高清電視級(jí)車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)中 上行、下行及本地自環(huán)架構(gòu)的分析與展望

蘇炯

高清電視是一種新的電視業(yè)務(wù)，隨著技術(shù)的進(jìn)步和用戶需求的不斷跟進(jìn)應(yīng)運(yùn)而生。國(guó)際電聯(lián)給出的定義是：“高清晰度電視應(yīng)是一個(gè)透明系統(tǒng)，一個(gè)正常視力的觀眾在距該系統(tǒng)顯示屏高度的三倍距離上所看到的圖像質(zhì)量應(yīng)具有觀看原始景物或表演時(shí)所得到的印象”。也就是說(shuō)，高清電視提供了極高的清晰度，分辨率最高可達(dá)1920×1080，幀率高達(dá)60fps，此外，屏幕寬高比也由原先的4：3變成了16：9。更寬的屏幕、更高的畫(huà)質(zhì)，給觀眾帶來(lái)更好的視聽(tīng)享受。

高清電視視頻的分辨率有三種：720p（逐行，1280×720），1080i（隔行，1920×1080），1080p（逐行，1920×1080），前兩種應(yīng)用較多。編碼算法方面，基本可以分為：MPEG2-TS、WMV-HD、H.264這三種，不同的編碼方式其壓縮比和畫(huà)質(zhì)有著區(qū)別，相對(duì)而言，后兩種更加先進(jìn)一些。音頻輸出為5：1聲道（杜比數(shù)字格式），同時(shí)能兼容接收其它較低格式的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)字化重放。

國(guó)內(nèi)的高清電視并不普及，一般來(lái)說(shuō)，只有在轉(zhuǎn)播大型體育賽事需要傳送公眾信號(hào)（World Feed）時(shí)，才會(huì)用上高清設(shè)備和系統(tǒng)。并且鑒于穩(wěn)定性、租用衛(wèi)星帶寬大小、兼容性等各方面因素的考慮，用戶偏好1080i的H.264高清。

車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種微波系統(tǒng)，它以衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)中繼信號(hào)，在多個(gè)地面站之間通信，具有下行廣播、覆蓋范圍廣、通信質(zhì)量好、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度快成本低等特點(diǎn)。相對(duì)于光纖傳輸系統(tǒng)，盡管存在帶寬小、傳輸速率低、信號(hào)傳輸時(shí)延大等劣勢(shì)，但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（節(jié)點(diǎn)少，鏈路清晰），并且天線配以車載，更能適應(yīng)體育賽事持續(xù)時(shí)間短、設(shè)備需求多變的要求，更巨靈活機(jī)動(dòng)性。

根據(jù)波段不同，常用Ku頻段衛(wèi)星車天線口徑2.4m左右，C頻段衛(wèi)星車天線口徑3.9m、4.5m左右，車上配以編碼、調(diào)制、變頻、高功放、解碼等通信設(shè)備。另有便攜式天線1.8m、1.2m等等，設(shè)備系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)搭建，一般用于高樓平臺(tái)。

背景簡(jiǎn)介

以2012年武漢湯尤杯羽毛球賽公眾信號(hào)傳送為例，使用C頻段3.9m衛(wèi)星車，租用亞洲5號(hào)衛(wèi)星共約20M帶寬，發(fā)相隔9M兩路信號(hào)（雙路雙載波），編碼采用H.264、1080i/50Hz高清標(biāo)準(zhǔn)。

在確認(rèn)用戶需求后進(jìn)行設(shè)備組網(wǎng)的過(guò)程中，上行鏈路、下行鏈路、尤其是本地自環(huán)均有一些值得探討的問(wèn)題，以下進(jìn)行分析。

上行鏈路

如圖1所示，本次業(yè)務(wù)使用了4對(duì)編碼器、調(diào)制器，分別作第一路和第二路的主備用，兩路主用、兩路備用各用一個(gè)合路器合并，并由AB Switch 1721倒換盤(pán)進(jìn)行倒換，接入變頻器倒換盤(pán)1:1 STARswitch后，先分再合實(shí)現(xiàn)變頻器主備用，變頻后統(tǒng)一至高功放進(jìn)入后續(xù)射頻部分。需要注意的是，在手動(dòng)設(shè)置編碼器比特率和調(diào)制器碼率時(shí)，要實(shí)現(xiàn)匹配，并且為在進(jìn)入合路器之前實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的頻分分別，第一路和第二路信號(hào)的調(diào)制器中頻輸出分別設(shè)置為1070MHz和1079MHz。

下行鏈路

如圖2所示，盡管本次業(yè)務(wù)只需要上行傳送，不需要接收回送（也即所謂單通），但為了監(jiān)看下行效果，實(shí)際中依然搭建了下行鏈路。射頻信號(hào)分路后通過(guò)兩只下變頻器變頻后變成中頻，再通過(guò)中頻到L波段的二次變頻轉(zhuǎn)換，接入解碼器方能解出。需要注意的是，當(dāng)下變頻器均設(shè)置變頻頻率3704.5MHz時(shí)，兩只解碼器中頻本振設(shè)置1070MHz和1079MHz，方能解出第一路和第二路信號(hào)，而若變頻器變頻頻率稍偏，則中頻本振應(yīng)反相關(guān)同樣幅度偏置，如變頻器頻率設(shè)置3713.5MHz時(shí)，解出第一路信號(hào)和第二路信號(hào)的中頻本振分別為1061MHz和1070MHz，當(dāng)然，由于設(shè)備精度的緣故，能解出信號(hào)的本振偏幅有限，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，約為偏以1070MHz為中心的-35～+40MHz之間。

本地自環(huán)

本地自環(huán)，顧名思義，是在進(jìn)入變頻器等射頻設(shè)備之前，通過(guò)編碼器、調(diào)制器、解碼器、L波段變頻等，將信號(hào)源之基帶信號(hào)還原至監(jiān)視器，一般作本地信號(hào)監(jiān)看和設(shè)備、線路排障用。本次業(yè)務(wù)中，只帶了兩只解碼器，分別監(jiān)看下行的兩路信號(hào)，故為做成本地自環(huán)，需要借用上、下行設(shè)備，通過(guò)跳線方式與下行實(shí)現(xiàn)時(shí)分監(jiān)看。

6.1初步方案

如圖3所示，為最初的本地自環(huán)接法。該方案直接截取部分上行和下行，采用兩端跳線方式。雖然比較方便，但存在以下弊病：

A、 本地自環(huán)與上行鏈路存在沖突，故只有在傳送間隙，通過(guò)插拔接出合路器的線頭（主用上行5001、備用上行5002、本地自環(huán)5101）監(jiān)看，不僅監(jiān)看時(shí)間緊張，還比較麻煩，次數(shù)過(guò)多可能會(huì)磨損頭子，影響上行；

B、 本地自環(huán)后半部分跳線通過(guò)跳線板，故不能同時(shí)監(jiān)看第一路和第二路信號(hào)，存在兩路信號(hào)間時(shí)分問(wèn)題，前半部分跳線只能接合路器1或合路器2，亦存在主備用信號(hào)間時(shí)分問(wèn)題；

C、 它與下行鏈路沖突，故存在本地環(huán)與衛(wèi)星環(huán)的環(huán)間時(shí)分問(wèn)題。

6.2方案改進(jìn)建議一及可行性分析

建議：增加2只L波段變頻和2只解碼器，解決本地自環(huán)與衛(wèi)星環(huán)環(huán)間時(shí)分問(wèn)題。

可行性分析：臨時(shí)增加設(shè)備需要人力、物力、財(cái)力，并且若不能解決與上行鏈路沖突問(wèn)題，此改進(jìn)幾乎沒(méi)有意義（正式傳送時(shí)不能監(jiān)看本地自環(huán)），事實(shí)上，由于是單通，對(duì)下行沒(méi)有要求，故通過(guò)跳線方式時(shí)分本地環(huán)、衛(wèi)星環(huán)是可以接受的。

結(jié)論：沒(méi)有必要，不采用。

6.3方案改進(jìn)建議二及可行性分析

建議：主用信號(hào)、備用信號(hào)經(jīng)合路器1、合路器2后，分別再接分路器，分出一路接上行，另一路接本地環(huán)跳線。

可行性分析：盡管分路器是無(wú)源設(shè)備，但實(shí)際中不能保證對(duì)分出的上行一路沒(méi)有干擾，況且還有3dB損失，鑒于上行鏈路的重要性，最好不要這樣操作。

結(jié)論：安全考慮，不采用。

6.4方案改進(jìn)建議三及可行性分析

建議：采用兩根跳線，第一根跳線左端在調(diào)制器1、調(diào)制器2兩個(gè)Monitor輸出口之間選擇，右端在解碼器1、解碼器2對(duì)應(yīng)的上/下變頻器、“香煙盒子”兩個(gè)輸入口之間選擇；第二根跳線左端在調(diào)制器3、調(diào)制器4兩個(gè)Monitor輸出口之間選擇，右端在解碼器1、解碼器2對(duì)應(yīng)的上/下變頻器、“香煙盒子”兩個(gè)輸入口之間選擇。

可行性分析：第一根跳線監(jiān)看主用信號(hào)1、2路，第二根跳線監(jiān)看備用信號(hào)1、2路，不影響上行鏈路，僅在跳線板跳線時(shí)影響下行鏈路，且部分解決了主備用信號(hào)間和1、2路信號(hào)間的時(shí)分問(wèn)題（可以同時(shí)監(jiān)看第一路主和第二路備或者第二路主和第一路備）。

結(jié)論：在現(xiàn)有條件下，考慮各方面因素，盡管不能十全十美，但已經(jīng)做到最好，可行。

展望

技術(shù)的進(jìn)步滿足了需求，而更高的需求則刺激了技術(shù)的進(jìn)步。且不說(shuō)超高清電視如2160p《鴨子飛了》，單是1080p高清標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)都很少見(jiàn)?，F(xiàn)有的Tandberg E5788編碼器支持高清MPEG-2方式，Ericsson CE-x編碼器則是高清H.264方式，但均僅支持720p和1080i分辨率。隨著高清的慢慢普及，用戶將有更高的需求，那時(shí)必將引進(jìn)更先進(jìn)的編碼器，對(duì)應(yīng)的調(diào)制器、解碼器等配套設(shè)備也將更新?lián)Q代。

然而，萬(wàn)變不離其宗，大體的衛(wèi)星電視通信系統(tǒng)的架構(gòu)是不變的，根據(jù)通信需求的不同類型（單發(fā)、單收或亦發(fā)亦收，單路單載波、雙路單載波或雙路雙載波等等），在盡量不干擾主要鏈路的基礎(chǔ)上，應(yīng)充分利用現(xiàn)有資源，以最簡(jiǎn)便的方式構(gòu)建本地環(huán)，與衛(wèi)星環(huán)配合，監(jiān)看系統(tǒng)各部分設(shè)備的運(yùn)行情況，以便能在出現(xiàn)故障時(shí)迅速判斷出故障原因和故障點(diǎn)，并做出快速、合理的應(yīng)對(duì)。