發布時間:2023-09-26 08:28:04
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們為您準備了不同風格的5篇艦船電子技術,期待它們能激發您的靈感。
1 船舶電子電氣技術實踐教學的重要性
船舶電子電氣技術專業,要求學生掌握的技能涵蓋電子、電氣、計算機、控制等相關知識,滿足國際海事組織 STCW國際公約中規定的“電氣、電子和控制工程”、“維護和修理”和“無線電通訊”三項高級海員職能要求,能夠勝任現代船舶各項自動裝置的維護和修理任務的船舶高級電子電氣工程技術人才,從而體現了實踐動手能力培養的重要性。
在加強船電專業學生電的知識和能力的培養方面,普遍認為電類教學的加強只在理論教學上進行改革就可以,忽視實踐教學上的改革。實際上通過實訓操作和綜合訓練,使學生掌握生產實踐的基本知識,加深鞏固理論知識,提高動手操作能力和分析問題、解決問題的能力;也為學生拓寬專業知識面、增強相關專業課的學習興趣、培養創新意識和工程實踐能力等方面起到積極的作用。實踐教學的合理安排可以明顯提升學生的知識運用效果,提升學生動手動腦能力培養效益,對學生技能水平的提升具有至關重要的作用。
2 船舶電子電氣技術實踐實訓體系存在的問題
船舶電子電氣技術實踐實訓體系設計較為合理,能滿足基本的實踐教學要求,但是仍然存在一些問題需要梳理解決。
2.1 教學內容設置不合理
雖然對人才培養進行了多次的設計調整,但是并沒有對教材項目實施梳理,沒有突出實踐教學的重點,導致學生囫圇吞棗、主次不分,也在一定程度上制?s了實訓效率。
2.2 教學方法選取不合理
實訓體系在構建的過程中教師常通過多媒體教學完成各項內容設計,教學過程師生互動較少,學生學習積極性受到限制。在多體教學的過程中學生只能夠通過視頻、圖片等對實訓內容進行了解,理解難度加大。這種方式限制了學生的對實訓知識的理解,影響了學生動手實踐效益。
2.3 教學設施構建不合理
當前船舶電子電氣技術實訓體系教學設備涉及面較窄,功能塊不全,缺乏系統的教學設備。實訓過程中試驗臺、儀表等設備在基本功能上,各項設備體系內容無法達到學生教學需求,學生在設備中無法及時了解對應控制操作,各項控制的有效性無法全面提升,教學效益受到嚴重限制。除此之外,部分設備沒有人員進行定期維修,在使用過程中非常容易出現故障,造成教學效益受到影響。
3 實訓體系優化措施
加強船電專業學生電的知識和能力的培養船舶電子電氣知識涵蓋廣、操作水平要高,并且要求能夠及時處理各種問題。無論是在船上還是在船舶電子電氣設備設計、生產、檢驗、維修等環節,從發電配電到用電所有的電氣設備一應俱全,不僅對其進行維護與管理,還要能夠及時處理故障和與外界進行溝通。因此,船舶電氣課程的理論教學和實踐教學都應該采取相應的辦法和措施。
3.1 改變傳統的實踐教學理念,優化教學方法
提高學生培養質量需要課堂教學質量的保證,而要保證課堂教學質量,課前的教學設計必須做好,這是教師上好一次課的關鍵所在。教師的教學理念直接影響了教學的方法和教學效果,好的教學方法是建立在良好的教育理念之上的。教師不僅要加強自身師德的約束,還要與時俱進學習先進的教學理念和教學方法,并將付諸實際。根據實踐教學和學生認知發展的特點,以及教學內容和學生認知的??奎c,創設真實的情境和活動,實現高職生有意義的學習。一些學校運用藍墨云班課、雨課堂等輔助教學,調動了學生學習積極性,提高了教學效果。對于實踐教學信息化教學的方法固然重要,最重要的還是實驗實訓指導教師的指導,只有教師的實踐操作水平和理論水平達到理實一體的高度才能教會學生理實一體的實踐。
3.2 豐富教學內容,拓展實訓知識面,加強學生電氣設備和通信導航設備的理論知識和實際操作技能
利用實船模型結合虛擬仿真、結合實船經驗進行理實一體的教學方法提高教學效果,加強學生理論知識的掌握程度,達到船舶電子電氣所必須的理論知識的要求。在進行模塊化實驗實訓的時候,充分利用現有的實訓船、輪機自動化機艙、航海模擬器、實訓工作臺等等對于船電專業課的實踐教學,除驗證性的實驗外,增加由學生自己動手進行測量和維護的具有實踐性的操作。力爭在有限的時間里熟悉船舶電氣設備,能把船舶電氣設備用起來、管起來,并且能處理一些簡單的故障。
在電工電子實訓課程開展時,不僅可以在電工實訓平臺開展,也可以在輪機虛擬仿真實訓室加強教育,彌補學生對大型船舶電氣電子拆裝的局限認識,豐富教學內容,提高學生學習積極性和教學效果。
在船舶電站實訓室能夠完成的實驗,在輪機自動化機艙和航海、輪機虛擬仿真實訓中心也可以加強認識,和虛擬操作,以減少操作失誤帶來的實驗設備損壞現象的發生。
在船舶通訊與導航課程設置上,目前實踐操作匱乏,學生不能理解各種儀器的操作,可以開放航海模擬實訓中心,在指導教師的指導下可以由學生進行駕駛和通訊導航操作。
在實驗室上彈性化管理。部分實驗室開放化,增加課后的實驗室開放時間,在有實驗管理人員或指導教師指導的情況下,允許學生動手操作,從而使學生動手能力得到提升的同時,自主學習能力也得到提升。
3.3 合理構建實訓教學平臺,及時更新實訓教學設備、并定期維護
對不能滿足教學要求的設備進行統計和處理。如果現有的設備中有能夠彌補這部分教學要求的可以直接使用,不能滿足教學要求就需要及時的更換設備,以滿足教學要求。在實驗設備的放置上,要按照實驗課程設置擺放,杜絕出現東一件西一件的情況,以保證實驗教學的連貫性。
有些船舶電子電氣設備需要維護和保養,如果長時間不使用,或者環境過于潮濕就可能出現故障。所以在實驗設備的維護和保養上要責任到人,并且嚴格按照制度開展維護保養、維修等工作。
電子信息技術是現代化電子網絡,網絡傳輸以及硬件設備設計的主要核心技術。其中網絡信號以及信號與系統技術成為了目前許多網絡通信以及信息通信的主要核心技術。那么,在進行遠程網絡信息系統的搭建的過程中,就必然需要對電子信息技術進行應用,從而完成對網絡傳輸系統的模塊搭建。隨著市場的需求,與技術的發展,電子信息技術逐步代替了傳統的模擬傳輸方式,其中以數字化傳輸模式為代表的技術越來越的應用到網絡信息傳輸模塊中,從而讓信息傳輸更加準確,高效。因此,本文將重點探究電子信息技術中數字技術的應用,并在遠程傳輸網絡模塊搭建的應用中給予分析。
1電子信息技術分析與應用
電子信息技術中在網絡信息傳輸中主要以數字電子信息技術和模擬電子信息技術為主,兩者具備不同的技術特點,在不同的領域中有著不同的應用。隨著技術的發展,人們的需求越來越高,也讓人們對于數字電子信息技術越來越青睞。因此,在網絡遠程信息傳輸的設計中,開始逐步應用數字電子信息技術,以此來完善通信系統設備以及技術理念,從而保證高效準確的傳輸手段,并最大限度的提高了用戶的體驗度??傊诩夹g方面,數字電子信息技術已經越來越適應市場需求了。
2基于電子信息技術的遠程傳輸網絡系統搭建
遠程傳輸網絡中,需要具備完善的信息通信設備以及通信技術作為支撐。通信技術目前已經比較完善,尤其是基于電子信息技術的網絡傳輸模塊,基本已經確立了兩種主要的傳輸模式。通常以模擬信息傳輸和數字信息傳輸兩種模式最為主要的傳輸方式。但是,在原有的應用過程中,發現模擬信息傳輸方式,雖然價格相對合適,而且傳輸的方式也比較簡單。但是使用的效果卻不是特別的好,一般會出現傳輸的質量不高,信息容易收到噪聲干擾,從而影響信息接收端的準確性。因此,為了能夠更好的實現網絡遠程信息傳輸,開始逐步使用數字傳輸技術,從而在信息傳輸的效率以及安全性等方面,都有了一定的發展。那么,在遠程傳輸網絡的系統搭建過程中,如何使用數字電子信息技術進行應用呢?
首先,采用數字電子信息技術的強大的信息加密功能;利用通信原理中的抽樣定理可以知道,數字電子信息技術可以對信息進行加密處理,這樣就可以在一定程度上防止在信道傳輸的過程中,信號被盜取的現象。那么,在整個遠程網絡傳輸的系統搭建的過程中,需要采取兩個密碼加密和解密的設備,從而保證信息的加密和解密的過程。其中,在信息源發射以后,就進入信號加密系統,通過加密處理,信號就只有密碼破譯在可以被訪問,沒有密碼就無法訪問信號,這就實現了信息傳輸的私密性和安全性。然后,在信息的接收端,設置解密系統。根據解密原理,將解密的信息發送給信息接收端,從而實現完整的信息傳輸過程。
其次,信息傳輸過程中,需要進行放大增益的信息處理方式;數字電子信息技術傳輸的過程中,依然會遇到信號衰減的問題。當信號出現衰減的時候,就需要在傳輸的信道中設置增益設備,從而將信號進行放大,并繼續進行傳輸。根據數字電子信息技術原理,放大增益設備與之對應也需要進行負增益處理。就是當信號傳輸到信息接收端的過程中,需要將信號進行還原,也就是信號的解譯過程。數字電子信息技術進行信號的增益具有增益的方法簡單,增益效果明顯,并且不會造成信號的失真,不會影響信息接收端的信息接收準確程度。這也是數字電子信息技術的優勢之一。因此,在遠程網絡信息傳輸的模塊系統設計中,采用數字電子信息技術的優勢就得以體現了。
最后,數字電子信息技術利用抽樣定理,實現高質量的信息傳輸模式,從而提高用戶的使用體驗。由于數字電子信息技術具備信息傳遞質量更高,更快的特點,因此在用戶信息的接收端,也會獲得非常良好的用戶體驗。例如,目前市場上的電視信號都已經采用了數字信號,而對應的設備也稱之為數字電視,利用的就是數字電子信息技術的數字信號傳輸。此外,由于數字電子信息技術具備數字性的特點,還可以實現時移電視的效果,即使用者可以利用遙控設備進行電視時間的調整,從而滿足了不同用戶的需求。
3結語
1、打開手機;
2、用手機連接電腦
3、打開錘子手機上的HandShaker;
4、確認手機和電腦對接完成;
5、點擊手機上的“連接”選項;
6、手機會收到“信任操作”彈框;
7、點擊“信任”;
數字化技術促進衛星電視大發展,同時,也為衛星地球站節目傳送工作提出新的挑戰。如何監控節目的有效傳送、保障節目傳送安全?是從業人員一直在摸索與實踐的主要內容。
筆者試圖分析衛星數字系統及數字化節目本身所具有的特性,結合實踐經驗,探索基于傳輸流以及頻譜分析的監控技術新思路。
衛星數字電視傳輸系統模型
目前,國內衛星數字電視系統采用DVB-S標準,其信源編碼采用MPEG-II標準。如圖1,典型衛星地球站,主要包含節目壓縮編碼、節目復用和QPSK衛星調制等地面設備,以及為保障節目安全傳送所必需的監控和備份冗余設備。
1、上行設備
數字化的衛星電視上行系統與傳統模擬系統沒有差異,因為衛星頻率資源的分配是確定的,不管基帶是何種信號,都得依賴電磁波的空間傳送來建立地空通道聯系。
上變頻器(Up convertor),用于將已調制的中頻信號轉換成上行通道射頻信號。固定衛星電視上行中頻頻率通常是70MHz,下行衛星中頻為L波段。衛星轉發器上下行頻率必需嚴格符合空間頻率劃分規定的,C波段在 6GHz/4GHz,ku 波段在14GHz/12GHz,省級地球站大都租用C波段衛星轉發器。
高功放(High power amplifier),對小功率射頻信號進行有源功率放大。使進入發射天線的信號有足夠的功率,滿足空間傳送的需要。依據功率放大器件,常分為速調管功放、行波管功放和固態功放。這三種類型在功率增益、通道帶寬、線性特性與使用壽命上各有優缺點。為有效抵抗非法信號的干擾,國內大都選用功率增益高的速調管功放。
2、信道編碼設備
信道編碼與調制一般集成于QPSK衛星調制器(QPSK modulator)中,是傳輸流與傳送信號間的適配器,對傳輸流進行信道抗干擾編碼處理,然后將數字基帶信號調制成余弦波信號。
同步衛星離地面36000km。信號長距離的空間往返,自然衰落大,容易受自然界與其它通信鏈路的干擾。DVB規范對衛星數字電視系統的信道編碼及調制方式有明確的規定,信道采用里得-所羅門(Reed-Solomon)碼、幀交織和卷積編碼等多級編碼,提高檢錯糾錯能力。調制采用正交四相相移鍵控(QPSK),信號拾取能力較強。
3、信源編碼設備
節目壓縮編碼器(Encoder),對數字節目進行壓縮編碼處理,形成一定碼率的壓縮數字流,供存儲或傳輸。
模擬信號需要通過采樣、量化并且編碼為格式化的數字信號,常見的編碼器中都有這一功能模塊。
衛星數字節目信源編碼采樣MPEG-2標準,壓縮后的數字節目是以規范格式的節目流或傳輸流方式存在,許多節目可以互相嵌接在一個節目流中。因此,不管是單一節目還是多達幾十套的節目形成―個數據流都必需受到系統層規范約束,完成這―功能的設備是節目復用器,有的直接含在編碼器中。
傳輸監控方式改進思路的提出
1、數字化衛星地球站應關注的重點
復用器輸出的信號是自帶節目解碼參數的數據流,根據保存或傳送等不同的應用環境,被定義為節目流(Program streams,簡稱PS)或傳輸流(Transport streams,簡稱TS),圖2為我們表明了電視信號經過壓縮及打包處理形成傳輸流的過程。傳輸流應用在衛星電視傳送中,包含了衛星地球站需要傳送的所有節目內容。
我們知道,數字節目移相鍵控調制與模擬節目頻移調制兩者在頻譜上的表現完全不一樣,正是因為傳輸流數字化的信號可以被偽隨機處理,經QPSK調制形成的頻譜圖看起來也是非常有規律性,能量被均勻地分配到帶內各頻點見圖3。
數字節目的接收解碼具有“閥值效應”的特點。接收信號信噪比下降到一個閥值以下時,接收解碼設備是完全無法解出信號的,這時所有信號與噪聲無異,與模擬衛星信號的漸變過程有很大的區別。高于閥值時,節目質量并不是隨著信號信噪比的增大而提高,節目質量取決于傳輸流信號本身。
2、監控方式與環節應有所改進
在衛星數字電視廣泛應用之前,不管是無線還是有線,電視傳輸部門(如微波站、地球站),接入的信號大都是模擬視頻信號及伴音。久而久之,習慣上都以模擬電視信號作為傳送質量監控的出發點和目的。依賴人眼看、入耳聽以及模擬視音頻測試來判斷節目質量。
雖然節目數字化已廣泛應用,但這種傳統的監控方式仍然延續至今,大多數的地球站、有線站采用大量的人力來完成傳輸質量監控,在系統鏈路上,每一環節都以看到電視畫面來判斷傳輸質量好壞。我認為,這種僅依賴于最終節目的監控方式,實際上遺漏了信號傳送過程許多中間細節,忽視了接收信號劣變過程中傳輸流、頻譜等信號變化規律,是需要進一步改進的。實際信號質量在傳輸流階段就已確定,卻在信號監視上增加了解碼環節,使判斷增加不確定因素。
再復雜的傳輸流,在實際信號表現上,與普通計算機數據流一樣,是以010101類型組成的數字碼元串。這種信號便于計算機保存、比較和分析。
所以,以正確傳送節目為主要任務的衛星地球站,可以抓住衛星數字電視系統內在規律,忽略掉原有監控方式的前后一些環節,建立智能化的的運行監控體系見圖4。
傳輸流含義與內在參數分析
傳輸流是由MPEG-2系統部分規定的,按固定長度(188字節)打包的數據流信號。在―個傳輸流中,可能包含多達幾十套電視的節目數據。清楚了傳輸流是如何管理各種數據信息、如何組織不同節目數據,將讓我們有信心采用以傳輸流為基礎的監測管理系統。
1、傳輸流結構
如果形象地將一路傳輸流想象成一列發往目的地的火車,我想并不過分。所有的內容都被分配在以188字節長度的一段段數據包中(見圖5),數據包由報頭和載荷兩部分組成。
載荷是傳輸流要傳遞的有用內容,以連續字節組成,可以是:節目基本流數據(PES),節目特定信息(PSI),以及其他的填充數據或空包。
報頭則類似于車廂管理員及搭載貨物清單和目的地址,將數據包有效地組織起來,是傳輸流有效的前提基礎,主要有以下幾部分組成:
(1)固定值為0×47的包同步字節,是傳輸包正確傳送的同步信息;
(2)傳送錯誤標志,表示所傳送的包數據是否有誤碼,常用于判斷誤碼率;
(3)包標識碼(PID),表示載荷數據的類型或節目歸宿;
(4)適配場,是報頭中靈活而且對傳輸流分析又非常有用的數據段。適配場進一步確定了載荷信息,如節目時鐘參考(PCR)、傳輸私有數據以及時間標志等信息。
2、打包基本流(PES)
打包基本流是將基本流(ES)分隔打包形成的數據流。PES進一步分隔打包,成為TS的載荷部分。這樣,在結構形式上逐層重組,使壓縮形成的視頻、音頻等節目基本流能夠被靈活地傳遞或保存。如圖6,不同形式信號的對應關系,為我們將傳輸流作為分析判斷基礎提供了合理的依據。
3、節目特定信息(PSI)
節目特定信息規定了解碼器能成功解復用,重新組成一路或多路節目基本流,或對節目解擾等應用所需的信息。PSI是TS所傳遞的重要內容,是進行傳輸流測量和分析的依據。
節目特定信息用于解碼,在傳送時是不可以加密的。如表1,實際傳輸流分析時,可以觀測到PAT、PMT、NIT等傳輸流關鍵信息,了解系統前后端這些數據的一致性,用以快速判斷傳輸流的傳送質量。
衛星數字電視下行信號特點探討
1、衛星數字信號衰落及受干擾因素分析
衛星通道優勢在于通路建立靈活、覆蓋范圍廣。但是,這種特點也決定了信號衰落大,并且容易受到干擾。從數字衛星電視系統整個環節來考慮,可以將引起信號衰減和鏈路干擾的主要情況總結如下:
(1)基帶信號碼間干擾:在處理、發送或接收基帶時,碼間互相干擾造成了數字信號無法正常重現,它依賴于設備性能,難以克服。
(2)帶寬限制:調制、通道帶寬的限制,都會將部分能量慮除,使信號衰落。
(3)相位噪聲及交調干擾:由于本振相位噪聲以及各種設備工作于非線性區域的實際存在,造成了難于克服的系統自身無用信號的產生。在實際系統組建及運行中,只能選擇性能好的設備(包括發送與接收)、調整好各設備的信號工作點參數。
但是,為了防范非法信號的干擾,在實際傳送時,衛星公司一般將轉發器工作點設置在臨近飽和點甚至直接工作于飽和區,使轉發器的信號交調干擾非常嚴重,影響傳送通路質量。
(4)天線因素:天線效率、旁瓣特性、饋源膜遮擋、端口間干擾,都影響發送或接收信號。
衛星漂動,天線指向及極化偏差也會引起信號衰減或引進干擾信號,是日常運行所需要注意的地方。
(5)大氣因素:大氣對空間信號的反射、吸收以及大氣熱噪聲的存在一直是衛星通道鏈路中不確定因素。雨衰就是最經常碰到的一個現象,需要在系統運行適當微調發射功率克服。
(6)空間、饋線損耗:星地間距離遠,C波段上行和下行損耗都近200dB,是該類系統所需要克服的主要信號衰落因素。
(7)宇宙、天體和地面噪聲因素:天體噪聲如直接進入發送或接收天線,對通道的影響是巨大的。如日凌現象就比較典型。地面自然或人工的電磁活動也是常見的噪聲來源。
(8)同通道干擾:有客觀形成的,也有人為造成的。
客觀方面主要有臨近衛星的信號進入帶內、相鄰信道的信號進入帶內、交叉極化的信號進入帶內,地面雷達或通信信號進入帶內。
人為干擾主要可能是其它地球站無意間進入通道造成。近幾年來,“”利用衛星通道這種特點,惡意地發射信號,影響衛星電視的正常傳送,是系統監控與運行管理需要防范的―個重點。
2、Eb/No與誤碼率(BER)是反映通道質量的特征參數
比特能量與噪聲功率譜密度的比值(Eb/No)用來分析數字鏈路性能,實際上是信噪比(S/N)在數字通信中的更容易理解的―種表示。因為數字信號可量化性,Eb可以看成信號功率(S)×比特持續時間(Tb),而No可以看成噪聲功率(N)÷帶寬(W)。如果信號比特率為R,則可推導出它們之間關系:
比特誤碼率(BER)是表示數字信號質量的基本參數。在線方式下,一般是根據RS解碼特性,在無法正確糾錯時,傳輸包報頭第9位錯誤標志被置o,經統計獲得接收傳輸流BER。該值應接近于當時通道條件下理論比特錯誤概率(PB)。如圖7反映了PB與Eb/No對應關系??梢钥闯?,對于給定錯誤概率需求,Eb/No要求越小,則信號接收能力越強。從另一角度來看,到達接收端Eb/No值越大,則信號BER越小,接收性能越接近于無誤碼要求。衛星數字電視通道采用RS和維特比級聯編碼,編碼增益可達到3-6dB。根據DVB-S規定,對于3/4維特比編碼信道,要求RS譯碼后達到準無誤碼、或維特比譯碼后BER=2x?0-4所需的Eb/No≥5.5dB,這是用于判斷系統性能的一個重要參考門限值。
實際衛星通信系統中,不管是何種原因造成的信號衰落,實際上都表現為接收信號功率(S)的下降,而各種干擾則表現為接收無用信號及噪聲功率(N)的增大,從而使接收Eb/No下降。如果系統中,還存在嚴重的碼間干擾,會使誤碼率進一步加大,最終影響電視接收質量。
3、對衛星頻譜變化情況的實踐觀察
MPEG數字電視信號有相當高的壓縮率(一般在30倍以上),一路標準清晰度電視的傳輸流數據率大約4-7Mbps。調制載波所占用的通道帶寬在8MHz以內。因此,省級衛星數字電視傳送大都是幾個省共用一個衛星轉發器,圖8是一個實際轉發器衛星下行信號頻譜。
實踐表明,結合轉發器飽和特性,通過分析信號接收頻譜,能直觀地找出與鏈路狀態相關的有用信息,幫助我們快速判斷傳送質量、確定干擾。多載波共用轉發器時,常見下行頻譜特點有:
(1)正常,情況下,載波帶內信號功率幅度和帶外噪聲功率幅度基本保持不變,與衛星信標幅度相對差值也保持恒定。
(2)正常情況下,幾個載波的信號功率幅度基本保持一致。因為轉發器功率局限以及交調情況的存在,任何載波實際幅值過大都會影響其它載波通道,而處于轉發器中間區域又是交調干擾最嚴重的地方,在頻譜上可以看到中間區域噪底往往高于兩端。
(3)衛星轉發器以極化隔離方式進行頻率復用,常為線極化。如果發射端未對好正確的極化,或者接收端未有效隔離開交叉極化信號,或者地球大氣電磁活動影響了正常信號極化,相鄰極化信號往往會落人帶內,這時
在頻譜上的表現是擾的某一端載波幅值偏高或闖進新的載波,容易給通道實際情況造成誤判。
(4)雨衰同時對信號上行和下行造成衰落影響,對于C波段信號,暴雨時信號上下行總雨衰可達3-5dB。這時頻譜上的現象是噪底基本保持不變,但全部信號幅值快速下降。雨衰對信標的衰落接近于信號總衰落的一半。
(5)日凌現象,太陽在微波頻段內的能量譜仍然是非常大,如果發射天線剛好對準太陽,一方面,天線將接收上行頻段能量,被發射到衛星上,造成轉發器飽和;另一方面下行頻段能量被天線接收直接干擾到有用信號。衛星的覆蓋區域非常大,離發射點較遠的接收端,有時僅僅是受到下行頻段太陽能量干擾。所以,日凌在接收頻譜上表現較為復雜,一般呈現白噪聲干擾現象,嚴重時現象是噪底大幅抬高而載波幅值變化不大。
(6)轉發器飽和,有幾種可能:衛星設置的工作點不在線性區,交調產生干擾信號,在頻譜上表現為中間區域噪底抬高,這時整個轉發器載波幅值包絡也呈現中間高兩邊低;更多的情況是由某個頻點的單載波干擾或某個載波幅突然增大造成的,在頻譜上某個頻點或載波幅值大幅提升,其它頻點信號卻呈現“被壓縮”的幅值下降現象,噪底相對幅度大幅抬高;前面所述日凌以及其它白噪聲嚴重干擾造成的飽和,頻譜上與第一種情況類似。
(7)單載波干擾,有星上干擾和地面干擾兩種情況。星上干擾頻譜現象如上所述造成飽和,不是很嚴重時則表現為單頻高幅值,也有可能被正常信號所掩蓋,在頻譜上看不出來。地面干擾則通常表現為某頻點高幅值的單頻信號,其它特征變化不大。
(8)調制載波干擾,通常表現為某一載波幅值提高。這時候,從頻譜上會給我們一個錯誤的判斷,以為自己發射功率偏大,如果直接進行下降功率操作,會使受干擾情況更為嚴重,甚至被非法信號利用。所以,這時必須依賴誤碼率或實際節目內容檢測等其它手段加以區分。
(9)發射天線或接收天線指向有偏差,通常以信標電平下降為表征。在接收信號頻譜上會看所有信號幅值下降,而且本系統傳送信號幅值下降更多。這時,也會對自己發射功率產生錯誤判斷,實際應用上應結合信標值和發射功率實際值予以區別。
(10)衛星姿態不穩、漂動或電離層攝動,這是衛星通信普遍存在的現象,只是表現的嚴重程度不一。正常情況下在頻譜上呈現為信號幅值緩慢的長周期性高低變化,在極化上也會有細微的變化。嚴重時,則呈現信號幅值快速的短周期性變化,或者與鄰極化信號互相干擾。
基于傳輸流與頻譜變化特點的自動化播控方案
通過上述分析,我們知道衛星數字電視傳送系統具有各種信號特征和頻譜變化特點。實時采集各種特征參數,結合計算機網絡和自動化技術,可以將我們日常監測和設備管理工作交由自動系統完成。
如圖9,給出了C波段數字化衛星地球站傳送質量自動控制邏輯的框架思路??梢哉f是一個經驗程序,就如同一名值班工程師,在準確掌握了上下行傳輸流特征參數、掌握關鍵點的誤碼率、掌握接收頻譜的變化等數據后,應該作出的判斷以及控制操作。
如圖9,系統運行中對干擾以及傳送質量做出判斷之前,首先應確保上行系統及信號的正確。對有源設備系統,可以采集設備工作狀態,判斷正常與否,自動提出報警、冗余切換、保存各類記錄。對于無源的天線系統,實際狀態是不容易獲取的,這里通過實際指向的測定、以及信標接收電平,間接判斷指向是否正確性能是否正常;通過人工的周期性檢查,判斷天線是否有嚴重的物理故障,補充自動判斷的不足。
從兩個方面來分析傳送質量或判斷干擾,一是采集接收信號誤碼率或Eb/NO值,二是采集接收轉發器頻譜,兩者都會有一些明確的判斷結論,如邏輯圖。
對傳輸內容的分析則是對上下行傳輸流特征參數的比較和對傳輸流逐字節的比對,兩種方法互相補充,可以比人更加準確、更加快速得出判斷結果并采取對策,大大提高防范效率。
對空間信號頻譜的分析,首先,可以依據日凌、單頻干擾等特征,予以識別處理。然后,依據載波幅值的變化情況進一步分析,自動對系統電平做出適當的調整,自動跟蹤其它載波幅值的不正常上升,避免受到其它載波影響。
如果將誤碼率與頻譜結合起來分析,可以對帶內隱藏的非法調制載波信號作出早期預測,及時采取措施,如圖中所示(載波幅值偏高但接收誤碼率卻超出門限的情況)。我認為在抗“”干擾的各種措施中,這項預測在時效及準確性上是有優勢,值得進一步探討。
在數字電視的概念提出以前,高清晰度電視的開發是以模擬電視技術為基礎的。數字電視的開發工作始于1980年代末期,當時集成電路技術與計算機技術的發展使得將高清晰圖象和高保真音響以數字技術壓縮進單一模擬電視頻道成為可能。
在有限帶寬內傳輸高清晰度電視對視頻、音頻壓縮編碼和信道編碼都提出了更高的要求,而且在地面傳輸的情況下無線環境的各種衰落和干擾也不可避免,同時考慮到移動環境下的接收需求,在新一代的地面數字電視傳輸系統中必需引入無線通信的最新技術。數字電視廣播和現代數字通信技術的結合,使得傳統的電視傳媒得以在通信網絡的基礎上新生。
我們在數字電視傳輸系統設計中采用了cadence公司的系統級設計與仿真軟件spw(signalprocessingworksystem)。在大型系統設計中只有實現算法和系統級的優化,才能對系統性能有極大的提升,因為它比底層優化具有更大的優化空間。
2.理想系統仿真
數字電視傳輸系統涉及調制、編碼、發送和接收、解碼、解調諸多子系統,但信道的建模對系統性能具有重要意義。在設計方法學上,可先考慮建立信道噪聲和干擾不存在的理想傳輸信道,即著重調制、解調、編碼與解碼系統的設計。若以信號幀為基本信息單元,信號幀的同步頭采用沃爾斯(walsh)編碼的偽隨機序列,數據體采用多載波調制(ofdm)信號且由保護間隔(guardinterval)和離散傅里葉變換(dft)模塊構成。
用spw可以方便地調整參數及替換相關的模塊,以便系統的總體性能最佳。對調制方式、糾錯外碼、時域和頻域的交織編碼、糾錯內碼的描述如信號流程圖如圖1所示。相應的接收過程是解碼、解交織、解調制的過程,選用何種模式及選用什么參數只需在設計中簡單地修改即可,不斷調整參數和模塊可實現系統總體性能的最優化。
在調制和編碼過程中提供了若干種可選的模式,如外碼選用高數據率的rs(208,200)或高保護率的rs(208,188)等。這主要是為了對不同的數據提供不同的優先級和保護級別,達到分層傳輸的目的。理想系統仿真只對成幀、分幀、編碼和調制驗證其可行性。仿真分兩部分:1)信號源用給定數據碼流,以在接收端得到源碼流為仿真正確的標準。2)信號源為一幀圖象,在接收端解碼后恢復此圖象,這是一個直觀正確的結果。
3.高斯白噪聲(awgn)和多徑性能研究。
因多徑建模和信道估計算法相對較為復雜,故仿真較耗時。除了參數仿真,還做了mpeg2碼流的仿真。
對應美國標準mpath_b信道模型,與本系統根據接收信號作出的信道估計結果作對比??梢钥闯鲞@兩者是非常匹配的。
4.系統同步性能仿真。
設計包括transmitter、codeacquisition、str、afc、fft和channelestimation等部分,完整地實現了系統同步功能。
time(ms)域示出的是實際系統運行的時間(與仿真時間不同),下面各域表示頻率偏移、時間偏移以及設計系統同步電路估計出來的頻偏和時偏,右半部分的域表示了信道估計之前和之后對應的星座圖。從仿真可以得到整個碼同步捕獲時間僅僅需要5ms,這比同類系統的同步時間大大縮短,且時偏和頻偏的糾正都達到了設計要求。
5.分層傳輸性能仿真