西藏衛(wèi)視高標(biāo)清同播方案研究

周賢祿

（西藏廣播影視節(jié)目傳輸中心，西藏 拉薩 850000）

1 高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案綜述

1.1 高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.1.1 高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)思想

（1）除滿足國(guó)家廣播電視總局對(duì)于電視衛(wèi)星地球站技術(shù)系統(tǒng)配置的具體要求外，應(yīng)采用具備可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)，保留未來(lái)可擴(kuò)展至4K傳輸?shù)念A(yù)留接口，并具備當(dāng)前高清電視節(jié)目衛(wèi)星傳輸?shù)目煽啃阅堋?/p>

（2）符合國(guó)家廣播電視總局關(guān)于省級(jí)臺(tái)的主要頻道必須實(shí)施高標(biāo)清同播的要求，當(dāng)前，高清與標(biāo)清電視節(jié)目衛(wèi)星傳輸能力各自具有不同的現(xiàn)實(shí)意義，確保兩種清晰度的電視節(jié)目衛(wèi)星傳輸鏈路相互獨(dú)立，均可不間斷播出，也可將高清節(jié)目作為標(biāo)清節(jié)目的備份。

（3）充分考慮利用普遍使用的標(biāo)清傳輸系統(tǒng)已有硬件及相關(guān)配套設(shè)施，避免浪費(fèi)或重復(fù)投資，設(shè)計(jì)科學(xué)、有充分的冗余手段及擴(kuò)展能力[2]。

1.1.2 高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案簡(jiǎn)述

未來(lái)西藏廣播電視臺(tái)將提供高清AVS+格式信號(hào)傳輸至地球站機(jī)房，原有標(biāo)清節(jié)目以SDI格式傳輸至地球站機(jī)房，出于安全播出的需要，高清標(biāo)清節(jié)目流通過(guò)各自的衛(wèi)星發(fā)射鏈路進(jìn)行上行傳輸。

1.2 高標(biāo)清同播系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 高標(biāo)清同播編碼調(diào)制系統(tǒng)方案

1.2.1.1 帶寬估算

按照國(guó)家廣電總局《廣播電視先進(jìn)視頻編解碼（AVS+）技術(shù)應(yīng)用實(shí)施指南》中對(duì)于衛(wèi)星傳輸分發(fā)數(shù)字電視的技術(shù)應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)，新上星的高清數(shù)字電視頻道，建議視音頻總碼率不低于12 Mbps，壓縮碼率不低于384 kbps，按照如上原則設(shè)計(jì)，西藏藏語(yǔ)/漢語(yǔ)衛(wèi)視兩套高清節(jié)目視頻編碼采用AVS+方式，編碼速率為2×12 Mbps，音頻編碼采用杜比AC-3方式，編碼速率為2×448 kbps；考慮到廣播節(jié)目、SI及數(shù)據(jù)信息碼率、加密信息等TS流總有效傳輸碼率大于27 Mbps，衛(wèi)星傳輸信道編碼采用DVB-S QPSK調(diào)制方式，信息碼率約為27.65 Mbps，如果加入西藏衛(wèi)視兩套標(biāo)清節(jié)目流信息（帶寬12 MHz以上），那么混合藏漢語(yǔ)兩套高標(biāo)清電視節(jié)目的衛(wèi)星帶寬會(huì)達(dá)到36 Mbps左右，考慮到現(xiàn)實(shí)情況，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源非常緊張，整租一個(gè)36 Mbps轉(zhuǎn)發(fā)器的情況幾乎不存在，并且高清和標(biāo)清節(jié)目流同在一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，之間也不能形成備份機(jī)制。鑒于以上原因，高清上行需要單獨(dú)租用約2/3個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，標(biāo)清需單獨(dú)租用約1/3個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，并需要具備兩種清晰度節(jié)目流上行至不同衛(wèi)星的能力[3]。

1.2.1.2 編碼

（1）西藏衛(wèi)視高清節(jié)目編碼在西藏廣播電視臺(tái)完成，由西藏廣播電視臺(tái)提供ASI信號(hào)（含嵌入伴音及廣播信號(hào)）經(jīng)兩路不同路由光纜，傳送到地球站機(jī)房視頻信號(hào)源矩陣后輸出至高清1：1復(fù)用器。

（2）標(biāo)清SDI信號(hào)（含嵌入伴音及廣播信號(hào)）經(jīng)兩路不同路由光纜輸送至地球站機(jī)房于地球站完成壓縮編碼后，輸出至標(biāo)清1：1復(fù)用器。

（3）墊播服務(wù)器。高清輸出AVS+編碼帶臺(tái)標(biāo)的高清西藏衛(wèi)視清流信號(hào)；標(biāo)清輸出ASI帶臺(tái)標(biāo)的標(biāo)清西藏衛(wèi)視清流信號(hào)，均送入視頻信號(hào)源矩陣，作為應(yīng)急墊播信號(hào)。

1.2.2 復(fù)用

高清節(jié)目流經(jīng)兩臺(tái)高清1：1復(fù)用器分別輸出兩路信號(hào)送入各自調(diào)制器輸入端，完成復(fù)用及加擾。復(fù)用器選型應(yīng)具備輸出鏡像功能，可同時(shí)輸出加擾流與清流信號(hào)，并通過(guò)網(wǎng)管、矩陣進(jìn)行切換，當(dāng)節(jié)目源或加擾信號(hào)故障時(shí)，通過(guò)矩陣選取正常的清流信號(hào)，或通過(guò)復(fù)用器選擇墊播信號(hào)。

標(biāo)清節(jié)目流無(wú)加擾需求，經(jīng)標(biāo)清1：1復(fù)用器后輸出兩路信號(hào)送入標(biāo)清調(diào)制器。

1.2.3 上行鏈路分系統(tǒng)

1.2.3.1 上星波段的選擇

由于Ku波段電波波長(zhǎng)與雨滴大小相近，存在雨衰現(xiàn)象。而C波段電波空間傳輸幾乎可以忽略雨衰問(wèn)題，避免其造成的影響，而且接收穩(wěn)定。因此，西藏高清同波頻道衛(wèi)星地球站項(xiàng)目也選擇C波段進(jìn)行衛(wèi)星傳輸。

1.2.3.2 天線部分

（1）衛(wèi)星發(fā)射天線前方凈空及電磁要求。按照廣播電視衛(wèi)星地球站場(chǎng)地要求，天線工作頻段為C頻段時(shí)，管形波束保護(hù)角度應(yīng)大于等于5°，天線前方障礙物形成天際線仰角不得大于衛(wèi)星天線實(shí)際工作仰角與管形波束保護(hù)角度之差，據(jù)此按照?qǐng)龅貙?shí)際情況推算天線前方凈空具體數(shù)據(jù)。

發(fā)射場(chǎng)地選址應(yīng)避開(kāi)大型機(jī)場(chǎng)及電氣化鐵路等強(qiáng)電磁干擾環(huán)境，并結(jié)合天線指向綜合考慮應(yīng)避開(kāi)空中航線的干擾，地球站衛(wèi)星天線無(wú)論發(fā)射或接收都具有很強(qiáng)的指向性和高增益，如飛機(jī)導(dǎo)航之類電子設(shè)備產(chǎn)生的電磁信號(hào)可能被地球站衛(wèi)星天線接收并造成干擾，衛(wèi)星地球站發(fā)射場(chǎng)址的選擇應(yīng)綜合考慮上述情況。

（2）天線口徑選擇。近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)發(fā)射了多顆可用于廣播電視傳輸?shù)男l(wèi)星，然而對(duì)于日益增長(zhǎng)的信息通信需求，衛(wèi)星資源依然有限，兩種清晰度衛(wèi)視節(jié)目的轉(zhuǎn)發(fā)器很可能需要租用不同的衛(wèi)星。即使位于同一顆星的不同轉(zhuǎn)發(fā)器，如面臨資源重新調(diào)整，仍需整套的轉(zhuǎn)星預(yù)案和相關(guān)流程，在這種情況下，使用同一套衛(wèi)星發(fā)射天線同時(shí)播出高清節(jié)目與標(biāo)清節(jié)目的可能性較低。因此，兩種清晰度電視節(jié)目需要各自的衛(wèi)星發(fā)射天線，并且需要各自擁有主備份衛(wèi)星發(fā)射天線，高標(biāo)清同播共需四座發(fā)射天線。主、備上行鏈路可用度按99.996%考慮，綜合拉薩市及C波段衛(wèi)星上行ERIP需要，發(fā)射天線口徑至少需要在9米以上，除滿足基礎(chǔ)性能要求外，統(tǒng)一主備發(fā)射天線口徑可確保主備切換時(shí)信號(hào)功率不會(huì)有大的波動(dòng)。

新建設(shè)的發(fā)射天線需要根據(jù)實(shí)際位置，建設(shè)符合規(guī)定的避雷設(shè)施并要與原有場(chǎng)址避雷設(shè)施統(tǒng)籌考慮。

1.2.3.3 上變頻器部分

上變頻器的主要作用是將中頻已調(diào)信號(hào)（常用70 MHz）變換成衛(wèi)星通信上行頻率，這樣易于信號(hào)發(fā)射以及實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用，高清與標(biāo)清應(yīng)分別配置1：1上變頻主備單元。

1.2.3.4 射頻功率設(shè)備

（1）衛(wèi)星上行高功率放大器。高功放設(shè)備是地球站發(fā)射系統(tǒng)的核心設(shè)備，它將經(jīng)調(diào)制后的射頻信號(hào)放大到符合需求的功率電平，通過(guò)饋線傳輸至衛(wèi)星發(fā)射天線并向衛(wèi)星發(fā)射。廣播電視衛(wèi)星傳輸對(duì)于高功率放大器的可靠性指標(biāo)有極高要求，同時(shí)為滿足抗意外干擾的需求，高功放需具備極快得響應(yīng)和良好的線性，因此，選擇KPA（Klystron Power Amplifier，速調(diào)管功率放大器）是較為成熟的方式。KPA具有大功率、高增益、線性好、功率穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，目前在國(guó)內(nèi)廣播電視衛(wèi)星發(fā)射中暫時(shí)具有不可替代的地位。單臺(tái)高功率放大器最大輸出功率需達(dá)到3 kW。

（2）上行功率自動(dòng)控制系統(tǒng)。設(shè)計(jì)配置上行功率自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)對(duì)異地接收的衛(wèi)星下行信號(hào)與本地不同口徑衛(wèi)星天線接收的衛(wèi)星下行信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)比對(duì)判斷，根據(jù)需要對(duì)上行鏈路進(jìn)行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)判斷干擾等異常情況造成本站載波非正常跌落。上行功率自動(dòng)控制系統(tǒng)需要具備自動(dòng)判別異態(tài)、自動(dòng)按照預(yù)設(shè)策略調(diào)整高功放輸出功率的能力，同時(shí)也可通過(guò)手動(dòng)操作臨時(shí)改變輸出功率及控制策略以應(yīng)對(duì)雨雪衰等常見(jiàn)情況。

1.3 冗余機(jī)制

高清衛(wèi)星上行系統(tǒng)中的主要設(shè)備均需具有冗余配置，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)或手動(dòng)切換，如復(fù)用設(shè)備、頻率變換設(shè)備、功率放大設(shè)備，至少需要按照1：1配置。為了確保源信號(hào)傳輸安全，傳輸?shù)降厍蛘镜男盘?hào)應(yīng)具備至少兩路不同路由方向的主備光信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不同路徑傳輸信號(hào)，確保信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。主要設(shè)備需要具備雙電源模塊，在供電上形成冗余能力，當(dāng)一路供電異?；蚬╇娔K故障時(shí)，可無(wú)縫切換到對(duì)應(yīng)備份電源鏈路。

1.4 節(jié)目流加密

只要處于衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)均可以接收高清電視信號(hào)，確保衛(wèi)星電視節(jié)目制作方的合法權(quán)益不受侵害，通常需要對(duì)高清節(jié)目流進(jìn)行加密，加密一般分為前端（廣播）和終端（接收）兩個(gè)部分組成，前端完成廣播數(shù)據(jù)的加擾并生成授權(quán)信息，完成解擾密鑰的加密工作。

綜合可靠性和安全性的要求，高清電視節(jié)目衛(wèi)星傳輸宜采用異地加密本地上行方式。遠(yuǎn)程異地加密是指授權(quán)管理信息生成器在本地，條件接收系統(tǒng)在遠(yuǎn)端異地，通過(guò)專用的通信鏈路將條件接收系統(tǒng)和指授權(quán)管理信息生成器進(jìn)行連通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)節(jié)目流的加密，是對(duì)本地直接加密的一種延伸技術(shù)手段。

遠(yuǎn)程加密信號(hào)可通過(guò)光纜等專用通信線路傳輸?shù)叫l(wèi)星地球站，對(duì)于取得的加密控制信息通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備輸送至高清主備鏈路復(fù)用器，然后對(duì)高清節(jié)目信號(hào)進(jìn)行加擾復(fù)用，將節(jié)目清流加擾成密流。復(fù)用器必須具備智能切換輸出功能，高清節(jié)目流加密功能也需要形成冗余機(jī)制，在一路加密控制失效時(shí)，可通過(guò)智能切換或人工切換，無(wú)縫使用備份加密生成信息，同時(shí)在遠(yuǎn)程傳送來(lái)的加密控制信息完全丟失的情況下，也可輸出高清清流信號(hào)的能力。

1.5 供配電分系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計(jì)的原則，需要配置不同來(lái)源的兩路外電，高清鏈路與標(biāo)清鏈路均獨(dú)立供電，主要播出設(shè)備的主備份單元，雙電源設(shè)備也需由不同的UPS系統(tǒng)供電，UPS電池組滿負(fù)載后備時(shí)間必須維持在30分鐘以上。發(fā)射場(chǎng)址需配備符合功率需求的柴油發(fā)電機(jī)，一旦兩路外電同時(shí)出現(xiàn)故障，發(fā)電機(jī)可自行啟動(dòng)，利用聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)方式接入供電線路。

1.6 播出監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)

根據(jù)高清系統(tǒng)鏈路走向，分別在信號(hào)源適配，清流切換開(kāi)關(guān)輸出、加擾器輸出、矩陣輸出、中頻調(diào)制器輸出、上變頻輸出、高功放的輸出，主備放發(fā)射天線的接收端、預(yù)警天線接收端、異地接收等設(shè)置監(jiān)測(cè)畫(huà)面，實(shí)時(shí)監(jiān)視播出效果，同時(shí)還要對(duì)同轉(zhuǎn)發(fā)器的其他衛(wèi)視節(jié)目、本轉(zhuǎn)發(fā)器信號(hào)的頻譜等設(shè)定監(jiān)視，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和判斷故障。

標(biāo)清系統(tǒng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與高清系統(tǒng)類似。

采用視頻錄像方式對(duì)播出鏈路各重要節(jié)點(diǎn)畫(huà)面信息進(jìn)行條件預(yù)設(shè)保存，高清標(biāo)清節(jié)目信源、高功放切換開(kāi)關(guān)輸出端信號(hào)及下行接收高清標(biāo)清節(jié)目信號(hào)、質(zhì)量和頻譜等信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄。

按照實(shí)際需求，監(jiān)測(cè)網(wǎng)管可能由一套以上的監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)組成：上下行高標(biāo)清節(jié)目流信息監(jiān)測(cè)、播出系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)和指標(biāo)監(jiān)測(cè)，播出系統(tǒng)和播出機(jī)房環(huán)境監(jiān)測(cè)、供電系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和換件監(jiān)測(cè)等。監(jiān)測(cè)信息多而復(fù)雜，需要通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)管整合至監(jiān)看大屏并實(shí)現(xiàn)設(shè)備或運(yùn)行狀態(tài)異態(tài)聲光告警提示，并對(duì)異態(tài)數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)條件儲(chǔ)存在監(jiān)測(cè)網(wǎng)管上，可隨時(shí)通過(guò)條件查詢獲取以往記錄。

1.7 防雷與接地

閃電形成的電壓和電流有瞬間高度變換的特點(diǎn)，輻射電磁波頻譜極寬。衛(wèi)星地球站防雷系統(tǒng)應(yīng)采取綜合的防雷措施，防止過(guò)壓過(guò)流燒毀器件或設(shè)備，防止電磁干擾播出設(shè)備的主要手段有：合理設(shè)計(jì)避雷針和引雷器件、符合防雷規(guī)范的接地系統(tǒng)、線纜電磁屏蔽、設(shè)計(jì)安裝SPD（防感應(yīng)雷擊的避雷器件）防止雷擊時(shí)感應(yīng)出過(guò)電壓，傳入線路兩端的電子設(shè)備。

合格的接地網(wǎng)對(duì)于播出安全、人身安全、電子設(shè)備安全、防雷都具有重要意義，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)時(shí)需實(shí)地勘測(cè)，選擇合適的接地網(wǎng)實(shí)施方案，以達(dá)到相關(guān)部門的具體要求。

2 效益分析

隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍進(jìn)步，廣播電視事業(yè)也隨之得到了迅猛發(fā)展，廣電設(shè)備行業(yè)的數(shù)字化趨勢(shì)十分明顯，在數(shù)字化的基礎(chǔ)上，高清、安全、可控也逐步提上日程，及時(shí)建成西藏衛(wèi)視高清節(jié)目衛(wèi)星覆蓋系統(tǒng)對(duì)于適應(yīng)文化傳播需求和數(shù)字傳播需求具有重大意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

西藏衛(wèi)視藏語(yǔ)、漢語(yǔ)高清電視節(jié)目上星是大勢(shì)所趨，根據(jù)建設(shè)和運(yùn)行的效益最大化原則，綜合利用現(xiàn)有地球站的標(biāo)清上行設(shè)施設(shè)備，并尋求合適場(chǎng)址新建高標(biāo)清同播衛(wèi)星上行系統(tǒng)，高清節(jié)目需要租用2/3個(gè)36 MHz C波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，標(biāo)清節(jié)目需要租用1/3個(gè)36 MHz C波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，高標(biāo)清節(jié)目同播需要地球站建設(shè)兩組主備共四副發(fā)射天線，并設(shè)計(jì)播出機(jī)房、配電機(jī)房等?！?/p>