衛(wèi)星通信在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用研究

李 晨

（甘肅省廣播電視局無(wú)線傳輸中心，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

衛(wèi)星通信在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到重視，它通過人造衛(wèi)星傳輸信號(hào)的技術(shù)為廣播電視提供了廣泛的覆蓋，具有實(shí)時(shí)性和高效性。文章探討了衛(wèi)星通信的基本原理、不同類型的通信衛(wèi)星及其特點(diǎn)，并分析了衛(wèi)星通信在4K/8K超高清節(jié)目傳輸、應(yīng)急廣播和新聞報(bào)道等領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)與挑戰(zhàn)。深入研究衛(wèi)星通信在廣播電視中的應(yīng)用，有助于推動(dòng)其在媒體傳播領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 衛(wèi)星通信概述

1.1 衛(wèi)星通信的定義和特點(diǎn)

衛(wèi)星通信是通過把信號(hào)發(fā)送到地球軌道的人造衛(wèi)星，再由該衛(wèi)星以特定頻率將信號(hào)返回地面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信的技術(shù)。衛(wèi)星通信的可覆蓋范圍極廣，能夠?yàn)槠h(yuǎn)地區(qū)和廣大不設(shè)線路的區(qū)域提供便利的通信服務(wù)，可利用無(wú)線電頻段進(jìn)行多種業(yè)務(wù)通信，通信容量大。衛(wèi)星通信可以提供高質(zhì)量的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻通信服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)個(gè)體之間的通信，適用于航空、海洋等領(lǐng)域。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)使其在極端天氣、關(guān)鍵時(shí)刻及遙遠(yuǎn)地區(qū)的通信中占據(jù)著不可替代的地位[1]。

1.2 衛(wèi)星通信的工作原理

衛(wèi)星通信的工作原理基于無(wú)線電波的傳輸。地球的通信站或普通用戶的通信設(shè)備會(huì)將信息轉(zhuǎn)換為無(wú)線電波，然后通過天線發(fā)射到衛(wèi)星上。人造衛(wèi)星擔(dān)任中繼站的角色，收到無(wú)線電波后會(huì)進(jìn)行調(diào)制處理，再通過衛(wèi)星的通信天線以另一個(gè)頻率將調(diào)制后的信息發(fā)送回地球。地面接收站或普通用戶的接收設(shè)備接收到這些信息后，會(huì)將其解調(diào)成原始的語(yǔ)音、視頻或數(shù)據(jù)信息。這種由地面站到衛(wèi)星，再?gòu)男l(wèi)星到地面站的通信模式使得衛(wèi)星通信能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍和復(fù)雜環(huán)境下的通信，不受地形地貌的限制，覆蓋能力強(qiáng)大并具有高可靠性[2]。

1.3 通信衛(wèi)星的類型

根據(jù)軌道高度和特性，通信衛(wèi)星主要可以分為3種類型：地球同步軌道衛(wèi)星、中軌道地球（Medium Earth Orbit，MEO）衛(wèi)星和低軌道地球（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星。地球同步軌道衛(wèi)星主要在赤道面上距離地球約36 000 km的軌道上運(yùn)行，其運(yùn)行速度和地球自轉(zhuǎn)速度一致，可以固定覆蓋在地球的某個(gè)區(qū)域，常用于廣播、電視、電話和互聯(lián)網(wǎng)通信。MEO衛(wèi)星距離地球2 000～36 000 km，運(yùn)行周期短，覆蓋面積小于地球同步軌道衛(wèi)星，但是大于LEO衛(wèi)星，主要用于全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）。LEO衛(wèi)星距離地球400～2 000 km，運(yùn)行周期短，覆蓋面積小，但是信號(hào)延遲低，可以實(shí)現(xiàn)更快的通信，主要應(yīng)用于電話通信、數(shù)據(jù)通信和地球觀測(cè)等領(lǐng)域[3]。

2 衛(wèi)星通信在廣播電視領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)

2.1 對(duì)地覆蓋的廣泛性

衛(wèi)星通信的一個(gè)顯著特性是其對(duì)地覆蓋的廣泛性。地球同步衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的大部分地區(qū)，適合廣大地區(qū)的廣播和電視服務(wù)。具體覆蓋范圍視軌道位置和天線設(shè)計(jì)而定，一顆地球同步衛(wèi)星理論上可以覆蓋地球表面1/3的區(qū)域。MEO衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星雖然覆蓋范圍較小，但是由于其軌道較低，地球上的任何位置只需在衛(wèi)星過境的時(shí)間段內(nèi)都可以通過天線接收到衛(wèi)星信號(hào)。因此，通常采用多顆MEO或LEO衛(wèi)星組成的星座來(lái)實(shí)現(xiàn)全球的連續(xù)覆蓋。這種廣泛的覆蓋使衛(wèi)星通信成為偏遠(yuǎn)地區(qū)、海洋、航空及其他無(wú)法通過傳統(tǒng)通信手段服務(wù)區(qū)域的理想通信方式[4]。

2.2 實(shí)時(shí)性和高效性

實(shí)時(shí)性和高效性是衛(wèi)星通信的核心優(yōu)勢(shì)。無(wú)論發(fā)送和接收信息的兩端距離有多遠(yuǎn)，衛(wèi)星通信都能夠保證信息傳遞的即時(shí)性。特別是在進(jìn)行全球性的實(shí)時(shí)廣播、會(huì)議通信或者緊急信息發(fā)布時(shí)，衛(wèi)星通信展現(xiàn)出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行高效的編碼和復(fù)用，衛(wèi)星通信能在有限的頻率資源內(nèi)同時(shí)傳輸大量的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻信息，顯示出極高的傳輸效率。因此，衛(wèi)星通信在廣電、氣象、救援等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[5]。

2.3 技術(shù)和管理的挑戰(zhàn)

盡管衛(wèi)星通信具備顯著優(yōu)勢(shì)，但是也面臨著一些技術(shù)和管理上的挑戰(zhàn)。在技術(shù)上，衛(wèi)星通信的信號(hào)常受到大氣影響，可能導(dǎo)致傳輸質(zhì)量下降，而建設(shè)和維護(hù)衛(wèi)星設(shè)施需要投入大量人力和財(cái)力。在管理上，全球范圍內(nèi)的頻譜資源有限，需要進(jìn)行嚴(yán)格的頻率管理和分配，避免頻率沖突。此外，信息安全也是一個(gè)嚴(yán)峻的問題，包括如何有效防范黑客攻擊、確保信息的機(jī)密性等。在未來(lái)，衛(wèi)星通信應(yīng)致力于解決這些挑戰(zhàn)，提升服務(wù)質(zhì)量，滿足日益增長(zhǎng)的通信需求[6]。

3 衛(wèi)星通信在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 衛(wèi)星通信在4K/8K超高清節(jié)目的傳輸

隨著消費(fèi)者對(duì)畫質(zhì)需求的提高，4K和8K超高清電視節(jié)目的傳輸成為當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。由于4K/8K視頻的分辨率極高，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也相應(yīng)增大，對(duì)傳輸設(shè)備和方式的要求更高，衛(wèi)星通信的應(yīng)用使得4K/8K超高清電視節(jié)目的傳輸成為可能。相對(duì)于傳統(tǒng)的有線和無(wú)線電視信號(hào)傳輸方式，衛(wèi)星通信的帶寬更大，能夠有效應(yīng)對(duì)大數(shù)據(jù)量的視頻傳輸需求。同時(shí)，衛(wèi)星通信覆蓋范圍廣，不受地理限制，能將高清電視節(jié)目快速傳輸?shù)饺蚋鞯豙7]。目前，多個(gè)機(jī)構(gòu)和電視頻道都已經(jīng)通過衛(wèi)星傳輸4K甚至8K的視頻信號(hào)，并在全球范圍內(nèi)播放。隨著科技的不斷發(fā)展，未來(lái)衛(wèi)星通信將承載更多的超高清電視節(jié)目傳輸任務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶在家就能享受影院級(jí)別的視聽體驗(yàn)。2023年11月，我國(guó)新一代廣播電視專用傳輸衛(wèi)星中星6E衛(wèi)星成功發(fā)射。它基于我國(guó)自主研發(fā)的東方紅四號(hào)增強(qiáng)型衛(wèi)星平臺(tái)，搭載C、Ku等多頻段廣播通信載荷，配備4路高頻帶寬通道，支持36 000 km外傳輸8K信號(hào)，廣播電視資源主要覆蓋中國(guó)、東南亞、澳大利亞等區(qū)域，為觀眾提供分辨率更高、畫面更清晰、細(xì)節(jié)更出色的8K超高清廣播電視節(jié)目[8]。

3.2 衛(wèi)星通信在應(yīng)急廣播領(lǐng)域的應(yīng)用

在應(yīng)急廣播領(lǐng)域，衛(wèi)星通信必不可少。無(wú)論是自然災(zāi)害還是人為事故，地面基礎(chǔ)設(shè)施都可能出現(xiàn)被破壞或無(wú)法立即建立的問題，衛(wèi)星通信的覆蓋性和抗干擾性能使其成為緊急情況下傳播信息的理想選擇。地震、洪水等自然災(zāi)害發(fā)生后，衛(wèi)星通信無(wú)須建立地面設(shè)施，能夠立即提供無(wú)線電廣播服務(wù)，用于發(fā)布警告、通知避難等重要信息。在大規(guī)模停電或網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下，衛(wèi)星廣播用來(lái)傳播最新信息，并向公眾發(fā)布有關(guān)恢復(fù)服務(wù)的通知。衛(wèi)星通信還用于在災(zāi)難發(fā)生后的搜索和救援行動(dòng)，通過衛(wèi)星電話和數(shù)據(jù)鏈接的方式為救援隊(duì)伍提供通信支持，從而更有效地進(jìn)行救援操作。例如，遼寧省應(yīng)急廣播體系由指揮調(diào)度平臺(tái)、機(jī)動(dòng)播發(fā)平臺(tái)、應(yīng)急廣播頻率播發(fā)平臺(tái)3部分組成，其中機(jī)動(dòng)播發(fā)平臺(tái)包括前導(dǎo)車、指揮車和發(fā)射車，配備高通量衛(wèi)星通信系統(tǒng)、天通衛(wèi)星電話，在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，保證第一時(shí)間在災(zāi)情一線開展信息采集、應(yīng)急通信和應(yīng)急播發(fā)等工作。

3.3 衛(wèi)星通信在新聞報(bào)道中的應(yīng)用

衛(wèi)星通信在新聞報(bào)道中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為提供實(shí)時(shí)、高質(zhì)量的新聞傳輸手段，它使得新聞?dòng)浾吣軌蛟谌蛉魏蔚胤綄?shí)時(shí)傳送現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道的文字、圖片和視頻信息。通過衛(wèi)星通信設(shè)備，記者們能夠?qū)⑿畔⒀杆賯魉突匦侣勚行?，并快速發(fā)布給公眾。相比傳統(tǒng)的新聞傳輸方式，衛(wèi)星通信提供了更高質(zhì)量的音頻和視頻信息。無(wú)論距離多遠(yuǎn)，或者地形多復(fù)雜，衛(wèi)星通信都能保證傳輸過程中信息的清晰度和完整性。衛(wèi)星通信還應(yīng)用于移動(dòng)新聞報(bào)道單位，如新聞直播車等，記者隨時(shí)可以對(duì)事件現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行直播報(bào)道，而無(wú)須擔(dān)心通信設(shè)施的問題。以2022年北京冬奧會(huì)為例，衛(wèi)星通信在冬奧會(huì)賽事傳輸中發(fā)揮關(guān)鍵作用。中星6C衛(wèi)星和中星9B衛(wèi)星承擔(dān)著冬奧會(huì)比賽節(jié)目的傳輸任務(wù)，實(shí)現(xiàn)覆蓋中央電視臺(tái)、地方衛(wèi)視臺(tái)在內(nèi)的68套電視節(jié)目及17套廣播節(jié)目的正常運(yùn)行，為全世界觀眾呈現(xiàn)一場(chǎng)超高清冰雪比賽的視覺盛宴。

4 結(jié)語(yǔ)

在廣播電視領(lǐng)域，衛(wèi)星通信的廣泛應(yīng)用展現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星通信以其覆蓋廣泛、實(shí)時(shí)高效的特性，為超高清節(jié)目傳輸、應(yīng)急廣播和新聞報(bào)道提供了可靠支持。但是，技術(shù)挑戰(zhàn)、頻譜管理和信息安全等問題仍需解決。未來(lái)，衛(wèi)星通信將持續(xù)演進(jìn)，應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的通信需求，為廣播電視領(lǐng)域帶來(lái)更多創(chuàng)新。