射频全电视信号.doc
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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 ①调幅原理 见第 2 章 ②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 ①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= UcosΩt 载波信号为 Uc=Uccosωct 则可以写出调频波的数学表达式 U= Uscos[ωct +（ f k U/Ω）sinΩt] = Uscos[ ω ct f m sin Ω t] (3-1) 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 △ ω m= f k U （3-3） ∴ f m =△ωm /Ω 由（3-2） 、 （3-3）式可见，调频波的频率变化△ω= f k UΩm 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 Ω 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、fc±2 F、 fc±3 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=△ωm/2π， △fm 为最大频偏 ② 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（50+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 ①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 3-5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（fs－0.75 ）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 +0.75MHZ—6MHZ 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 ②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 ①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 3×10 8 m/s，电 磁波的波长和频率的关系可用下式计算： λ=c/f 式中，λ 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 1×10 5 m 极低频（ ELF） <3KHZ 超长波 1×10 5 ~10 4 m 甚低频（ VLF3） 3~30 KHZ 长波 1×10 4 ~10 3 m 低频（ LF） 30~300KHZ 中波 1×10 3 ~10 2 m 中频（ MF） 300~3000KHZ 短波 100~10 m 高频（HF） 3~30MHZ 米波 10~1 m 甚高频（VHF） 30~300MHZ 超短 波 分米 1×10 -1 m 特高频（VHF） 300~3000MHZ18 厘米 波 10~1cm 超高频（ SHF） 3~30 GHZ 微波 毫米 波 10~1mm 极高频（SHF） 30~300GHZ ②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 KHZ—27 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 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 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) 0.62~0.79 170 只供调频电视20 广播用 2.5(S) 2.5~2.69 190 只供集体接收 用 12(C) 11.7~12.75 1050 按 3 个区分配 23 22.5~23.0 500 仅 2、3 区使用 42 40.5~42.5 2000 全世界分配 85 84.0~86.0 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。
