數(shù)字衛(wèi)星廣播電視直播的特點和發(fā)展期望

宋孚辰

（作者單位：新疆昌吉州呼圖壁縣電視臺）

自1994年衛(wèi)星數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)DVB—S頒布后，衛(wèi)星數(shù)字電視在全世界得到迅速發(fā)展，用DVB—S方式進(jìn)行衛(wèi)星廣播是當(dāng)時我國衛(wèi)星廣播的主要方式。2005年4月歐洲ETSI正式頒布DVB—S2的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)規(guī)范。隨著衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)的快速發(fā)展我國于2005年初啟動了我國衛(wèi)星直播專用星的建設(shè)，即ABS—S，借鑒了國際衛(wèi)星廣播電視技術(shù)的思路與先進(jìn)的設(shè)計理念，在技術(shù)環(huán)節(jié)上有所突破，實現(xiàn)了自主創(chuàng)新。

1 廣播電視直播衛(wèi)星技術(shù)的特點

首先，衛(wèi)星廣播是以安裝在衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)信號為主傳輸手段的廣播系統(tǒng)，具有傳輸信道寬、覆蓋面積大傳輸質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點。廣播衛(wèi)星是在赤道上空同步軌道上的人造衛(wèi)星，其繞地球一周的時間正好等于地球自轉(zhuǎn)的周期，因此，從地球上看該衛(wèi)星在空中就是靜止不動，所以稱為固定衛(wèi)星。數(shù)字廣播衛(wèi)星的功能是接收發(fā)自地球站的上行信號，并經(jīng)低噪聲放大、下變頻及功率放大等處理后，生成衛(wèi)星廣播的下行信號，通過衛(wèi)星上的天線將數(shù)字波束信號轉(zhuǎn)發(fā)到地面服務(wù)區(qū)域。

其次，在數(shù)字廣播衛(wèi)星直播系統(tǒng)中每個電視頻道的帶寬一般為7 MHz左右，數(shù)字衛(wèi)星廣播的制式可分為兩種，一種是DVB—S方式，另一種是Digicipher方式，兩種方式不兼容。最主要的是信道編碼不同，而信源編碼都采用MPEG-2壓縮方式。DVB—S標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是廣播電視衛(wèi)星數(shù)字信道編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)最成功的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，DVB—S采用RS外編碼和卷積內(nèi)編碼的級聯(lián)編碼式信道及QPSK高頻調(diào)制方案，內(nèi)編碼和外編碼相結(jié)合，構(gòu)成DVB—S中的級聯(lián)編碼，增強(qiáng)了信道糾錯能力，有利于抵御衛(wèi)星廣播信道傳輸中的干擾。DVB—S調(diào)制系統(tǒng)采用四相鍵控4PSK，一般稱QPSK調(diào)制是一種4QAM調(diào)制，由于衛(wèi)星信號離地面較遠(yuǎn)，信號質(zhì)量受到各種干擾，為提高衛(wèi)星信號接收質(zhì)量，DVB-S采用傳輸效率較低，但抗干擾能力強(qiáng)的QPSK調(diào)制技術(shù)，通過信道編碼人為加入一些冗余度，可以使數(shù)字信息序列具有自動檢錯和糾錯能力。但是，采用這樣的編碼方式缺點是編碼效率低，在衛(wèi)星傳輸信道中，會出現(xiàn)相加的白高斯噪聲，引起信號質(zhì)量下降，即誤碼率BER，要減少誤碼率通常采用QPSK調(diào)制方式以及級聯(lián)的卷積碼和RS碼的前向差錯控制方式，在接收載噪比高于誤碼門限的條件下，系統(tǒng)可提供無誤碼率質(zhì)量指標(biāo)，解復(fù)用器輸入端數(shù)據(jù)誤碼比特率為BER≤10～11。

2 衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步DVB—S2問世，DVB—S2是歐洲第二代DVB—S標(biāo)準(zhǔn)，它在糾錯編碼等信號處理技術(shù)上有了突破性進(jìn)展，特別是衛(wèi)星技術(shù)本身的進(jìn)步，使DVB—S2相比DVB—S在技術(shù)上傳輸性能更好。

一是頻譜效率得到提高，DVB—S2系統(tǒng)的信道編碼采用BCH外編碼和LDPC內(nèi)編碼構(gòu)成的級聯(lián)編碼，編碼率有11種可選。DVB—S2與DVB—S的主要不同是；BCH編碼和LDPC編碼的級聯(lián)編碼代替RS編碼和卷積編碼的級聯(lián)，DVB—S2的調(diào)制應(yīng)用了QPSK、8PSK、16APSK，滾降系數(shù)ɑ=0.35、0.25、0.20。無誤碼率BER≤10～11。在這種條件下，DVB—S2的載噪比S/N值優(yōu)于香農(nóng)公式的理論值0.7 dB,比DVB—S信道容量高30%左右。

二是由于轉(zhuǎn)發(fā)器和衛(wèi)星天線的制造技術(shù)的進(jìn)步，衛(wèi)星的應(yīng)用種類與應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，可根據(jù)不同的信道條件和業(yè)務(wù)進(jìn)行靈活的選擇應(yīng)用。例如：DVB—S2可應(yīng)用于廣播業(yè)務(wù)、交互業(yè)務(wù)、DSGN（數(shù)字衛(wèi)星新聞采集）等業(yè)務(wù)；還可實現(xiàn)高清或標(biāo)清的廣播電視轉(zhuǎn)播和多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用，充分提升了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬利用率。DVB—S2中采用多項技術(shù)代表了數(shù)字衛(wèi)星信號傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢。例如：我國地面數(shù)廣播電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)（GB/T20060—2006）中就采用了LDPC+BCH級聯(lián)碼作為前向糾錯編碼，不同的只是碼字長度與生成矩陣的構(gòu)造方式有所不同。

三是為加快我國直播衛(wèi)星的應(yīng)用，我國先后發(fā)射了“中星六B”和“鑫諾三號”兩個廣播電視專用衛(wèi)星。2008年6月又發(fā)射“中星九號”，直播衛(wèi)星?！爸行蔷盘枴笔菙?shù)字直播衛(wèi)星，采用數(shù)字壓縮多路單載波方式，采用國際電信聯(lián)盟（ITU）規(guī)定的衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)（BSS）專用KU頻段轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)播電視節(jié)目。KU頻段直播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率大，頻段下行波束窄，可以使靜止軌道上的軌位資源提高一倍以上。KU頻段直播衛(wèi)星抗干擾能力強(qiáng)、受地面干擾小、用戶使用0.5～0.6 m口徑天線就可以接收到多達(dá)150套的電視節(jié)目，降低了對接收環(huán)境的要求。KU頻段直播衛(wèi)星數(shù)字廣播非常適合分散的小口徑天線的個體接收具有簡單靈活成本低、接收效果好、便于實現(xiàn)節(jié)目的加密有條件接收。KU頻段直播衛(wèi)星可利用頻率較寬，一般KU頻段的頻率（11.7～12.2 GHz）可利用性較高能夠提供電視業(yè)務(wù)、聲音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，中星九號采用我國自主研制的衛(wèi)星直播電視傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ABS—S采用了內(nèi)碼為LDPC碼，外碼為BCH碼的級聯(lián)碼結(jié)構(gòu)。主要技術(shù)包括LDPC信道編碼技術(shù)，高階調(diào)制技術(shù)，高效的幀結(jié)構(gòu)，ABS—S在設(shè)計之初就全方位考慮各種優(yōu)化因素，以達(dá)到取各家之所長的目的。

第一，提高設(shè)備的使用效率，在編碼效率上采用損失小、一般（小于2%）可獲得0.1～0.15 db的編碼增益。

第二，設(shè)計上充分考慮系統(tǒng)性能，因為DVB—S2中的LDPC編碼的設(shè)計存在缺陷，主要是應(yīng)用時必須使用碼字長度為64800 Bit的碼長，這就大大增加了實現(xiàn)和處理的復(fù)雜程度。為優(yōu)化ABS—S在信道編碼方案，ABS—S采用LDPC碼字長度為15360 Bit的碼長，且不同編碼比特時、碼長固定、具有更好的接近香農(nóng)極限特性，實現(xiàn)編解碼簡單、硬件成本低、更適應(yīng)當(dāng)今衛(wèi)星廣播電視直播的發(fā)展。

第三，ABS—S僅依靠LDPC編碼就能滿足10-7誤碼包率的實現(xiàn)，能夠在碼字較短的同時，提供低于10-7誤包率，充分體現(xiàn)出ABS—S在信道編碼上的優(yōu)勢。

第四，ABS—S采用了更先進(jìn)的傳輸幀結(jié)構(gòu)，信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)更合理規(guī)范，適用衛(wèi)星廣播電視的交互業(yè)務(wù)、新聞采集等功能，其強(qiáng)大的應(yīng)用功能和優(yōu)秀的傳輸系統(tǒng)性能，大大改善和擴(kuò)展了設(shè)備的可操作性。

第五，ABS—S在比特交織和符號映射信號處理上采用LDPC編碼技術(shù)充分發(fā)揮整體優(yōu)化的設(shè)計理念。在ABS—S中共包含8項專利技術(shù)，主要是信道編碼和調(diào)制方式以及衛(wèi)星傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)。

3 直播衛(wèi)星領(lǐng)域的應(yīng)用與未來的展望

新疆昌吉州呼圖壁縣2009年實施的第一期直播衛(wèi)星“村村通”工程，能夠接收48套標(biāo)準(zhǔn)清晰度數(shù)字電視和27套調(diào)頻廣播節(jié)目以及數(shù)據(jù)廣播的能力，直播“村村通”系統(tǒng)提供多種服務(wù)，如在接收端用RS232接口和計算機(jī)相連，就可以看到圖文電視、股票信息、電子信息等服務(wù)。

2013年，新疆昌吉州呼圖壁縣又實施了“戶戶通”直播衛(wèi)星工程，這一工程主要是機(jī)頂盒+定位技術(shù)與地面數(shù)字無線相結(jié)合實現(xiàn)了可管可控，有序管理，實現(xiàn)了人機(jī)匹配，杜絕非法異地安裝，通過技術(shù)的升級使直播衛(wèi)星電視覆蓋人群大大增加，提高了服務(wù)質(zhì)量，給廣大人民群眾帶來了豐富的精神食糧。

現(xiàn)階段， “村村通”和“戶戶通”衛(wèi)星直播主要還是公益類服務(wù)，通過衛(wèi)星機(jī)頂盒接收數(shù)字衛(wèi)星信號讓廣大人民群眾享受國家惠民政策，把黨的聲音傳向千家萬戶，為農(nóng)牧民提供了增收致富的平臺，提升農(nóng)村地區(qū)廣播電視公共服務(wù)水平，但隨著人們生活水平的提高、人們對文化的需求越來越來強(qiáng)烈，各種不同人群對文化的鑒賞和個性化要求越來越強(qiáng)烈，而廣播電視直播衛(wèi)星業(yè)務(wù)節(jié)目比較單一，缺乏個性與互動，與人們的期望還有很大差距，這就要求廣播電視直播衛(wèi)星業(yè)務(wù)加大技術(shù)研發(fā)投入力度，引入更豐富多彩的互動方式和個性化節(jié)目以及互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的使用，提高衛(wèi)星廣播電視的服務(wù)水平，電視和新媒體的結(jié)合最終會成為雙贏目標(biāo)，電視加入新媒體互動內(nèi)容能夠吸引更多網(wǎng)民看電視，反過來新媒體也利用電視直播提高點擊率，二者結(jié)合是互利互惠，推動傳統(tǒng)媒體和新興媒體融合發(fā)展，是落實中央全面深化改革的部署，是宣傳文化領(lǐng)域改革創(chuàng)新的一項重要任務(wù)，也是廣播電視部門適應(yīng)媒體格局深刻變革提升主流媒體傳播力、公信力、影響力和輿論引導(dǎo)力的重要舉措。

技術(shù)平臺的建設(shè)是實現(xiàn)傳統(tǒng)媒體與互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興媒體結(jié)合傳播的有效資源共享，電視臺以及直播衛(wèi)星電視只有適應(yīng)當(dāng)今快速發(fā)展的交互、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的大趨勢，才能更好地滿足廣大人民群眾的需求。要想提高服務(wù)質(zhì)量，首先要有先進(jìn)的技術(shù)作為保障，其次是廣電人一定要轉(zhuǎn)變工作作風(fēng)，以時不我待的危機(jī)意識，大力發(fā)展宣傳主流媒體，在思想意識上高度重視，在管理方面科學(xué)統(tǒng)籌，在服務(wù)上更加貼近廣大人民群眾，真正做到全心全意為廣播電視的收看收聽者服務(wù)。我國已于2017年6月19日發(fā)射了中星9A北斗直播衛(wèi)星，中星9A的成功入軌，標(biāo)志著我國廣播電視直播衛(wèi)星業(yè)務(wù)有了更多增值類業(yè)務(wù)，包括可以轉(zhuǎn)播高清晰度的電視節(jié)目和互動點播、信息服務(wù)收視數(shù)據(jù)、回傳等新業(yè)務(wù)，它所帶來的產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到數(shù)千億。隨著我國科技的進(jìn)步，衛(wèi)星廣播直播事業(yè)一定會給廣大人民群眾帶來全新的精神享受。