卫星接收机的同步广播技术探讨

【摘 要】随着科学技术的快速发展，卫星广播技术在国内外均得到了普遍使用，由于卫星广播具有的优点较多，其可以具有较大的覆盖面积，所以卫星广播技术得到了现今社会的关注。因此本文首先提出了卫星接收机同步广播技术的相关概念，然后阐述了MPEG-2系统的基本概述，然后分析了卫星广播技术中的硬件电路，最后总结了本文的行文思路。

【关键词】卫星 接收机 同步广播 FPGA TS流

广播是一种传统的信息传播媒介，因其传播速度快捷、灵活性强的特点而在当今社会扮演着重要的角色，但是广播站点要实现同步广播技术还有一定的难度，因此本文首先讨论了卫星接收机同步广播技术的相关概念，即卫星接收机同步广播技术的研究背景和意义，国内外的研究状况和趋势，卫星广播系统的组成及特点三点，从而可以更好地研究卫星接收机同步广播技术，最终实现广播技术的同步传播。

1 卫星接收机同步广播技术的相关概念

1.1 研究背景和意义

广播是一种信息传播媒介，传播方式主要有无线方式和有线方式两种，传播的信息是声音信息，广播的出现使得人们能够更便捷的获取信息。现今的传播技术较多，而广播以接收设备小、投资少、传播速度快捷等优点而受到人们的青睐，其在当今社会有着重要的作用。同步广播技术的基础是调频广播，主要是传播地面的广播信息，同步广播技术中的同步是指在不同的发射站点采用统一的发射频率且同时发送的一种广播形式，由于每个站点在传播广播信息时与相邻的站点没有干扰，所以这种广播技术的优点是广播信息能够覆盖范围内的听众，从而这种广播技术的质量较高，能够满足较多用户的需求。随着科学技术的发展，卫星广播技术已经开始实用，卫星广播技术采用的主要技术是MPEG-2的数字压缩和传输技术，这种技术能够提供高品质的音效，且可以满足广播电视对节目质量不断增长的要求。卫星广播技术的优点较多，另外有覆盖面积大、节目容量大的特点，因此实现远距离、跨区域的传输较方便，然而卫星广播技术面对的一较大难题是在跨区域的广播站点实现广播同步，这一问题也是现今的研究热点。

1.2 国内外的研究状况和趋势

随着科学技术的快速发展，同步卫星广播所使用的技术越来越完善，世界各国都开始使用卫星同步技术，但是我国的卫星广播技术的发展较落后，所以我国的卫星广播技术的使用产品主要是依靠国外的产品。然而随着我国科学技术的进步，我国的广播电视领域已经达到了国外的先进水平，这些先进的技术可以有效的解决偏远地区接受电视广播困难的问题。随着国内外技术的不断发展，数字电视广播的发展将会呈现如下趋势，即音频和视频的效果越来越好，另外技术方面卫星广播逐渐开始使用第二代数字卫星广播系统的标准DVB-S2，编码方式也更加有效。

1.3卫星广播系统的组成及特点

卫星广播系统主要由数字卫星上行设备、同步卫星和卫星接收机三部分组成，数字卫星上行设备的主要作用是将每个节目对应的视频、音频和数据信号进行MPEG-2编码，然后将其打包为单个的节目码流等，最后将整理好的音频信号和视频信号送给电视，然后电视就可以播放相应的节目或者是通过其他途径发出去送到广播。

2 MPEG-2系统的基本概述

2.1 MPEG-2系统的介绍

一个或多个视频、音频基本流以及相关的数据按照一定的语法规则组合成一个或多个码流主要是由MPEG-2系统来完成，MPEG-2系统完成的工作有利于存储和传输。MPEG-2系统在码流时采用的结构是分层结构，而MPEG-2系统的解复过程是复用的逆过程。

2.2 TS流的组成结构

TS流的组成是每个TS包，TS包由4个字节的TS包头、可变长度的自适应字段和有效负载组成，其长度为188字节，其中4个字节的TS包头的作用是实现TS包的同步、错误指示、识别等。另外自适应阶段是在TS流打包过程中节目PES流的数据不能填满TS包的有效负载的情况下，自适应字段是被加在有效负载前面的数据包，这些适应字段的特点是包含较多的选项，因此适应字段的长度可以发生变化。

2.3 节目特定信息

节目特定信息是指服务信息数据，这一数据在MPEG标准中称为节目特定信息，即PSI，而节目特定信息是指在数字电视的码流中，引入了一些特定的TS数据包来确立各个PES数据包之间的关系，这样将能对含有不同数据来源的TS包来进行有效管理。PSI信息在MPEG-2系统中包含一系列的表格，如节目关联表（PAT）、条件接收表（CAT）、节目映射表（PMT）等，这些表格可以明确TS流中各个不同TS数据包之间的关系。

3 卫星广播技术中的硬件电路

3.1 硬件电路的系统设计

FPGA是系统的控制器，系统主要是通过FPGA来完成数字卫星信号的接受从而得到传输流信号即TS信号，其中FPGA的作用是接受TS流信号，并且对TS流信号进行解复用处理，解复用处理之后就可以将一个节目的音频PES流从TS流中提取出来，然后将其送给SDRAM缓存。其中，在实现FPGA控制和TS流解复时都使用VHDL语言，且最后需要将一些解复用得到的音频PES流的相关信息通过液晶显示出来，从而有利于观察节目。在设计系统时，通常将系统的硬件部分设计三块电路板，这三块电路板分别是前端调谐解调器部分的电路板、Altera FPGA的核心板、包含音频解码和接口电路的底板，然后将这些电路板可以在每一个模块设计一块电路板，从而方便调试尤其是一些较复杂的系统运用电路板可以降低调试的工作量。

3.2 设计电源部分

在设计电源时首先需要考虑的是电源的稳定性，因为电源的稳定性将直接影响一个系统是否能够正常运行，因此对一个系统来说电源的稳定性是非常重要的，如在高速信号系统中，需要控制电源噪声，然而如果信号上升沿时间越短、传输速度越快，在控制电源噪声时就越困难。其中影响电源系统稳定性的噪声主要有三个方面的来源，即稳定电源芯片本身不理想、稳定电源的响应速度无法及时满足负载对电流的需求、存在阻抗三个方面，由于这几个方面的原因导致对部分噪声无法控制，只能接受。其中系统硬件中的电源形式主义有三种，即SHARP模块电源、FPGA电源、音频解码器模块电源。

3.3 调谐解调器模块电路

调谐解码器模块电路主要分为三种，第一种是项目中用到的一体化调谐解调器，这类调谐解调器需要的输入频率范围为950-2150MHz，且具有内码解码器和外码解码器，收缩长度等于7，有16个奇偶校检字节，块长度为204个字节和能量扩散解扰。第二种是高频头控制电源电路，高频头的控制电源电路是专门应用于模拟和数字卫星接收机LNB下变频器，并为数字卫星接收机LNB提供驱动电压和接口信号，使用起来较方便。第三种是一体化调谐解调器模块的电路设计，这类调谐解调器共有26个管脚。

3.4 FPGA核心板部分电路

FPGA核心板部分电路主要有三种，第一种是PFGA电路，为了方便系统以后的完善和升级，且考虑到整个系统占用资源的情况，FPGA电路使用的是EP3C55F484这片资源比较丰富的芯片。第二种是SORAM电路，这种电路速度比较快即传输速度能达到100M以上但是不容易控制，并且不要不断地刷新。SORAM电路是同步动态随机存储器的意思，根据它的特点，在进行PCB布线时要使数据和地址传输线的等长，从而有利于SORAM电路能够更好地进行工作。SORAM电路通常采用PES流来缓存解复用得到的音频。第三种FPGA核心板部分电路是FLASH电路，这种电路含有非易失性存储器，因此掉电后数据不容易丢失，且可以自动将加载程序存储在FLASH电路里面，因此在上电后可以直接调用。

3.5 底板模块电路

底板模块电路主要包括音频解码器、数模转换电路即DAC电路和一些接口电路。其中音频解码器常用CS493102芯片，这种芯片被广泛应用于广播市场中，如数字电视、机顶盒等，且能支持多种解码标准，而数模转换电路是将数字音频信号转换为模拟信号，经过后端的放大处理就可以作为广播音频。

3.6 PCB板设计和调试

PCB板的设计需要关心信号完整性的问题，这可以避免在调试过程中遇到一系列问题，这将会影响产品的研发周期，严重时将导致整个系统的设计失败。其中的信号完整性是指让信号在传输线传输时尽可能的保持其应该具有的波形，遵循信号完整性原则就不会影响电路的功能，但是信号完整性是一个非常复杂的问题。除了考虑信号的完整性，还需要考虑电路板的焊接调试，电路板的焊接调试是相互独立的，且是按照模块化处理的，在确保焊接没有问题后调试调谐解调器模块，然后通过读取芯片的器件地址来完成调试工作。在调试FPGA核心板时，也要先确保焊接没问题，在调试FPGA核心板时需要通过运行一段闪灯的小程序，在调试底板模块时需要通过检测音频解码芯片的运行来完成。

4结语

总的来说，卫星广播同步技术还需要进一步的研究，在进行研究时首先需要研究卫星同步技术的相关概念，从而更好地进行研究，其次需要研究卫星广播技术中所用的系统MPEG-2系统，然后需要分析清楚同步广播技术的硬件系统，即硬件电路的系统设计、设计电源部分、调谐解调器模块电路、FPGA核心板部分电路、底板模块电路、PCB板设计和调试，从而实现广播技术的同步传播。

参考文献：

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