播控中心衛(wèi)星接收系統(tǒng)設計與實施

楊春寶 安徽廣播電視臺

播控中心衛(wèi)星接收系統(tǒng)設計與實施

楊春寶 安徽廣播電視臺

本文主要介紹了播控中心衛(wèi)星接收系統(tǒng)的設計與實施。系統(tǒng)以高效安全為出發(fā)點，采用光纖與電纜兩種傳輸方式，運用L波段矩陣靈活調配衛(wèi)星天線和接收機資源。用功分器隔離開總控接收機與收錄接收機等方法，設計出滿足使用需求的衛(wèi)星接收系統(tǒng)，可為其他機構設計此類系統(tǒng)作參考。

衛(wèi)星天線 光纖傳輸 L波段矩陣 衛(wèi)星接收機

一、引言

衛(wèi)星接收系統(tǒng)在電視臺中的地位越來越重要，大型活動的直播、SNG信號傳輸?shù)榷茧x不開衛(wèi)星接收。近年來各電視臺對外來節(jié)目素材和室外直播活動的需求逐漸增多，這同時對衛(wèi)星接收業(yè)務提出了更高的要求。借安徽廣播電視臺搬遷至天鵝湖新廣電中心的契機，播控中心設計出一個即高效又安全的衛(wèi)星接收系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)架構

衛(wèi)星接收系統(tǒng)要具有使用便捷、容易維護的特點，信號的正常接收是安全播出的重要保障。特別是一些衛(wèi)星傳輸?shù)闹匾?jié)目一旦發(fā)生播出事故，后果可能十分嚴重，因此衛(wèi)星接收系統(tǒng)在設計時必須周密考慮，應對可能發(fā)生的各種情況，有充足的應急備份手段，使整個衛(wèi)星接收系統(tǒng)有很高的可靠性保證。

我臺播控中心老的衛(wèi)星接收系統(tǒng)采用的是高頻頭過功分器連接多臺衛(wèi)星接收機的接收方式，采用單本振雙極化高頻頭，高頻頭供電取自衛(wèi)星接收機。由于使用了功分器，高頻頭工作電壓取決于各接收機輸出的最高電壓，實際只能接收一路單極化信號，接收另一個極化信號需要另外一面天線，一臺接收機一旦電壓設置錯誤，則可能會影響到其他接收機。一個高頻頭故障也會影響到多臺接收機接收。由于采用點對點連接方式，系統(tǒng)靈活性較差，對于一些臨時衛(wèi)星接收任務有時要重新拔線接線。系統(tǒng)內未配置電動天線，無法完成一些固定天線外可接收的衛(wèi)星信號。用于節(jié)目錄制的收錄接收機與直接參與播出的總控接收機共用衛(wèi)星天線，安全性得不到保障。

圖1 衛(wèi)星接收系統(tǒng)架構圖

基于系統(tǒng)高效和安全兩個方面的考慮，結合衛(wèi)星接收技術發(fā)展的新趨勢，播控中心新的衛(wèi)星接收系統(tǒng)的總體設計思路如下：（1）根據(jù)天線場地情況，以高質量接收為目的，確定光纖傳輸和電纜傳輸兩種傳輸方式；（2）拋棄原有的接收機與高頻頭點對點方式，引入L波段矩陣靈活調配衛(wèi)星天線和接收機資源；（3）采用功分器將總控接收機與收錄接收機分開，收錄接收機接在L波段矩陣輸出端，受控于矩陣，總控接收機單獨手動控制，這樣可防止L波段矩陣切換可能對總控接收機造成影響。衛(wèi)星接收系統(tǒng)架構圖如圖1。

下面分為室外系統(tǒng)和室內系統(tǒng)兩部分作詳細介紹。

三、室外系統(tǒng)

3.1 傳輸方式

安徽廣電新中心主樓有46層，播控中心機房位于裙樓的第7層，從第7層開始采取每層縮進式的建筑結構，新聞中心的演播室采用了6層7層連通挑高設計，演播室上空周圍沒有主梁承重，所以8樓平臺（7樓新聞中心頂部）不能安裝衛(wèi)星天線?？紤]到傳輸距離的條件，分配給衛(wèi)星天線接收的場地是7樓平臺和9樓平臺。經(jīng)過測量從7樓平臺最遠處到機房衛(wèi)星接收設備的機架位置約為200米，最近處約為160米，這么遠的距離使用射頻電纜傳輸會對信號造成較大的衰減，即使采用射頻電纜加線性放大器，接收效果也不令人滿意。因此我們考慮使用光纖傳輸。由于采取縮進式建筑結構，9樓平臺經(jīng)弱電井到機房的距離要比7樓近很多，最遠處約為100米，最近處約為60米，可采用同軸電纜加線性放大器傳輸，可以滿足使用需求。

3.2 衛(wèi)星天線

根據(jù)7樓平臺和9樓平臺的空間位置，結合目前和今后衛(wèi)星接收信號的需求，按照廣電總局關于安全播出的規(guī)定，我們規(guī)劃安裝22面衛(wèi)星接收天線?？紤]到樓頂載荷和防風性能等要求，我們選用20面3.7m固定網(wǎng)狀天線，電動天線作為機動使用天線，接收性能要求較高，選用了2面4.5m的板狀天線。大樓施工時在7樓和9樓平臺預留了承重柱，天線的底座都固定在這些承重柱上，并在外圍澆鑄混凝土，保證天線基座的牢固，對于尺寸較大的板狀天線的基座進行了特殊加固。高頻頭的選用對信號輸出質量至關重要，我們選用了接收效果較好的單極化單輸出的高頻頭，除電動天線外每面固定天線均配置雙極化饋源，安裝水平垂直極化高頻頭各一個，電動天線的極化控制器可調整高頻頭極化角，只需安裝一個高頻頭，共計42個高頻頭。高頻頭所需工作電源，7樓天線由光發(fā)設備提供，9樓天線由機房內集中供電器提供。

表1 衛(wèi)星天線配置表

由于主樓采取了每層縮進式建筑結構，使得9樓平臺由于主樓樓體遮擋無法接收南偏東的衛(wèi)星信號，因此我們將2面電動天線和6面接收南偏東的固定天線放置在7樓平臺，接收南偏西的14面天線放在9樓平臺。根據(jù)我臺的衛(wèi)星接收使用現(xiàn)狀，規(guī)劃C波段天線11面，Ku波段天線11面，重點使用的衛(wèi)星還增加了備份天線，如中星6A號和中星6B號C波段是中央臺及省級衛(wèi)星信號源，主要用于收錄系統(tǒng)節(jié)目錄制和中央臺新聞聯(lián)播高標清信號轉播，因此各配置3面天線；中星10號、亞洲7號和亞洲5號Ku波段是我臺及合作單位最常用的SNG信號源，其中亞洲7號使用頻率最高，因此各配置了2面、4面和2面天線；2面電動接收天線3軸可調，可以作為其他固定天線的備份；中星6B號衛(wèi)星因為沒有Ku波段轉發(fā)器，故沒有配置天線。衛(wèi)星天線具體配置如表1。

3.3 光發(fā)設備

光發(fā)射機可以將衛(wèi)星天線高頻頭LNB接收的衛(wèi)星信號轉換成光信號，通過光纖實現(xiàn)全透明，高質量、長距離的傳輸。由于7樓平臺天線場到機房距離較遠，所以我們采用光纖傳輸方式。在光發(fā)設備的選擇上，之前準備將野外型光發(fā)機箱放置與衛(wèi)星天線下方，但考慮到長期戶外工作環(huán)境和極端惡劣天氣可能會對光發(fā)機箱的工作狀態(tài)造成影響，我們在7樓平臺上的樓梯間建了一個約3平方的小機房安放設備，所需的工作電源從供電機房配電柜經(jīng)過UPS接至室外小機房。野外型光發(fā)機箱采用IP65全天候防水標準設計，最高支持6塊熱插拔式L波段光發(fā)模塊，使用 100-220VAC雙電源供電。我們使用了3臺光發(fā)機箱，預留4個光發(fā)模塊擴展能力。光發(fā)模塊自帶13/18V可選直流電壓輸出，可以給7樓平臺衛(wèi)星天線高頻頭供電， 內置高動態(tài)范圍激光器， 工作波長1310nm， 輸出增益可調，以補償傳輸時的光纖損耗。天線高頻頭下來的射頻電纜進光發(fā)模塊輸入口，輸出為接口類型FC的光信號，所有的光信號通過光纖成端盒經(jīng)光纜傳輸至機房。為了保證設備正常工作，在小機房內還安裝了一臺空調，空調電源與設備電源相互獨立，保證設備的正常工作。

3.4 防雷設計

衛(wèi)星接收天線架設在室外建筑物的頂端或平臺，容易遭受到雷電的襲擊，影響天線正常接收。如果在前端附近發(fā)生雷擊，則會在機房內的金屬機箱和外殼上感應出高電壓，危及設備及人身安全。為保證衛(wèi)星接收系統(tǒng)正常工作，應對系統(tǒng)增加防雷措施。防雷系統(tǒng)專業(yè)性較強，我們請了專業(yè)防雷公司設計安裝。

所有衛(wèi)星接收天線的接地使用扁鋼焊在一起，這樣就形成了一個接地網(wǎng)。避雷針與接地網(wǎng)相連，避雷針的高度根據(jù)實際情況按“滾球法”計算選用了5.5m的優(yōu)化避雷針，避雷針與天線之間的水平間距大于3米，并對避雷針底座采取了澆鑄混凝土的加固措施。避雷針通過接地扁鋼與女兒墻上預留的的避雷帶連接。播控中心機房內的所有設備，輸入、輸出電纜的屏蔽層，金屬管道等都需要接地，設備接地與交流供電系統(tǒng)的地線在總接地處連接通過地板下鋪設的銅條與大地相連。為防止將雷電引入7樓平臺小機房，還在小機房內安裝了電源防雷器。

四、室內系統(tǒng)

4.1 光收設備和供電器

光接收機的功能就是恢復出光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息，與光發(fā)射機共同完成光纖傳輸?shù)娜蝿铡Ｎ覀冞x用的光收設備采用插卡式模塊設計，帶有增益控制和工作指示燈，每個模塊配置1路光纖輸入、1路射頻輸出，光纜經(jīng)成端盒分出光纖尾纖，進光收模塊的輸入，輸出的就是射頻信號。每個機箱尺寸為3U，機箱采用雙電源互為備用供電，最多可插8個光收模塊。我們使用了2個機箱，14個光收模塊，預留了2個光收模塊的備份擴展能力。

在早期的衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，LNB工作所需的供電都是通過接收機直接供電，由于系統(tǒng)使用了具有隔直流的L波段矩陣，因此要在系統(tǒng)配置LNB集中供電器。光纖傳輸方式中已經(jīng)有光發(fā)設備給LNB供電，射頻電纜傳輸方式中我們采取在機房內LNB使用集中供電器給LNB供電。LNB集中供電器機箱采用雙電源互為備用供電，接口類型為F頭，每臺可提供16個輸出18V直流電源，各輸出口獨立工作，我們使用了2臺，預留4個輸出口備份擴展能力。

4.2 線放器和功分器

由于射頻電纜傳輸還存在一定衰減，為保證信號接收質量，我們在系統(tǒng)中加入了高增益的線性放大器，它可以補償在同軸電纜傳輸中所導致的電平損耗，其面板電位器可調節(jié)增益值。

我們還選用了工作穩(wěn)定、結構簡單、基本上無噪聲的無源二路功分器，功分器各端口輸入輸出電平具有良好的一致性及優(yōu)異的隔離度。功分器將信號一分為二，一路直接進參與播出的總控衛(wèi)星接收機，另一路進L波段矩陣分配給需要切換輸入源的收錄衛(wèi)星接收機。通過功分器將總控接收機和收錄接收機隔離開來，這樣避免了L矩陣切換可能對參與播出的總控接收機造成的影響，對播出安全起到保障作用。受制于矩陣輸出口限制，所能接的衛(wèi)星接收機數(shù)量較少，加入功分器還可擴展衛(wèi)星接收機的接入數(shù)量。

4.3 L波段矩陣

系統(tǒng)中配置了一臺32*32的L波段矩陣，可以靈活調配衛(wèi)星天線和接收機資源，收錄衛(wèi)星接收機經(jīng)常會連續(xù)接收來自不同衛(wèi)星的信號收錄任務，需要L波段矩陣切換信號源，這對于收錄系統(tǒng)的運行是非常高效的。我們將收錄接收機全部接在L波段矩陣輸出端，矩陣的各項控制全部交給收錄系統(tǒng)完成。L波段矩陣帶雙路自備份電源，采用無源背板設計，支持矩陣級聯(lián)擴展，輸入輸出板卡支持熱插拔，有兩塊熱插拔自備份控制板卡，實時相互檢測對方的狀態(tài)，每塊控制板卡有以太網(wǎng)口和串行接口兩種控制方式。主機控制面板采用觸摸液晶屏設計，可以方便地查看每一路輸出狀態(tài)和進行路由切換。為防止L波段矩陣故障，我們在矩陣輸入輸出端還配置了跳線排用來應急使用。

表2 系統(tǒng)內衛(wèi)星接收機主要功能

4.4 衛(wèi)星接收機

系統(tǒng)內供配置了40臺接收機，其中總控接收機20臺，收錄接收機20臺，總控接收機主要用于CCTV高標清衛(wèi)星信號、SNG信號和大型活動直播衛(wèi)星信號的接收，參與播出；收錄接收機主要用于接收每日中央臺、省級衛(wèi)視、新華社及臨時接收任務等節(jié)目信號的接收，不參與播出。所有接收機都為高標清兼容，分為RX8200和D2000兩種型號，RX8200的高級功能為額外付費可選項，根據(jù)我臺實際使用需求進行了購買部分高級功能。RX8200支持4路L波段輸入，對于一面天線下來的兩路信號，水平信號接在INPUT1和垂直信號接在INPUT2，可以通過輸入選擇需要的信號源。D2000為DVB-S版本，主要任務是接收AVS+信號。兩種接收機都可以通過網(wǎng)絡進行管理，如參數(shù)調整、狀態(tài)查看等，主要功能如表2。

圖2 天線調星簡圖

五、系統(tǒng)調試

系統(tǒng)硬件搭建完成后，接下來就是對系統(tǒng)調試。除了將各硬件設備按照要求正確安裝和配置外，天線調星和接收機操作是非常重要的兩方面。

5.1 天線調星

我們將高頻頭下來的饋線通過功分器一分為二，一路進衛(wèi)星接收機，接收機輸出電壓要打開，給高頻頭供電，高頻頭才能正常工作。另一路進頻譜儀，天線調星簡圖如圖2所示。根據(jù)所在地的經(jīng)緯度，通過查詢得知要調星天線的方位角和俯仰角，將天線初步固定，此時天線方位和俯仰還有一定的調整范圍。在頻譜儀中輸入要調星的信標頻率，選擇較小帶寬，然后耐心地小范圍晃動天線并觀察頻譜儀，當信標出現(xiàn)時再細心調整天線，直到信標電平值為最大時鎖定天線，記錄下電平值，再看另一極化信標電平值情況。通過多次耐心調整天線方位角和俯仰角，使兩個極化信標電平值都較大的時候，鎖定天線，調星完成。系統(tǒng)中有電動天線，我們細心調整電動天線的方位角、俯仰角和極化角，得出來的信標電平值可以作為調整固定天線的參考。

5.2 接收機操作

衛(wèi)星接收機的操作關系到能否接收到并解碼出所需要的視音頻信號。除了傳統(tǒng)的面板操作外，還可以通過Web瀏覽器進行操作，這種操作方式更為高效便捷。我們將所有的衛(wèi)星接收機組成一個局域網(wǎng)，給每臺接收機分配了一個IP地址，并配置了一臺管理計算機。打開瀏覽器，輸入要訪問的接收機IP地址，就可以看到操作界面網(wǎng)頁。面板上所有功能都可以在瀏覽器中實現(xiàn)，并且功能菜單導航相比面板菜單更加清晰，便于使用。我們可以在瀏覽器中查看接收機狀態(tài)、設備信息、故障報警等信息，還可以設置輸入輸出各項參數(shù)、選擇解碼服務、解密已加密的節(jié)目等。對于常用的節(jié)目參數(shù)還可以預設在接收機里，下次用到時可以直接調出來，瀏覽器操作界面如圖3。

圖3 接收機瀏覽器操作界面

六、 結語

衛(wèi)星接收系統(tǒng)自建成以來，各項技術指標符合要求，除每日衛(wèi)星節(jié)目收錄和轉播中央臺信號外，還經(jīng)歷了百余場直播的考驗，運行高效穩(wěn)定，達到了預期設計目的，為我臺節(jié)目生產(chǎn)和安全播出提供了重要保障。