卫星地球站数字调制器的原理与应用

李 炜

（国家新闻出版广电总局北京地球站，北京 102206）

1 引言

卫星地球站是卫星通信的重要组成部分，卫星地球站调制器的作用是将节目源前端信源编码器输出的信号进行调制、加扰等数字处理，最终形成中频或射频载波信号，通过变频放大后发送至卫星，以便用户接收。调制器是地球站上行系统的重要环节，它的性能将直接影响到卫星传输业务的正常运行。调制器是卫星地球站节传系统信号传输关键设备之一，在很大程度上决定着传输信道的质量。在卫星地球站，调制器将前级设备传输的ASI信号或IP信号变换为卫星通信体制的信号形式，通常所说的中频信号，从某种意义上说，中频信号的好坏直接决定了整个上行链路传输信号的质量。本文以NEWTEC公司的M6100调制器为例，介绍了调制器的工作原理，并对其应用优势进行了分析。

2 数字调制器的工作原理

图1 QPSK调制方式A

为使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字信号对载波进行调制。在卫星数字广播电视传输中，通常采用QPSK调制方式，它具有较高的频谱利用率和较强的抗干扰性能。输入的串行二进制ASI码流首先要进行能量扩散，然后经过外编码、卷积交织、内编码后再进行QPSK调制。QPSK信号可用正交调制的方法产生，按双比特码元与载波相位对应关系可分为两种方式，如图1、图2所示。

图2 QPSK调制方式B

QPSK正交调制器由两个BPSK调制器构成，串行二进制码流经串/并转换后分成两路速率减半的I，Q信道序列，经基带成形滤波后形成I（t），Q（t）信号，然后进行BPSK调制，相加后得到QPSK信号。已调信号经过适当信号放大即成为可传输的中频信号。

3 M6100型调制器综述

M6100广播卫星调制器是新一代DVB-S2，DVB-DSNG，DVB-S调制器，专门针对广播直接到户、前端初次分配、广播电视内容提供等业务。M6100可与机顶盒、专业卫星接收解码器（IRD）或专业卫星解调器一起使用。

连通时间和可靠性是这款调制器设计思路的重点，这两项指标对于卫星网络也至关重要。输入源冗余度、最短调制器冗余切换时间、可在1+1和N+1拓扑结构中操作，这些特色都确立了新的行业标准。内置MPEG传输流分析仪、GbE输入支持SMPTE 2022 FEC（用于分布式IP头端设备）、对传输流NIT表中插入载波ID的天然支持等先进功能进一步提高了系统的连通时间和服务质量，可大幅降低运行成本。采用Equalink预失真技术，实现了全自动化操作，可应用于各种卫星传输，Equalink预失真技术可带来高达10%的带宽增益。该调制器还支持Clean Channel专利技术，这种技术是DVB-S2的扩展，可使卫星效率提高15%，允许更小的载波间距。调制器输出端信号位于IF或扩展L波段（950MHz～2150MHz），可实现小型、高成本效益解决方案。室外上变频器的一个可切换10MHz参考信号被复用到L波段接口。通过综合性前面板菜单、先进的网络图形用户界面和SNMP协议可轻松监视和控制这款调制器。因此，这款调制器可轻松插入所有行业标准的EMS/NMS系统。

4 M6100型调制器技术特点

4.1 可扩展性能强

M6100调制器采用了最新一代的灵活编程技术，是一种面向未来的积木式设备，为卫星网络功能的不断发展奠定了基础。可扩展、按需购买、许可和软件升级机制有利于不断推出新服务，有利于在最后一分钟对网络设计做更改，不必重新构建整个网络基础设施。只需在现场简单安装许可证密钥，就可实现从ASI至GbE、从IF到L波段的转换。可以预见，在不远的未来，一旦标准化工作得到落实，调制器可实现DVB-S2扩展、RF载波ID及其他附加功能。

4.2 使用插入标准载波ID功能

卫星运营商、卫星地球站受到的射频载波干扰较大，为对抗射频干扰，提高接收质量，M6100上使用了插入标准载波ID功能。

4.3 CCT技术提高卫星效率

CCT技术的滚降系数最低可到5%，减小了载波的空间占用，采用CCT技术可以将卫星效率提高15%。

4.4 内置传输流分析仪

调制器内置MPEG传送流分析仪基于TR101-290标准，选取监控第一级和第二级的重要参数，能够连续监视和检测比特率、抖动、常规和虚假包的标识符，在故障排除过程中不使用会改变网络行为的探头检测方式。采用传输流分析仪后，可以避免因配置不当或设备故障出现的视频色彩失真乃至视频丢失。

第一级共四种错误：同步丢失错误、同步字节错误、PAT错误、连续计数错误。

（1）传送码流同步丢失：连续检测到连续5个正常同步视为同步，连续检测到2个以上不正确同步则为同步丢失错误。传输流失去同步，标志着传输过程中会有一部分数据丢失，直接影响解码后的画面的质量。

1) 对相邻回波互相关函数进行FFT变换得到式(7)，最大值谱线处对应的速度值为vm，假设左右次谱线处对应的速度值分别为v1，v2，则真实速度v∈(v1,v2)；

（2）同步字节错误：同步字节值不是0X47。同步字节错误和同步丢失错误的区别在于同步字节错误传输数据仍是188或204包长，但同步字头的0X47被其他数字代替。这表明传输的部分数据有错误，严重时会导致解码器解不出信号。

（3）PAT错误：标识节目相关表PAT的PID为0x0000，PAT错误包括标识PAT的PID没有至少0.5s出现一次，或者PID为0x0000的包中无内容，或者PID为0x0000的包的包头中的加密控制段不为0。PAT丢失或被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PAT超时，解码器工作时间延。

（4）连续计数错误：TS包头中的连续计数器是为了随着每个具有相同PID的TS包的增加而增加，为解码器确定正确的解码顺序。TS包头连续计数不正确，表明当前传输流有丢包、包重叠、包顺序错现象，会导致解码器不能正确解码。

第二级共三种错误：传输错误、PCR间隔错误、PCR抖动错误。

（1）传输错误：TS包头中的传送包错误指示为“1”，表示在相关的传送包中至少有1个不可纠正的错误位，只有在错误被纠正之后，该位才能被重新置0。而一旦有传送包错，就不再从错包中得出其他错误指示。

（2）PCR间隔错误：PCR用于恢复接收端解码本地的27MHz系统时钟，如果在没有特别指明的情况下，PCR不连续发送时间一次超过100ms或PCR整个发送间隔超过40ms，则导致接收端时钟抖动或者漂移，影响画面显示时间。

（3）PCR抖动错误：PCR的精度必须高于500ns或PCR抖动量不得大于±500ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。

通过IP网络访问M6100 TS Analyser界面即可实时监视TS的情况。

4.5 采用Equalink®预失真技术

Equalin k®预失真技术使带宽效率提高达10%。此项技术反映在转发器上可额外增加一个高清（HD）频道或两个标清（SD）频道，同时能够保持与DVB-S或DVB-S2接收机、IRD或DTH机顶盒之间的互操作性。Equalink®带来更多的视频频道，更多的载波，扩大地理覆盖范围。

4.6 采用冗余开关

M6100调制器可以在1+1和N+1网络布局下运行，提供IP和传输流（TS）输入源冗余，开关倒换时间低于1秒。转换方便，只要使用许可密钥就可以从ASI过渡到IP，从IF支持L波段。

5 M6100型调制器日常维护及注意事项

⊙ 调制器及其切换开关维护量小，日常巡视调制器及其切换开关前面板工作指示灯是否正常，检查输入输出线缆接头连接紧固情况，检查风扇运转情况。

⊙ 保持调制器及其切换开关的工作环境温度和湿度相对稳定。

⊙ 确保调制器及其切换开关的输入电压稳定。

⊙ 定期对调制器参数进行核查，记录，建议每半年对调制器输出频率稳定度和输出电平进行测量。

⊙ 定期对调制器切换开关进行手动、自动切换功能测试，建议每月进行一次。

⊙ 每半年对调制器及其切换开关进行常规除尘，并进行重启，防止长时间运行出现死机现象。

做到上述几点后，维护中还要注意：保持机房环境温度适中（25℃±2℃），保持机房清洁，定时巡机，注意温度和各项技术指标，密切注意细小的变化，及时查明原因。