射频全电视信号.doc

1、二、射频全电视信号 1地面广播电视系统射频电视信号的形成 （1）图像信号的调制 调幅原理 见第 2 章 已调高频图像信号 用全电视信号对载波进行调幅，调幅后的高频信号称为已调 高频图像信号。其波形及频谱如图 3-2 所示。图（a）为负极性10 调幅，图（b）为正极性调幅，图（c）为全电视频信号及高频载 波的频谱，图（d）为已调波的频谱。 图 3-2 已调高频图像信号波形及频谱 我国采用负极性调幅。负极性调制有三个主要优点： 其一，负极性调幅波的同步脉冲对应于图像发射机的输出功 率最大值，在一般情况下，一幅图像中亮的部分总比暗的部分面 积大，因而负极性调制时，调幅信号的平均功率要比峰值功率小 很

2、多，显然工作效率高； 其二，在传输过程中，当有脉冲干扰叠加在调幅信号上时， 对正极性调制来说，干扰脉冲为高电平（白电平虽高也为高电 平） ，经解调后在荧屏上呈现为亮点，较易被人眼察觉。而负极 性调制，干扰脉冲虽也为高电平（白电平为低电平） ，经解调后 在荧屏上呈现暗点，人眼对暗点不敏感，并且也易通过自动干扰 抑制电路减小其影响；11 其三，负极性调制便于将同步脉冲顶用作基准电平进行信号 的自动增益控制。 全电视信号不同于单一频率的调制信号，其信号频率带宽为 0-6MHZ。根据（ 3-3）式可知，全电视信号调幅波的频谱分布是 在载频 fs 的两边各有一个边带：上边带（ fs + f1max）和下

3、边 带（fs f1max） ，总的带宽是最高调制频率 fmax 的两倍，即 6 MHZ。参见图 3-1（c ） 、 （d） 。 （2）伴音信号的调制 广播电视中伴音的频率范围为 30HZ 到期 15KHZ。伴音信号采 用调频方式传送。 载波被伴音信号调频以后称为已调高频伴音信 号。 调频原理 所谓调频，就是用需要传送的伴音信号去调制高频载波的频 率，使高频载波频率随伴音信号的瞬时值而变化。 设低频调制信号为 U= Ucost 载波信号为 Uc=Uccosct 则可以写出调频波的数学表达式 U= Uscosct +（ f k U/）sint = Uscos ct f m sin t (3-1)

4、式中： f m 为调频波的调频指数，也即最大相移 u k m f f12 （3-2） f k 为比例常数，表示单位调制信号所引起的频率偏移。 调频波的最大频率偏移为 m= f k U （3-3） f m =m / 由（3-2） 、 （3-3）式可见，调频波的频率变化= f k Um 与 调制信号频率无关； 而调频波的调频指数与调制信号频率 成反 比。 单一频率调制时调频波波形与频谱如图 3-3 所示。当调制信 号瞬时值大时， 载波频率瞬时频率变高， 当调制信号瞬时值小时， 载波频率瞬时频率变低。 图 3-3 调频波波形与频谱 与已调幅波一样，调频波的频谱是也将包含有新的频率成分， 其有效边频对

5、数与边频幅度变化规律都取决于调频指数 f m 。当13 f m 较大时，调频波中包含的频谱比调幅波复杂得多，有 fc、fc F、fc2 F、 fc3 F、，理论上有无穷多对边频，而且边 频的振幅可能高于载波振幅，见图 3-1（c） 。 单一频率调制调频波的频谱宽度： 若将振幅小于载频振幅 10% 的边频忽略，则调频波所含频谱宽度可近似表示为 B=2( Fm+F) (3-4) 式中，fm=m/2， fm 为最大频偏 已调高频伴音信号的频谱 已知音频信号最高频率为 fmax=15 KHZ，我国规定已调频波最 大频偏为 50 KHZ，则由（3-）式，已调伴音信号的带宽为 B=2（fm+F） =2（5

6、0+15）=130 KHZ 其频谱图如图 3-4 所示。 图 3-4 已调高频伴音信号的频谱 图中 fc 为伴音载频，fc 两边各留有 0.25MHZ 的带宽容纳边 频。由此可知，调频波所携带的边频很丰富，因此伴音的音质、14 音域都比调幅波好。调频波另一优点，是抗干扰性好，因为干扰 一般首先引起调频波的幅度产生变化，对这种寄生调幅，可用限 幅器加以消除。 但是， 由于音频信号从 15HZ-15KHZ， 频率变化 1000 倍， 因此， 当频偏一定时，音频低端与高端的调频指数变化非常大，高频端 时，调频指数 f m 将减小，这会使抗干扰性能变差。此外，频偏 f 与调制信号的振幅成正比，通常声音

7、中高音频分量的振幅比 低音频分量小，更会使抗干扰性能变差。解决的办法是在发送端 采用预加重措施，压低低音频分量的振幅（相当于提高了高音频 分量的相对幅度） ，以均衡提高抗干扰的性能。在接收端则需将 解调后得到的音频信号中的高频分量加以衰减， 即采取去加重措 施，以恢复原伴音中高、低频分量振幅的比例。 （3） 射频图像信号的残留边带方式及全射频电视信号的频谱 射频图像信号的残留边带方式 如前所述，图像信号经过调幅以后，在载频两边出现了两个 对称的边带，其频谱由图像的内容而定。因图像信号的最高频率 是 6MHZ，因而调幅后的频带宽度是 12MHZ。这一方面很不经济， 使允许的波段内容能容纳的频道数

8、减少一半，另一方面，信号频 带过宽，将对信道系统的某些性能提出更高的要求，增加了设备 的复杂性。 我们从已调幅波的频谱中可以发现，已调幅信号由两个对称 的上、下边带组成，且上、下两个边带结构相同，都是传送同一15 种信息。如果，在发射的时候设法抑制其中一个边带，只发送一 个边带，那仍然可以完成传送信息的任务，而它的频带宽度却可 以压缩一半。 要实现单边带传输，就需设法抑制掉其中一个边带。但在图 像信号中含有很低的频率成分，使上、下边带靠得很近，不可能 有这样一个理想滤波电路， 所以要完全滤去某一个边带是很不容 易的，因此，在电视系统中，采用残留边带方式传输。 残留边带调制的射频图像信号如图 3

9、-5。实现的方法是先产 生双边带的调幅信号，然后通过带通滤波器保留高频载频 fs 和 全部上边带，而滤去下边带的大部分，只残留（fs 1.25）以上 的频率分量，其中（fs0.75 ）全部残留、 （fs 1.25）至（ fs 0.75）频率分量过渡残留。 图 3-5 残留边带调制频谱图 残留边带方式的主要优点是压缩了图像信号调幅波频带；滤 波性能比单边带易于实现； 可以采用简单的峰值包络检波器实现 解调。但残留边带调制是一种不均衡调制，对于图 3-5 中的 fs 0.75 频率分量，具有双边带特性，因而经峰值包络检波器解16 调后，输出信号中这些频率分量的振幅较大。对于图像信号中的 fs +0

10、.75MHZ6MHZ 的频率分量实现单边带调制，则经过同一检 波器解调后，这些频率分量的振幅只是上述的一半。而图像信号 中 0.75MHZ-1.25MHZ 的频率分量处于过渡状态。这样，低频分量 振幅大虽使图像对比度提高了， 但高频分量的相对削弱会使图像 的清晰度下降，因此要恢复原来信号频谱，就要求电视机的中频 放大电路具有特殊的幅频特性。 全射频电视信号频谱 综合已调高频图像信号和已调高频伴音信号， 就形成在高频 通道中传输的全射频电视信号，两者在频谱上相互错开以免干 扰。我国电视标准规定伴音载频 fc 比图像载频 fs 高 6.5MHZ， 各频道间隔为 8MHZ。 则残留边带制全射频电视信

11、号频谱如图 3-6 所示。 图 3-6 全射频电视信号频谱 （4）无线电波段的划分与图像载频的选择17 无线电波段的划分 图像信号和伴音信号分别对图像载频和伴音载频进行调幅 和调频调制后形成了残留边带制全射频电视信号， 再由发射天线 以无线电电磁波的形式向空间发射出去， 而电视机的天线将空间 中传播的无线电电磁波接收下来， 再经过一系列的处理后还原出 图像信号和伴音信号。 电磁波在真空中的传播速度等于光速，约为 310 8 m/s，电 磁波的波长和频率的关系可用下式计算： =c/f 式中， 为波长；f 为频率； c 为光速。 无线电电磁波波段的划分如表 3-1 所示。 表 3-1 无线电电磁波

12、波段的分 段 波段名称 波长范围 电磁波名称 频率范围 极长波 110 5 m 极低频（ ELF） 3KHZ 超长波 110 5 10 4 m 甚低频（ VLF3） 330 KHZ 长波 110 4 10 3 m 低频（ LF） 30300KHZ 中波 110 3 10 2 m 中频（ MF） 3003000KHZ 短波 10010 m 高频（HF） 330MHZ 米波 101 m 甚高频（VHF） 30300MHZ 超短 波 分米 110 -1 m 特高频（VHF） 3003000MHZ18 厘米 波 101cm 超高频（ SHF） 330 GHZ 微波 毫米 波 101mm 极高频（SHF

13、） 30300GHZ 图像载频的选择及电视频道的划分 无线电广播大多是用中波和短波这两个波段进行调幅广播 的，其载频信号约在 500 KHZ27 MHZ 之内。由于电视广播一个 频道就占 8 MHZ， 因此， 如果载频选择较低， 比如载频选在 20 MHZ， 则相对带宽f/fp（=8/20=40%）很大，这给发射机、发射天线 及馈线系统，以及接收端的电视机和信号传输带来很多困难；同 时，由于频道带宽为 8 MHZ，在短波段以下是容纳不下几个频道 的，因此，电视广播的载频必需选在甚高频以上。但载频选择过 高，也给电视系统设备制造带来困难。 目前我国广播电视主要使用米波波段（甚高频 VHF）和分米

14、 波波段（特高频 UHF） ，并正在开发厘米波波段（超高频 SHF）的 卫星广播波段。 （5）超短波传播的特点 无线电电磁波根据波长特点有三种传播方式。 中波和长波主 要以地面波方式传播；短波的波长较短，沿地面传播时损耗大， 则利用大气电离层的反向作用传播，即主要靠天波传播；超短波 对大气电离层穿透力强，且绕射能力差，由于波长过短，更容易19 被地面、山丘、建筑物等吸收，所以只能以空间波方式传播。 超短波的传播距离与天线高度有直接关系，通常只有几十 km 至 100km 的范围，即在发射天线的视线范围之内。 2卫星广播电视射频电视信号的形成 (1) 频段划分。 卫星广播电视系统都使用微波频段。

15、这是出于以下考虑： 微波频段带宽很宽， 具有丰富的频率资源， 可容纳更多 的频道， 且允许每个频道占用较宽的带宽； 微波频段频率高， 波长短可使星上和地面的天线尺寸大 大减小，增益提高，方向性增强， 从而减小卫星的体积和重量， 降低对发射功率的要求， 且可防止对邻近区域约干扰； 微波频段不易受大气扰动噪声的影响； 微波能穿过电离层； 无线电业务已占用较低频率， 而微波频段相对比较“空 闲” 。 根据国际电信联盟 ITU 的有关规定， 卫星广播下行频段有 六个， 如表 3-2 所示。目前使用较多的为 C 波段(2.5G)和 Ku 波 段(12G)，由于波段资源有限， 卫星广播下行电波均采用不同的

16、 极化方式，达到频率复用的目的 表 3-2 卫星广播下行频段 频段名/GH2 频率范围/GHZ 带宽/MHZ 说明 0.7(L) 0.620.79 170 只供调频电视20 广播用 2.5(S) 2.52.69 190 只供集体接收 用 12(C) 11.712.75 1050 按 3 个区分配 23 22.523.0 500 仅 2、3 区使用 42 40.542.5 2000 全世界分配 85 84.086.0 2000 全世界分配 （2）调制方式。 在 BSTV 系统中，从星上设备的体积、重量及发射功率来考 虑， 功率和能量的利用率是主要矛盾， 因此， 不能采用调幅方式。 根据香农定理可

17、知，信噪比与带宽可以互换，因此，在 BSTV 系 统中，为得到一定的信噪比，在不增加信号发射功率的条件下， 只有牺牲带宽，也就是要采用宽带调制。一般采用调频方式，即 图像信号对主载波调频。但在调频之前，复合基带信号（包括图 像信号和伴音信号）的构成方式可以不同。常用的有以下各种调 制方式。 FM-FM 方式。这是最常用、也是最简单的一种方式。它是 先把伴音信号对伴音副载波调频形成伴音调频信号；然后，再与 图像信号相混合构成复合基带信号；最后，再用此复合基带信号 对主载波调频，形成射频全电视信号。显然，这种复合基带信号 与地面广播电视系统相同，从而可使地面接收设备大为简化。但21 是，这种方式的

18、伴音音质较差。 PCM-FDM-FM 方式。这种方式是先对伴音信号进行采样、 量化和编码（PCM） ，把模拟伴音变成数字伴音；然后，把数字 伴音信号对副载波调频或调相，实现频分复用（FDM） ；最后， 把已调数字伴音和基带图像信号相加，形成复合基带信号。把得 到的复合基带信号对主载波调频，形成射频全电视信号。数字伴 音对副载波的调制，在日本常用四相差分相位调制（4DPSK）方 式，这样，总的调制方式称为 PCM-DPSK-FM 方式。这种方式 的伴音质量较 FM-FM 方式稍好一些，但复杂度增加，因此，只 能是一种过渡形式。 MAC 方式。MAC （Multiplexed Analog Com

19、ponent）方式即 复用模拟分量方式。 其基本思想是对亮度信号及两个色差信号采 用时分复用（TDM）的传送方式，从而从根本上克服了目前频 分复用（FDM）方式所存在的亮、色串扰问题。MAC 制是发展 高质量卫星广播电视必然要采用的制式， 有希望成为一种新的标 准电视制式。但是，目前 MAC 方式太存在一系列有待统一和进 一步改进的问题。 此外， 还有一种与高清晰度电视 （HDTV） 相兼容的 MAC 制， 称为增强型 MAC 或 E-MAC（Enhance MAC） 。这种制式是把电 视机的屏幕加宽（宽高比变为 5：3） ，从而可使观众增加临场感 和逼真感。 （3）卫星电视信号的能量扩散。在卫星广播电视系统中，往22 往人为地在视频信号叠加一个与帧频（或半帧频）同步的 12 30Hz 的三角波，使得不论有无调制信号，主载波都受此三角波 调制，因此能量扩散，功率谱降低，可减弱对其他通信 系统的 干扰。 这时，在接收端要采取相应的措施（一般用反相抵消法或视 频钳位法）去除能量扩散信号，从而避免对图像信号产生闪烁干扰。