变化，衰落信道模型的结果更差，这主要是由其特征（更高的路径延迟和时变条件）引起的。此时，子帧在临界频率重叠时会迅速损坏。因此，该方案不可行4。除此之外，另有上星卫视保持高清节目卫星传输系统中 28.8 Msym/s 的符号率和 25%的滚降系数不变，改变内码编码率。此时，内码编码率有 5/6 和7/8 两种选择。将两种内码编码率分别代入式（2）中，可以得出总码率 Ru分别为 44.236 Mbit/s 和46.447 Mbit/s，理论上能够满足高清节目卫星传输系统要求。然而，根据式（3）式（5）：专题综述1842023 年 6 月Gr=101g仔D姿2浊；（3）C/T=Gr/T+EIRP-Ld-驻Ld；（4）Eb/N0=C/T-Ru-k。（5）式中：D天线口径，取 3.2 m；姿C 波段工作波长，取 0.075 m；浊天线效率，取 0.55；T系统噪声温度，取 105 K；EIRP卫星转发器的等效全向辐射功率，取 41 dBW；Ld下行链路自由空间损耗，取 196 dB；驻Ld下行链路附加损耗，取 1 dB；k为玻尔兹曼常数，取-228.6 dB。不同内码编码率下，计算后的实际Eb/N0结果与译码后准确无误码的Eb/N0门限值的比较如表 1 所示。由表 1 可知，即使考虑到其他损耗的影响，在内码编码率为 5/6 和 7/8 时，高清节目卫星传输系统计算后的实际Eb/N0也大幅超过了译码后达到准确无误码所需的Eb/N0门限值。因此，该方案也不可行5。在这种情况下，探究更加可行的高清节目卫星传输系统参数调整方案十分有必要。2 高清节目卫星传输系统参数调整的可行性方案2.1 高清节目卫星传输系统参数调整方案基于卫星传输的无线覆盖是一种被广泛接受和有效证明的数字电视广播技术，使数字电视广播在高清节目传输方面向前迈进了一大步。在此背景下，为了向广大消费者提供更好的数字电视广播服务，也为了降低数字电视广播运营成本，保障数字电视广播的传输安全，有必要调整现有的高清节目卫星传输系统参数，以期达到双系统甚至多系统复用上行播出的目的。因此，有两种参数调整方案可供选择，分别是调整高清节目卫星传输系统的符号率和内码编码率。其中，调整高清节目卫星传输系统的符号率已被证明不可行，而调整高清节目卫星传输系统的内码编码率，理论上可行，但实际上会超过Eb/N0的门限值，需要做进一步的调整优化。在目前的学术研究中，有部分专家和学者的研究成果，为高清节目卫星传输系统的参数调整提供了有价值的见解。然而，他们只是初步确定了高清节目卫星传输系统参数调整的方向，并提供了解决方案和缓解技术。此外，大部分的研究仅总结了针对物理层数据的方案，强调了影响 SATCOM 链路发挥作用的特定应用领域的威胁，但缺少将这些领域与高清节目卫星传输系统上行传输总码率联系起来的研究。因此，本文将重点关注高清节目卫星传输系统参数调整的可行性，并通过仿真测试实验进行方案论证。通常情况下，高清节目卫星传输系统与接收机、发射机和目标的相对位置直接相关。无论使用何种信号源，设计时都应考虑这一点。由于数字视频广播传输基于正交频分复用信号，在 3.2 m 天线接收模式中，8 192 个载波在频率上等距分布，每个载有数据样本（6 817 个数据载波）或导频（分散、连续和传输参数信令）值，由伪随机二进制序列值定义。其中，分散导频因符号率而异，而连续导频在传输期间是恒定的，如当前符号率中的保护间隔长度和散布导频6。在此理论基础上，结合前文所述内容，在保持其他参数不变的前提下，仅调整高清节目卫星传输系统的内码编码率。在这方面，综合前文公式与数据可以得出，有两个EIRP的调整方案，分别为 16.6 dBW（内码编码率为3/4）和 15.9 dBW（内码编码率为 7/8）时，可在具有频率选择性的衰落信道中或在可能与其他类型服务共存的情况下提高性能，有可能消除信号的模糊性。因此，从Eb/N0门限值抵抗力的角度来看，有可能满足高清节目卫星传输系统参数调整所需。2.2 高清节目卫星传输系统参数调整仿真为了测试所述高清节目卫星传输系统参数调整方案的可行性，本文设计了一种高清节目卫星传输系 统 参 数 调 整 仿 真 测 试 实 验，并 在 MATLABSimulink 中进行仿真。具体流程如图 1 所示。由图 1 可知，设计的高清节目卫星传输系统参数调整仿真测试实验，分为 4 个流程环节：首先，实验使用码流切换开关，构建了两套复用调制系统。在仿真中，为了评估信号，H.264 和 AVS+的编码信号被送入复用调制系统 1 中，内码编码率为 3/4；H.264、AVS+和纪实高清的信号被送入复用调制系统 2 中，内码编码率为 7/8。其次，只修改参考通道，让目标信号原封不动地进入调制器。再次，利用中频倒换开关译码后达到准确无误码所需Eb/N0/dB4.55.05.56.06.4内码编码率 计算后的实际Eb/N0/dB1/214.62/315.23/416.65/614.47/815.9表 1 计算后的实际Eb/N0结果与译码后准确无误码的Eb/N0门限值的比较专题综述1852023 年 6 月图 1 高清节目卫星传输系统参数调整模拟测试实验流程和上变频器，模拟高清节目卫星传输系统的上行链路，主要是考虑到信号的噪声性质。最后，使用测试转发器，将信号送入接收机（1/2/3）和频谱仪中。其中，接收机（1/2/3）采取 ASI 输出，频谱仪采取 SDI 输出，通过码流分析仪和监视器观察接收效果。本次实验所有测量均在双通道环境的理想信道条件下完成。这意味着实验情景下的载噪比（C/N）高于 40 dB。从结果中可以清楚地看出，所探索的高清节目卫星传输系统参数调整方案对系统调制的可用性有很大影响。从这个角度来看，经过调整后的高清节目卫星传输系统对噪声的抵抗力要强得多。具体的实验结果如表 2 和表 3 所示。由表 2 和表 3 可知，通过改变内码编码率的方式，下行信号接收端不需要对卫星接收机的参数进行设置，仅需重新搜索节目或者重启一次接收机即可恢复正常播出状态。在应对干扰信号时，要达到准确无误码的要求，内码编码率为 7/8 时相较于内码编码率为 3/4 时的Eb/N0门限值有所降低，但基本上不会影响高清节目卫星传输系统的正常接收。因此，将内码编码率调整为 3/4 和 7/8。虽然都能实现高清节目卫星传输系统的复行，但是Eb/N0越小，误码率就越大，这是因为采用了高阶调制方式。在这种情况下，内码编码率调整为 3/4 时的系统更加稳定，抗干扰能力更强。此外，由于将内码编码率调整为 3/4 使得导频提升，增强电平传输连续导频使系统的抗干扰能力，这使得方案更容易实现。3 结语本文对高清节目卫星传输系统参数调整方案的可行性进行深入分析，通过改变内码编码率的方式，对高清节目卫星传输系统频率重叠水平的依赖性更弱。从高清节目卫星传输系统参数调整方案仿真的结果可以看出，内码编码率为 3/4 的情况下，对于给定的调制格式，会增加子帧时隙之间的距离，从而更容易解码。从这些结果可以看出，高清节目卫星传输系统的性能提升在很大程度上取决于内码编码率的参数设置，内码编码率为 3/4 时，调整方案更容易实现且效果更好。参考文献1 郭小红，徐小辉，王超，等.卫星参数趋势预测 EMA 熵组合算法J.飞行器测控学报，2013（2）：118-122.2 侯翔昊，袁建平.多通道鲁棒故障卫星参数估计算法J.西北工业大学学报，2018，36（5）：911-918.3 安琦.山西财经服务频道标清转高清卫星传输技术方案研究J.广播电视网络，2021，28（增刊 1）：71-73.4 薛跃明，黄喆，张鸣之，等.一种用于卫星传输的高清非对称传输系统设计J.数字技术与应用，2016（7）：20-21，23.5 潘孝宝.浅析高清卫星车节目传输系统介绍J.传播力研究，2019（21）：284.6 谢小军，杨国俊，林杰华.基于海事卫星传输复合高清图解视频的设计与实现J.信息通信，2017（2）：95-97.作者简介院谢兵旺（1980），男，汉族，湖北武汉人，本科，研究方向为广电领域系统研发。接收机H.264AVS+纪实高清1 号机自适应锁定有闪断有闪断有闪断2 号机自适应锁定有闪断有闪断有闪断3 号机自适应锁定有闪断有闪断有闪断接收机状态监视器画面表 2 接收机自适应测试结果内码编码率为 3/4Eb/N0能否正常解码能否正常解码15.8 dB能能6.2 dB能偶尔马赛克35 dB 偶尔马赛克无法读出数据15.8 dB能能7.4 dB能偶尔马赛克35 dB 偶尔马赛克无法读出数据Eb/N015.1 dB5.4 dB无法读出数据15.1 dB5.9 dB无法读出数据内码编码率为 7/8信号发生器输出电平1 085 Hz无输出-49 dBm-48 dBm1 131 Hz无输出-18 dBm-17 dBm表 3 干扰测试结果对比专题综述186