廣東廣播電視臺(tái)C波段5G+4K衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)

邱宇哲

（廣東廣播電視臺(tái)，廣東 廣州 510066）

0 引 言

廣東廣播電視臺(tái)首輛C波段5G+4K衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車(chē)建設(shè)項(xiàng)目定位為能快速建立的可靠高質(zhì)量4K信號(hào)外場(chǎng)制作直播技術(shù)平臺(tái)，滿(mǎn)足重大活動(dòng)、大型體育賽事以及大型綜藝節(jié)目的4K信號(hào)直播傳輸任務(wù)需求。本項(xiàng)目于2019年12月完成正式立項(xiàng)，2020年10月完成建設(shè)并投入使用。本文主要介紹該項(xiàng)目的主要技術(shù)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)原則。

1 技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

轉(zhuǎn)播車(chē)的技術(shù)系統(tǒng)主要由衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)、監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、4K單邊制作系統(tǒng)、5G+4K網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)以及改造車(chē)體系統(tǒng)等部分組成。技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則如下。

（1）高標(biāo)準(zhǔn)安全播出設(shè)計(jì)。除天線外，主要技術(shù)系統(tǒng)按照1∶1冗余備份通道式設(shè)計(jì)。配備車(chē)載發(fā)電機(jī)和雙路UPS保障不間斷供電。衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)采用C波段設(shè)計(jì)，具備強(qiáng)抗雨衰的能力，無(wú)懼華南地區(qū)的多雨天氣。

（2）具備全媒體制作和傳輸一體化功能。轉(zhuǎn)播車(chē)可實(shí)現(xiàn)4通道4K信號(hào)單邊制作、衛(wèi)星信號(hào)2+2上行以及5G信號(hào)傳輸一體化全流程功能。

（3）靈活的4K信號(hào)轉(zhuǎn)換和調(diào)度分配功能。支持當(dāng)前所有4K信號(hào)格式的轉(zhuǎn)換和輸入輸出。4K基帶信號(hào)、ASI信號(hào)以及衛(wèi)星射頻信號(hào)均能實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)度和監(jiān)測(cè)。

2 主要技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由4K信號(hào)上行和信號(hào)下行兩部分組成。信號(hào)上行部分主要核心設(shè)備為4臺(tái)4K編碼調(diào)制器和2臺(tái)含C波段上變頻功能的400 W 固態(tài)功放[1]。衛(wèi)星天線采用直徑2.4 m的車(chē)載電動(dòng)C波段天線。4K編碼調(diào)制器輸出的L波段信號(hào)經(jīng)倒換開(kāi)關(guān)進(jìn)入固態(tài)功放，再通過(guò)天線上行。衛(wèi)星信號(hào)上行通道按雙路信號(hào)1∶1冗余備份同時(shí)上行（2+2）進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足雙路4K信號(hào)同時(shí)上行的功能需求。4K編碼調(diào)制器支持H.265/HEVC 10 bit 編碼格式，支持DVB-S2X和DVB-S2標(biāo)準(zhǔn)以及32APSK/16APSK/8PSK調(diào)制技術(shù)[2]。

下行系統(tǒng)主要包括LNB、4K綜合解碼器以及頻譜儀等。衛(wèi)星信號(hào)下行通道安裝5G信號(hào)濾波器，以消除5G信號(hào)對(duì)衛(wèi)星下行信號(hào)的干擾。本系統(tǒng)所有設(shè)備的接口均接入獨(dú)立的射頻信號(hào)綜合跳線盤(pán)，并配置C波段測(cè)試轉(zhuǎn)發(fā)器，方便進(jìn)行信號(hào)調(diào)度和功能檢測(cè)[3]。

2.2 4K信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)

4K信號(hào)調(diào)度系統(tǒng)以2SI 4×3G基帶信號(hào)為主要接口格式，所有信號(hào)均經(jīng)過(guò)視頻跳線盤(pán)，核心設(shè)備為2臺(tái)34×34的3G信號(hào)矩陣，信號(hào)的輸入輸出為1∶1冗余配置。矩陣輸入端配置兩臺(tái)4K信號(hào)多格式處理器作為信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備，實(shí)現(xiàn)12G和4×3G與光纖信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)具備音頻加嵌和解嵌、SDI轉(zhuǎn)HDMI以及4K信號(hào)下變換等功能。

外來(lái)4K信號(hào)可通過(guò)4×3G同軸視頻線和光纖兩種方式進(jìn)入核心調(diào)度矩陣。4×3G方式由車(chē)載 2組50 m 4×3G 4K線纜接入兩臺(tái)34×34矩陣。當(dāng)信號(hào)輸入源距離本衛(wèi)星車(chē)超過(guò)50 m時(shí)，4K信號(hào)通過(guò)2對(duì)4K光纖傳輸設(shè)備接入調(diào)度矩陣。選取攝像機(jī)復(fù)合光纜取代傳統(tǒng)的野戰(zhàn)光纜，在滿(mǎn)足信號(hào)傳輸基本功能的同時(shí)，還可在不依賴(lài)外界條件的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖發(fā)端設(shè)備供電。

衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)度及監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看系統(tǒng)如 圖1所示。系統(tǒng)按照雙路通道式（紅色和藍(lán)色）進(jìn)行設(shè)計(jì)。直播信號(hào)經(jīng)過(guò)的主要核心設(shè)備，包括信號(hào)源、矩陣、4K編碼器調(diào)制器以及功放均為1∶1在線冗余設(shè)計(jì)。當(dāng)直播過(guò)程中車(chē)內(nèi)系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)異常情況，按照先應(yīng)急后處理的方針，直接通過(guò)倒換器一鍵切換，先將故障信號(hào)快速切走，再進(jìn)行故障排查和恢復(fù)。

2.3 監(jiān)看監(jiān)聽(tīng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)看監(jiān)聽(tīng)系統(tǒng)配置了2臺(tái)43寸OLED 4K HDR電視機(jī)作為主電視墻，并相應(yīng)配備2個(gè)16路輸入的3G信號(hào)畫(huà)面分割器。每臺(tái)電視采用2×2的畫(huà)面分割進(jìn)行監(jiān)看，監(jiān)看內(nèi)容為4路外來(lái)信號(hào)、2路解碼器信號(hào)以及頻譜儀信號(hào)。此外，在矩陣輸出端配置17寸機(jī)架式4K監(jiān)視器，監(jiān)看全車(chē)4K信號(hào)。畫(huà)面分割器和電視墻進(jìn)行交叉輸入互為備份。在音頻監(jiān)聽(tīng)方面，由于4×3G信號(hào)的嵌入音頻均在第一路3G信號(hào)中，在矩陣輸出端配置一臺(tái)可解嵌雙路3G信號(hào)的音頻監(jiān)聽(tīng)器實(shí)現(xiàn)4K信號(hào)的音頻監(jiān)聽(tīng)功能，同時(shí)在電視墻面配置有源音箱作為擴(kuò)聲監(jiān)聽(tīng)[4]。

由于衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和5G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)設(shè)備具有較多的ASI信號(hào)輸入輸出接口，因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)配置一臺(tái)獨(dú)立的16×16矩陣作為ASI信號(hào)調(diào)度使用，以便監(jiān)測(cè)相關(guān)設(shè)備的工作狀態(tài)。

此外，本車(chē)系統(tǒng)還配備了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控交換機(jī)和網(wǎng)管服務(wù)器，全車(chē)絕大部分設(shè)備均支持Web UI登錄管理功能，可通過(guò)網(wǎng)管服務(wù)器對(duì)全車(chē)所有設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)相關(guān)設(shè)置進(jìn)行修改。

2.4 4K單邊制作系統(tǒng)

4K單邊連線制作系統(tǒng)以12G基帶信號(hào)為主要制作接口模式，配置4臺(tái)12G訊道攝像機(jī)和1臺(tái)自帶幀同步功能的8路12G 4K切換臺(tái)。音頻系統(tǒng)核心設(shè)備為1臺(tái)16路數(shù)字調(diào)音臺(tái)，外接信號(hào)和攝像機(jī)基站輸出數(shù)字音頻信號(hào)為信號(hào)輸入源，視音頻信號(hào)通過(guò)4K多功能格式處理器完成加嵌后輸出至矩陣。4K切換臺(tái)自帶畫(huà)面分割HDMI信號(hào)輸出，接入電視墻的HDMI輸入可實(shí)現(xiàn)監(jiān)看。TALLY和攝像機(jī)通話(huà)系統(tǒng)均完整配備。4K單邊制作系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 4K單邊制作系統(tǒng)圖

2.5 5G+4K網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

由于5G+4K網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)在本車(chē)立項(xiàng)階段時(shí)尚無(wú)成熟穩(wěn)定的一體化4K網(wǎng)絡(luò)編碼產(chǎn)品，因此從實(shí)用性和設(shè)備使用效率最大化角度出發(fā)，共用衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的4K編碼調(diào)制器，將編碼后的ASI信號(hào)輸出至原有的高清網(wǎng)絡(luò)編碼器，添加SRT或ZIXI網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議后送至5G CPE，推送至目的IP地址，解碼接收過(guò)程采用同樣方式。從安全播出的角度考慮，5G信號(hào)傳輸系統(tǒng)也按照1∶1冗余設(shè)計(jì)配備。具體系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 5G+4K網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)圖

2.6 改裝車(chē)體系統(tǒng)

2.6.1 車(chē)體選擇及改裝

轉(zhuǎn)播車(chē)底盤(pán)選取4.5 m軸距的中國(guó)重汽汕德卡C5H 4×2，后橋帶空氣懸掛，國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。改裝完成后，車(chē)體長(zhǎng)寬高尺寸為8 620 mm×2 500 mm× 3 800 mm。全車(chē)從前至后分為駕駛室、工作區(qū)、維修區(qū)以及線纜區(qū)。全車(chē)總質(zhì)量為13 420 kg，全車(chē)配重符合設(shè)計(jì)要求。改裝廂體采用鋼結(jié)構(gòu)鋁蒙皮架構(gòu)，骨架間填充40 mm阻燃擠塑板保溫材料。考慮到車(chē)體配重和整車(chē)高度控制的因素，天線底座位于車(chē)體中部，采取車(chē)頂下嵌式向后開(kāi)合安裝。車(chē)體布局透視圖如圖4所示，工作狀態(tài)下實(shí)車(chē)整體外觀如 圖5所示。

圖4 車(chē)體側(cè)視透視圖

圖5 實(shí)車(chē)整體外觀圖

車(chē)內(nèi)配置4個(gè)19英寸33 U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，其中一個(gè)機(jī)柜為供電系統(tǒng)獨(dú)立使用。工作臺(tái)面由防火板制作，電視墻安裝合頁(yè)氣彈簧。電視墻可向上翻轉(zhuǎn)，便于檢修。

2.6.2 配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)主要分為交流供電系統(tǒng)和直流供電系統(tǒng)。交流供電系統(tǒng)主要設(shè)備為2臺(tái)10 kVA的UPS、25 kVA隔離變壓器以及柴油發(fā)電機(jī)（14NE）。轉(zhuǎn)播車(chē)外接市電輸入為380 V三相五線制交流電源。外接市電輸入隔離變壓器后，將B相和C相分配給2臺(tái)UPS后輸出至各機(jī)柜電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）作為技術(shù)用電，A相為非技術(shù)用電。外電中斷時(shí)，兩臺(tái)UPS可為技術(shù)設(shè)備提供時(shí)長(zhǎng)不低于15 min的供電，保證設(shè)備供電不中斷，以便有足夠時(shí)間啟動(dòng)車(chē)載發(fā)電機(jī)作為備份電源。各輸入輸出電源關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)具有檢測(cè)監(jiān)看手段。配置長(zhǎng)度為100 m的6 mm2供電電纜，外電輸入接頭為63 A曼奈科斯工業(yè)電源接插頭，并附有63 A轉(zhuǎn)32 A的轉(zhuǎn)換線。直流供電系統(tǒng)主要為照明、支撐腿以及電纜盤(pán)等輔助設(shè)備供電，配置兩個(gè)24 V、150 AH免維護(hù)直流電池為供電電源，有交流電源時(shí)可自動(dòng)充電。

2.6.3 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)系統(tǒng)由3臺(tái)分體式空調(diào)組成。工作區(qū)配置1臺(tái)3匹空調(diào)，設(shè)備區(qū)配置,1臺(tái)3匹空調(diào)和1臺(tái)1.5匹空調(diào)。機(jī)柜區(qū)安裝玻璃門(mén)分隔工作區(qū)與設(shè)備區(qū)，便于設(shè)備區(qū)供冷形成循環(huán)，工作狀態(tài)冷量充足，3臺(tái)空調(diào)可同時(shí)工作且互為備份。

3 衛(wèi)星傳輸信號(hào)檢測(cè)

項(xiàng)目建設(shè)完成后，廣東廣播電視臺(tái)委托具有國(guó)家廣播電視總局專(zhuān)業(yè)信號(hào)檢測(cè)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對(duì)全車(chē)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行了衛(wèi)星上行下行全鏈路測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可知，本車(chē)在上行 36 Mb·s-1轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬時(shí)接收余量較足，接收信號(hào)的PQR和PSNR指標(biāo)良好，完全滿(mǎn)足4K信號(hào)傳輸需求且有足夠安全冗余。

表1 4K信號(hào)衛(wèi)星傳輸全鏈路測(cè)試數(shù)據(jù)表

4 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目建設(shè)從立項(xiàng)到實(shí)施完成，克服了預(yù)算資金緊、工期緊以及目標(biāo)定位高的困難，通過(guò)內(nèi)部挖潛和盤(pán)活現(xiàn)有閑置設(shè)備，節(jié)省了大量建設(shè)資金。項(xiàng)目凝聚了廣東廣播電視臺(tái)外場(chǎng)信號(hào)傳輸技術(shù)團(tuán)隊(duì)的智慧和心血。系統(tǒng)簡(jiǎn)便實(shí)用，操作環(huán)節(jié)清晰直觀。系統(tǒng)投入使用后，多次順利完成大型4K直播活動(dòng)的傳輸任務(wù)，是廣東廣播電視臺(tái)外場(chǎng)4K信號(hào)直播的可靠平臺(tái)。