+ 胡曉東 (湖北荊州視信網(wǎng)絡公司)袁友(湖北威荊州電視臺)
相比此千年的國內(nèi)外廣播衛(wèi)星和直播衛(wèi)星,中星9號有自己的技術特點和技術優(yōu)勢,也有適應國情而待開發(fā)與采用的設備資源,對其進行研究意義重大。
直播衛(wèi)星平臺的傳輸系統(tǒng)主要包括地面發(fā)送系統(tǒng)、空中轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)和地面接收系統(tǒng)。
目前中國直播衛(wèi)星播出前端廣泛采用了目前較為成熟的MPEC-2信源編碼和中國自主知識產(chǎn)權的ABS-S信道編碼與調(diào)制技術(下行頻率為12180MHz的CCTV-1采用歐洲的DVB-S2傳送,例外)。信道編碼效率(FEC)從1/2至13/15不等,調(diào)制方式主要有QPSK和8PSK兩種。正在運行之中的中星9號衛(wèi)星廣播系統(tǒng)的FEC為3/4,調(diào)制方式為QPSK,符號率為28.8Ms/s,系統(tǒng)碼率達43.2Mb/s。其地面發(fā)送系統(tǒng)的參考模型如圖1所示。
如圖1,一個MPEC-2編碼組可為12套電視節(jié)目進行編碼,一個調(diào)制器可處理的多節(jié)目TS流可達12套(標準清晰度)。
中星9號直播衛(wèi)星裝載轉(zhuǎn)發(fā)器22個,其中4個帶寬為54MHz、18個帶寬為36MHz,連接2副接收天線和2副發(fā)射天線。目前使用國際電聯(lián)統(tǒng)一規(guī)劃的工作頻段。上行頻段為17.3-17.8GHz,下行頻段為11.7-12.2GHz。行波管輸出功率為120W/240W(單管/并聯(lián))。天線采用圓極化方式。目前已開通的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)為10個。其中9個轉(zhuǎn)發(fā)器傳送中央臺十余套基本電視節(jié)目(含中央3、5、6、8套,不含中9)、數(shù)十套省級衛(wèi)視(包括維語、蒙古語、藏語等少數(shù)民族語言電視廣播)以及延邊衛(wèi)視(朝鮮語)和農(nóng)林衛(wèi)視,采用標清方式;另占用1個轉(zhuǎn)發(fā)器傳送數(shù)十套廣播電視節(jié)目。其中近二十套電視節(jié)目及所有廣播節(jié)目免費傳送,其余節(jié)目加密。為確保CCTV-1的安全傳輸,其占用了3個轉(zhuǎn)發(fā)器。
圖1 中星9號地面發(fā)送系統(tǒng)示意圖
目前中國直播衛(wèi)星主要采用數(shù)十厘米左右直徑的拋物面天線(含圓極化Ku波段高頻頭),采用ABS-S標準的專用衛(wèi)星解碼器。截至筆者發(fā)稿之日止,中國通過正規(guī)途徑招標和“山寨鍋”累計超過1億5千萬臺。其中國家廣電總局分四次對(中國)直播衛(wèi)星終端招標的數(shù)量過億臺,另有數(shù)千萬臺為在黑市銷售和使用的非法終端。雖然廣電總局近年通過加密和多次終端升級等措施打壓非法產(chǎn)品,但可觀的利潤和黑客的加入給不法廠商以“助推力”。目前通過黑客的升級程序,“山寨鍋”可免費接收十余至數(shù)十套電視節(jié)目。
在正版終端方面,十二五“初期廣電總局用于“戶戶通”工程的中國直播衛(wèi)星接收終端,采用0.45~0.6m衛(wèi)星天線和多功能直播衛(wèi)星綜合接收解碼器(以下簡稱接收機)。以某公司的DVS-968TL接收機為例,其為雙模配置,除接收中星9號直播衛(wèi)星信號外,還可接收當?shù)貒鴺说孛鏀?shù)字電視節(jié)目,帶解密卡,加配了GSM模塊、GPRS定位模塊和外置語音盒??衫帽緳C自帶的揚聲器實現(xiàn)電視節(jié)目“單獨聽,配上與語音盒連接的電視機還可通過移動基站接打電話,還具有終端的區(qū)域鎖定功能。
隨著直播衛(wèi)星“戶戶通”工程的推進及社會主義新農(nóng)村的建設發(fā)展,預計“十二五”中后期直播衛(wèi)星的各種技術資源將逐步被開發(fā)。
隨著2011年下半年中國首款自主研發(fā)的、支持中國直播衛(wèi)星AVS標準的信源解碼芯片面世,在直播衛(wèi)星系統(tǒng)中采用效率和性能與H.264相當?shù)男旁淳幗獯a方式成為可能。故(通過直播衛(wèi)星)傳送高清電視節(jié)目在考慮地球站發(fā)送設備對AVS的支持外,同時還需開通閑置的轉(zhuǎn)發(fā)器。鑒于中星9號直播衛(wèi)星的22個轉(zhuǎn)發(fā)器中,有4個帶寬為54MHz、18個為36MHz。故筆者建議用36MHz轉(zhuǎn)發(fā)器傳送高清電視節(jié)目,1個轉(zhuǎn)發(fā)器發(fā)送4套,力爭在“十二五”末期啟用此類轉(zhuǎn)發(fā)器5個,傳送16套高清節(jié)目(其中1個轉(zhuǎn)發(fā)器作為CCTV-高清等重要節(jié)目的備份)。
“戶戶通”面向廣大的偏遠山區(qū)、農(nóng)牧民,其對接收設備資源利用的基本要求是:①天線口徑盡可能小,天線口徑越小,其半功率角(HP)越大,對天線的指向要求就不是十分敏感,這對于草原上不斷遷徙的農(nóng)牧民較為有利;②接收機的菜單盡可能簡單,遙控器的操作盡量便捷。
對未來“戶戶通”接收天線的口徑,筆者建議西部地區(qū)選用45cm的,而對東部全年降雨量不大的地區(qū),則可考慮選用口徑為20cm的。這是因為口徑的大小與接收點的信號強度Pi和信號質(zhì)量Eb/N0的值有關。
只要衛(wèi)星天線的口徑選擇后,接收點的Pi在衛(wèi)星接收機的輸入電平范圍內(nèi),且Eb/N0大于門限值,即表示該尺寸的天線在該地接收可行。
衛(wèi)星接收機輸入電平的典型值為-60至-30dBm(48.8至78.8dBuV)。故衛(wèi)星接收機的輸入電平不應小于-60dBm。
中星9號直播衛(wèi)星采用ABS-S傳輸系統(tǒng),其Eb/N0門限為3.5-4dB。工程上取4dB。故中星9號直播衛(wèi)星接收點的Eb/N0應大于4dB。
按照衛(wèi)星傳輸理論,
(1)式中各量的含義為:
EIRP:轉(zhuǎn)發(fā)器的等效全向輻射功率,單位:dBW
BO:轉(zhuǎn)發(fā)器輸出功率回退
m:轉(zhuǎn)發(fā)器的載波數(shù)
圖2 中星9號直播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖
LF:電波的擴散損耗,用dB表示
GR:衛(wèi)星天線的增益,用dB表示
GL:高頻頭的增益,用dB表示
其中:
T:衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度
Rb:信號碼率,其値為:符號率*188/204*內(nèi)編碼率*2
10lgk是常數(shù),値為-228.6
根據(jù)中星9號直播衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的波束圖(見圖2),其EIRP在中國境內(nèi)的值為47-56dBW(約2%的區(qū)域除外,位于西南地區(qū))。
中星9號已運行的轉(zhuǎn)發(fā)器(均屬Ku波段)均采用MCPC(多路單載波)方式傳送。對于MCPC方式,理論上不考慮功率回退,則BO=0;一個轉(zhuǎn)發(fā)器用一個載波轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)目,則m=1。Ku波段電波的擴散損耗LF為205.8dB,Ku波段高頻頭的增益取60dB。衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度取100K。如圖1知,中國東部地區(qū)的EIRP值為54-56dBW,本文取54dBW。
當d=20cm時,設天線為合格檔次,其效率η=50%。不難求出,Ku波段直播衛(wèi)星下行信號的波長約為0.025m(對應頻率約為12GHz),那么天線增益GR的值為:
根據(jù)公式(1)
很顯然,Pi>48.8dBuV
根據(jù)公式(2)
上面Pi和Eb/N0的計算結(jié)果說明,采用20cm口徑天線,東部多數(shù)地區(qū)都能正常接收且有至少1.5dB的抗雨衰余量。若要進一步增加抗雨衰余量,則還可選用效率高一些的天線,如良好檔次60%,優(yōu)秀檔次70%和理論上的最大效率83%。根據(jù)公式(3),對應的E b/N 0余量分別增加10lg(60%/50%)、10lg(70%/50%)和10lg(83%/50%),即0.8、1.5和2.2。
對“十二五”后期直播衛(wèi)星“戶戶通”的接收機,筆者建議可增加硬件配置,安裝智能操作系統(tǒng),并通過與當?shù)匾苿庸炯夹g層面的合作,實現(xiàn)無線上網(wǎng);同時支持高清解碼。
接收機硬件最低配置:①主頻≥450MHz、內(nèi)存≥256M;②支持H.264、MPEG-2和AVS解碼格式;③帶RJ-45接口;④帶HDMI接口,支持雙USB OTG規(guī)范(以實現(xiàn)兩個USB端口間直接的數(shù)據(jù)傳輸),支持外接游戲手柄、無線鍵盤和大容量硬盤。目前ST公司的7105芯片已能滿足以上要求。
接收機軟件方面你,目前PC機與筆記本電腦以外的智能操作系統(tǒng)以Android和iOS為多。Android操作系統(tǒng)若能成功地移植到直播衛(wèi)星接收機中,則將較大幅度地提升該類接收機的應用。鑒于機頂盒式接收機(或一體機)的顯示要求具有比手機更高的處理能力、更高的顯示分辨率、刷新率和OSD(屏幕顯示)色彩深度,因此,需要進行如下攻關:①開發(fā)一套應用程序編程接口,用于瀏覽網(wǎng)頁、接收數(shù)字電視廣播、顯示電子節(jié)目指南,并提供多媒體擴展功能,建立一個框架以實現(xiàn)大屏幕、高清的動態(tài)圖像;②實現(xiàn)在終端上播放包含F(xiàn)LASH的多媒體音視頻文件功能,及瀏覽和編輯通用格式辦公軟件的功能;③實現(xiàn)終端大數(shù)據(jù)量寬帶互聯(lián)網(wǎng)下載和電視節(jié)目(含點播節(jié)目)同步播放的功能。支持斷點續(xù)傳(下載)和續(xù)播功能。
接收機的功能應包括:①支持高速上網(wǎng)(含電視上網(wǎng),包括支持網(wǎng)絡Flash電視教學、在線游戲、電視商務、在線支付、網(wǎng)絡購物等);②支持高清電視的廣播與互動(含時移);③支持USB的多格式媒體播放;④支持數(shù)字版權保護DRM;⑤能與3G手機、平板電腦通過WiFi組成家庭網(wǎng)絡。
帶直播衛(wèi)星接收和上網(wǎng)功能的一體機(如云電視)的配置可高一些,如主頻≥1GHz,內(nèi)存≥512M。
立體電視是電視的最高形式,中國中星9號直播衛(wèi)星36MHz或54MHz帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器傳送基于AVS編碼格式的立體電視不成問題。早在“十一五”末,美國和英國的直播衛(wèi)星運營商Direct TV公司和BSKyB就分別推出了各自的立體電視節(jié)目并取得了成功。而技術水平相當?shù)闹行?號開展立體電視服務也是可行的。筆者預計,隨著“十二五”期間中國城鎮(zhèn)有線立體電視播發(fā)收技術經(jīng)驗的積累,“十三五”初期中星9號直播衛(wèi)星必將迎來立體電視傳送的新紀元。