小型高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

孫劍峰

【摘要】為了提高應(yīng)急新聞采編播能力，內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)利用現(xiàn)有豐田越野車改造為高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車。該衛(wèi)星車包括視音頻系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和監(jiān)視監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)，具備高清HD/SD-SDI信號(hào)編碼和傳輸能力，衛(wèi)星上行系統(tǒng)按雙鏈路配置，具備新聞現(xiàn)場(chǎng)采集、錄制、傳送和直播功能。本文結(jié)合設(shè)計(jì)集成衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車的經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了整車的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車 高標(biāo)清衛(wèi)星系統(tǒng) 視音頻系統(tǒng) 車體改造

引言

為了提升電視媒體在的知名度和影響力，需要在新聞的時(shí)效性和準(zhǔn)確性上有一個(gè)質(zhì)的突破。為滿足在應(yīng)急狀態(tài)下的新聞制作及重大活動(dòng)的宣傳報(bào)道需求，內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái)利用現(xiàn)有的豐田越野車，改造為一輛具有道路通過(guò)性強(qiáng)，多功能的高標(biāo)清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車。

一.衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照國(guó)家廣電總局廣播電視安全播出的管理規(guī)定，在衛(wèi)星上行系統(tǒng)鏈路中，采用1：1冗余備份的傳輸方式。在衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用主備編碼調(diào)制器、主備功放和相應(yīng)主備鏈路倒換的系統(tǒng)架構(gòu)，保證上行系統(tǒng)無(wú)單潰點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路?？紤]到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，在衛(wèi)星天線和高功放以及編碼調(diào)制器的設(shè)備選型上進(jìn)行了分析和探討。

1.衛(wèi)星天線波段的選擇

Ku波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星EIRP較大，加上Ku波段接收天線效率高于C波段接收天線，因此接收Ku波段衛(wèi)星節(jié)目的天線口徑遠(yuǎn)小于C波段，方便車載接收；C波段衛(wèi)星廣播受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴(yán)重，而Ku波段的衛(wèi)星廣播受地面干擾較小，對(duì)接收環(huán)境的要求相對(duì)較低；但是K u波段衛(wèi)星廣播受降雨影響較大，其上下行信號(hào)降雨衰耗遠(yuǎn)大于C波段，暴雨情況下Ku波段上行或下行鏈路瞬間雨衰量可超過(guò)20dB，而C波段最大雨衰量一般不超過(guò)1dB。

內(nèi)蒙古自治區(qū)位于祖國(guó)北方，雨水較南方地區(qū)較少，每年的降水時(shí)間也集中在7、8月份，暴雨很少，雨衰影響很小。由于采用豐m4500越野車，天線口徑的大小也受到相應(yīng)限制，即不能超過(guò)1.97米車寬，雖然C波段天線在抗雨衰方面的表現(xiàn)力極為優(yōu)越，但是受限于以上條件，Ku波段1.5米天線無(wú)疑是最好的選擇。

2.天線主體的選型

天線系統(tǒng)采用ND Satcom公司的skyRAY MAS 1500Ku頻段車載天線和與之相配套的天線控制器。該天線控制系統(tǒng)能夠?qū)μ炀€的極化角、方位角、俯仰角等進(jìn)行精確控制，具備自動(dòng)水平、自動(dòng)定位、極化可轉(zhuǎn)換、自動(dòng)和手動(dòng)控制天線展開(kāi)和收藏等功能。

該天線可用于支持VSAT通信、高速數(shù)據(jù)和視頻傳輸，以及大功率SNG新聞采集等應(yīng)用。外形是款極具特色的菱形天線，跟傳統(tǒng)橢圓形天線相比，菱形反射面以犧牲一小部分增益為代價(jià)，壓制天線的旁瓣特性，從而獲得了優(yōu)異的低旁瓣特性和交叉極化性能，抗干擾能力強(qiáng)，作用距離遠(yuǎn)，非常適合及其惡劣的電磁波環(huán)境。同時(shí)，精良的三軸驅(qū)動(dòng)裝置還能支持天線的全方位旋轉(zhuǎn)和極化調(diào)整，并保持附仰和方位上的零回隙，提供優(yōu)越的射頻性能。

3.基于DVB載波對(duì)星的實(shí)際應(yīng)用

SkyRAY MAS 1500 Ku天線支持多種對(duì)星方式。由于衛(wèi)星上的信標(biāo)信號(hào)通常都相當(dāng)微弱，車載站上的天線尺寸又相對(duì)較小，且經(jīng)常有可能被派遣到衛(wèi)星覆蓋較差或不可預(yù)知的偏遠(yuǎn)地帶，難以保證有效接收到足夠強(qiáng)的信標(biāo)，所以采用信標(biāo)方式并不總能作為可靠的、有效的參考信號(hào)用于車載站天線對(duì)星。相比之下接收DVB方式能夠在不需信標(biāo)接收機(jī)和頻譜分析儀的情況下做到精準(zhǔn)對(duì)星，更為優(yōu)越。在選擇目標(biāo)信號(hào)時(shí)，既可以利用目標(biāo)衛(wèi)星上已有的寬帶信號(hào)/電視節(jié)目，也可以使用本地主站所發(fā)射的載波信號(hào)，還可以直接請(qǐng)求衛(wèi)星公司發(fā)射一路數(shù)字電視信號(hào)。

首先，SkyRAY天線利用衛(wèi)星的位置信息，輔之以由GPS和羅盤所獲得的車載站地理位置信息，對(duì)方位、俯仰等角度進(jìn)行調(diào)整，使其自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星所在方向；然后，整個(gè)系統(tǒng)再利用接收所在衛(wèi)星已知DVB信號(hào)，將天線調(diào)整至信號(hào)最強(qiáng)的方向。由于本系統(tǒng)所配高頻頭為NORSAT 1108HB，具有鎖相環(huán)功能，可以做到精確對(duì)準(zhǔn)任何衛(wèi)星上的任一DVB信號(hào)。確保任何時(shí)候都能以DVB信號(hào)作為參考實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)星。

4.高功率放大器的選擇

這次我們選擇行波管高功放做為這輛高清衛(wèi)星車的功率放大器。行波管具有特殊設(shè)計(jì)的慢波系統(tǒng)，沿此慢波系統(tǒng)傳輸?shù)妮斎肷漕l電磁波減緩了其軸向運(yùn)動(dòng)的相位速度，與由加熱陰極釋放并被陽(yáng)極電場(chǎng)加速的電子運(yùn)動(dòng)速度相近，射頻行波與高密度電子柬之間發(fā)生連續(xù)性的相互作用，形成與輸人射頻波形一致的電子簇。在管子輸出端電子簇產(chǎn)生的高能電磁場(chǎng)感生出與輸入射頻信號(hào)具有一樣變化規(guī)律的波形，此信號(hào)能量將大大高于輸人射頻信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了功率放大作用。電子束剩余能量將在行進(jìn)管子末端轟擊收集極問(wèn)壁轉(zhuǎn)化為熱量散失。

因此，行波管高功放具有寬帶功率放大特性，可覆蓋Ku波段800M H z帶寬，增益約為40d B至60d B。行波管功率放大器可以實(shí)現(xiàn)幾瓦至數(shù)千瓦的輸出功率，適用范圍很廣，不僅運(yùn)用于固定及移動(dòng)衛(wèi)星上行，而且還常常被用于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率放大器使用。行波管功率放大器技術(shù)成熟，平均無(wú)故障時(shí)間長(zhǎng)，單載波工作下，高功放的飽和輸出效率約為25%。

但是行波管的劣勢(shì)也是較為明顯的，多載波工作時(shí)，在保證相同的互調(diào)指標(biāo)情況下，固態(tài)高功放輔出功率只需從額定輸出功率點(diǎn)（1dB壓縮點(diǎn)）回退2～3dB，而行波管高功放輸出功率則需從額定輸出功率點(diǎn)（飽和點(diǎn)）回退6dB左右，比固態(tài)高功放的輸出功率回退量多3dB左右。例如多載波工作時(shí)若實(shí)際所需最大輸出功率為50w，可選用額定功率為100W的固態(tài)高功放或200W的行波管高功放。

現(xiàn)在行波管高功放中可以通過(guò)增加線性器，可以有效地補(bǔ)償行被管在接近飽和點(diǎn)的增益下降和相位滯后，增大行波管高功放的線性范圍，輸出回退量可減少至3dB左右。此情況下保證相同的互調(diào)指標(biāo)時(shí)，行波管高功放可與固態(tài)高功放選擇相同的額定輸出功率。endprint

5.衛(wèi)星系統(tǒng)鏈路設(shè)計(jì)

高清衛(wèi)星車傳輸如圖1所示，來(lái)自視音頻系統(tǒng)的主備信號(hào)進(jìn)入2臺(tái)Ericsson公司的AVP3000編碼調(diào)制器進(jìn)行MPEG2 HD/SD 4：2：0/4：2：2或者H.264 HD/SD 4：2：0/4：2：2編碼。編碼器調(diào)制器配置BISS加擾功能，可以對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的密鑰加擾，以保證傳輸信號(hào)的產(chǎn)權(quán)不被侵犯。編碼器輸出L波段中頻信號(hào)，符號(hào)率在1Msym/s-45Msym/s連續(xù)可調(diào)。

通過(guò)Quintech公司的DEVl951 L波段倒換開(kāi)關(guān)輸出的一路L-Band信號(hào)，經(jīng)過(guò)功分器分配后，分別送給2臺(tái)室外型主備400W行波管高功放。功放采用內(nèi)置有BUC（上變頻模塊）的高功率放大器，其中頻輸入為L(zhǎng)頻段，可以直接接入高功率放大器。兩臺(tái)高功按照1：1配置，高功放的控制單元安裝在車內(nèi)，功放控制單元除了能夠設(shè)定倒換開(kāi)關(guān)在功放出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)或手動(dòng)切換將故障功放切換到假負(fù)載外，還可實(shí)時(shí)調(diào)整、監(jiān)看高功放發(fā)射功率以及報(bào)警信息。另外配置2個(gè)14GHz LNB，在L-頻段測(cè)試面板和相應(yīng)內(nèi)部連接電纜及跳接端子，可以提供對(duì)HPA射頻的閉環(huán)測(cè)試功能。

下行鏈路由具有PLL鎖相環(huán)功能的LNB輸出L-Band信號(hào)，經(jīng)與2個(gè)14GHz LNB閉環(huán)測(cè)試輸出的L Band信號(hào)進(jìn)行合路，再通過(guò)功分器，分別送給頻譜分析儀和衛(wèi)星接收機(jī)。

6.L-頻段測(cè)試單元和面板

量身定制專門的為測(cè)試和監(jiān)視所需的單元面板（LBand Description&Patch Panel）。其作用是：

（1）在接收支路，在面板提供從LNB向電視接收機(jī)和頻譜儀的L頻段分路器、內(nèi)部連接電纜和跳接端子；

（2）為L(zhǎng)NB提供直流電源；為HPA及LNB提供10MHz參考信號(hào)；

（3）在發(fā)射支路，為HPA連接到車內(nèi)控制單元提供L頻段合路器、內(nèi)部連接電纜和跳接端子；

（4）將所有功分器、合路器內(nèi)置在面板機(jī)箱內(nèi)，提供發(fā)射支路和接收支路所需的合路、分路器和內(nèi)部跳接電纜，簡(jiǎn)化系統(tǒng)；

（5）可以提供對(duì)視音頻編解碼器（Encoder/Decoder）交叉切換的跳接；

通過(guò)定制的面板，很好的解決了L-Band跳線盤選型的問(wèn)題，使整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)潔，易于系統(tǒng)的使用。

二.視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻系統(tǒng)以高清處理為內(nèi)核，有完善的4：3和16：9的節(jié)目制作環(huán)境，可以根據(jù)節(jié)目的需要輸出高清或標(biāo)清節(jié)目信號(hào)，并且具有完善的監(jiān)視功能。

1.視音頻系統(tǒng)

視音頻系統(tǒng)以SONY MCS-8M視音頻一體切換臺(tái)為核心，通過(guò)攝像機(jī)外拍，將信號(hào)傳至切換臺(tái)，輸出最終的PGM視音頻信號(hào)進(jìn)行播出和監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)將播出信號(hào)返送至錄像機(jī)進(jìn)行錄制采集及給主備衛(wèi)星編碼器進(jìn)行衛(wèi)星鏈路傳輸。

根據(jù)我臺(tái)節(jié)目制作形式，在對(duì)視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)不同轉(zhuǎn)播任務(wù)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了不同的功能定位。

在常態(tài)情況下，該車會(huì)做為傳輸車，輔助我臺(tái)高清轉(zhuǎn)播車一同進(jìn)行直播，負(fù)責(zé)將高清轉(zhuǎn)播車輸出的主備路PGM信號(hào)，通過(guò)衛(wèi)星傳輸回電視臺(tái)總控中心。因此，我們將PGM末級(jí)主備視分以常態(tài)的形式前置，連接在車的外接口板上。主備視分均帶BYPASS功能，將視分的BYPASS輸出口接入主備編碼器。這樣的接法，使高清轉(zhuǎn)播車的主備PGM信號(hào)不經(jīng)過(guò)衛(wèi)星車的系統(tǒng)直接輸出，保證直播時(shí)候的安全性。

在有突發(fā)新聞報(bào)道情況下，該車會(huì)做為轉(zhuǎn)播車，使用自己的系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集和制作，通過(guò)跳線，將切換臺(tái)的PGM輸出跳至前置的主備PGM視分上，在通過(guò)衛(wèi)星鏈路將素材傳回到電視臺(tái)總控中心，進(jìn)行收錄和播出。

2.監(jiān)視、監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)

系統(tǒng)的信號(hào)監(jiān)視采用1臺(tái)17英寸抽屜式液晶顯示器做多畫(huà)面監(jiān)看，信號(hào)的輸入源來(lái)自于SONY的MCS-8M切換臺(tái)的多畫(huà)面輸出，可以對(duì)所有進(jìn)入切換臺(tái)的信號(hào)源和切換臺(tái)的PGM、PVW輸出進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)看。同時(shí)配置了1臺(tái)奧視數(shù)碼公司的10英寸機(jī)架式雙聯(lián)監(jiān)視器做末級(jí)主備PGM視分輸出的監(jiān)看。

監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)采用監(jiān)聽(tīng)音箱和音頻監(jiān)聽(tīng)儀做最終PGM信號(hào)監(jiān)聽(tīng)。

3.通話系統(tǒng)

通話系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)導(dǎo)演與攝像員、記者之間的有線通話。主要由通話主站、無(wú)線對(duì)講機(jī)組成。選用Telex公司的MCE-325 4通道兩線Party-line通話主站為核心，接入一臺(tái)Motorola的無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演與主持人及攝像員問(wèn)的通話。

4.同步系統(tǒng)

采用切換臺(tái)內(nèi)同步方式，切換臺(tái)每路輸入均就有幀同步功能，可以直接接入不同的信號(hào)源。同時(shí)切換臺(tái)具有1路模擬黑場(chǎng)同步信號(hào)輸出，可以鎖相其他設(shè)備。

5.時(shí)鐘系統(tǒng)

時(shí)鐘系統(tǒng)由1臺(tái)GPS自動(dòng)校時(shí)母鐘和1臺(tái)單聯(lián)19英寸子鐘組成。

6.TALLY系統(tǒng)

切換臺(tái)自帶的畫(huà)面分割器中帶有源名顯示和TALLY提示。

通過(guò)這樣的衛(wèi)星系統(tǒng)和視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這輛高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車既具備了可靠的高清電視節(jié)目信號(hào)傳輸能力，同時(shí)還具備了應(yīng)急情況下新聞采集制作能力，極大地提高了設(shè)備使用率。在我臺(tái)投入使用以后，參加了歷年全國(guó)“兩會(huì)”新聞制作和傳輸、自治區(qū)各類大型活動(dòng)的電視直播等工作任務(wù)，得到了節(jié)目制作人員的認(rèn)可和好評(píng)。endprint