吳閩川

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心104臺）

基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路的數(shù)字電視單頻網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)淺析

吳閩川

（作者單位：福建省廣播電視傳輸發(fā)射中心104臺）

2014年10月，國家新聞出版廣電局啟動(dòng)了中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程項(xiàng)目。我國無線數(shù)字化項(xiàng)目使用基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的組網(wǎng)方案。本文主要介紹我國組建基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路的單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)以及難點(diǎn)。

衛(wèi)星分發(fā)鏈路；數(shù)字電視；單頻網(wǎng)

我國的數(shù)字電視單頻網(wǎng)構(gòu)建基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路，總體系統(tǒng)構(gòu)架見圖1。節(jié)目傳輸以衛(wèi)星為主，地面?zhèn)鬏敒檩o；中星6A鏈路作為衛(wèi)星傳輸?shù)闹饔面溌酚糜跇?gòu)建單頻網(wǎng)。

圖1 我國基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路的數(shù)字電視單頻網(wǎng)系統(tǒng)

基于衛(wèi)星鏈路的單頻網(wǎng)充分發(fā)揮了衛(wèi)星鏈路的優(yōu)勢，適用于我國復(fù)雜環(huán)境中的大規(guī)模數(shù)字電視單頻網(wǎng)構(gòu)建。這種應(yīng)用在國際上尚屬首次，同地面的數(shù)字信號的分發(fā)和同步比較有更多的技術(shù)難點(diǎn)和要求。

1 單頻網(wǎng)碼流適配以及SIP包插入

單頻網(wǎng)要求網(wǎng)內(nèi)發(fā)射機(jī)必須做到嚴(yán)格的頻率同步，調(diào)制時(shí)間同步及調(diào)制比特同步。在信號源傳輸鏈路中加入單頻網(wǎng)適配器可確保單頻網(wǎng)的三個(gè)同步要求達(dá)到有效構(gòu)建。單頻網(wǎng)適配器每秒在GPS的1pps秒脈沖上升沿向輸入的TS碼流中插入一個(gè)SIP包；在其他位置，單頻網(wǎng)碼流適配器從前端緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)碼流，數(shù)據(jù)不足一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TS包長度，則在碼流中插入單頻網(wǎng)適配空包完成碼流適配。為了實(shí)現(xiàn)SIP包的插入，使用GPS/北斗（主備）系統(tǒng)提供10 MHz和1 pps參考信號。

中央臺12套節(jié)目通過中星6A進(jìn)行全國覆蓋傳輸分發(fā)。將單頻網(wǎng)適配器部署在復(fù)用器和衛(wèi)星調(diào)制器之間，復(fù)用器輸出加密的音視頻TS流通過單頻網(wǎng)適配器插入SIP包，而后通過衛(wèi)星調(diào)制上行達(dá)到傳輸分發(fā)。各地?zé)o線發(fā)射臺接收衛(wèi)星信號，根據(jù)解析SIP包獲得系統(tǒng)信息和最大延時(shí)時(shí)間參數(shù)，設(shè)置激勵(lì)器的修正傳輸延時(shí)、工作模式和發(fā)射參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)全國范圍單頻網(wǎng)發(fā)射機(jī)工作在相同的工作模式和發(fā)射參數(shù)（同時(shí)、同頻和同比特）而達(dá)到組網(wǎng)。

2 衛(wèi)星信號接收時(shí)延問題

單頻網(wǎng)內(nèi)發(fā)射機(jī)需要一個(gè)穩(wěn)定的信號源，這是單頻網(wǎng)穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，關(guān)系到單頻網(wǎng)工作質(zhì)量和接收效果。這就要求各發(fā)射臺對組網(wǎng)信號時(shí)延和抖動(dòng)是必須是相對穩(wěn)定的。

衛(wèi)星在軌道上受到空間環(huán)境攝動(dòng)力（日月引力等）的作用，導(dǎo)致衛(wèi)星飄移星地距離變化產(chǎn)生衛(wèi)星傳輸時(shí)延抖動(dòng)。考慮到單頻網(wǎng)相鄰兩發(fā)射臺時(shí)延差對單頻網(wǎng)組網(wǎng)覆蓋區(qū)接收至關(guān)重要，經(jīng)計(jì)算相鄰150公里發(fā)射臺接收時(shí)延抖動(dòng)為1us。單頻網(wǎng)最大建站距離取決于系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)，對于PN420、PN595、PN945幀頭，站點(diǎn)之間最大距離分別為16.67、23.61及37.5km，可得知相鄰臺站接收時(shí)延抖動(dòng)均小于1us。

衛(wèi)星傳輸鏈路時(shí)延基本在250ms左右，這是由衛(wèi)星工作軌道來決定，是個(gè)固定的時(shí)延差。不同衛(wèi)星機(jī)頂盒接收和CA解擾存在較小的時(shí)間差異。衛(wèi)星受攝動(dòng)影響時(shí)延抖動(dòng)較小。這些時(shí)間延遲、抖動(dòng)因素對于數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)要求的最大1 s要求有相當(dāng)大的時(shí)間冗余，可以由單頻網(wǎng)激勵(lì)器修正。由此可見，通過衛(wèi)星鏈路進(jìn)行節(jié)目分發(fā)滿足了單頻網(wǎng)組網(wǎng)對最大時(shí)延要求。

3 衛(wèi)星調(diào)制器空包調(diào)整問題

基于衛(wèi)星分發(fā)鏈路較地面信號傳輸增加了衛(wèi)星調(diào)制和解調(diào)環(huán)節(jié)。通常情況下，衛(wèi)星調(diào)制器傳輸碼率應(yīng)高于DTMB系統(tǒng)中模式碼率，衛(wèi)星調(diào)制器會在單頻網(wǎng)適配器對碼率適配后再次插進(jìn)空包進(jìn)行二次碼率調(diào)整，這將改變單頻網(wǎng)適配器輸出的碼流結(jié)構(gòu)，改變碼流中PCR。

關(guān)于衛(wèi)星調(diào)制器插入空包和調(diào)整PCR的問題，提出以下兩種解決方案。

一是強(qiáng)制要求衛(wèi)星調(diào)制器工作在透明傳輸模式。調(diào)制器關(guān)閉碼率適配功能不插入空包，衛(wèi)星調(diào)制器要求單頻網(wǎng)適配器輸入TS碼流保持絕對恒定。

二是對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行固件升級改變空包處理算法。升級單頻網(wǎng)適配器、衛(wèi)星調(diào)制器和衛(wèi)星接收機(jī)固件，改變空包處理算法。在衛(wèi)星調(diào)制器打開碼率適配功能即允許插入空包，關(guān)閉PCR修改功能。其過程是：單頻網(wǎng)適配器插入“特定空包”；衛(wèi)星調(diào)制器碼率二次適配插入空包；衛(wèi)星接收機(jī)去除衛(wèi)星調(diào)制器插入的空包；衛(wèi)星接收機(jī)把“特定空包”恢復(fù)為DTMB普通空包；激勵(lì)器處理適配器插入的空包。在不改變硬件平臺基礎(chǔ)上，解決了衛(wèi)星調(diào)制器空包插入和恢復(fù)。

第一種方案對單頻網(wǎng)適配器提出很高要求，只有很少的廠家產(chǎn)品能夠滿足組網(wǎng)要求；第二種方案易于實(shí)施對于舊固件只要升級，新產(chǎn)品可以做到完美支持，該方案為最終采用的衛(wèi)星調(diào)制器碼流調(diào)整解決方案。

4 解密處理對碼流中SIP包影響

為了防止版權(quán)溢出，中央臺12套節(jié)目采用CA加擾。由于中央臺要求分節(jié)目進(jìn)行加、解擾。各接收端在衛(wèi)星接收機(jī)配置解密卡來恢復(fù)節(jié)目。加擾、解擾的過程將改變TS流數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)。

根據(jù)CAS規(guī)定，加擾在TS層或PES層實(shí)施，在TS流數(shù)據(jù)包和PES數(shù)據(jù)包的語法結(jié)構(gòu)中各自規(guī)定了兩個(gè)加擾控制位。不論在哪一層實(shí)施，TS或PES頭部信息（包括自適應(yīng)域）總是不加擾的。加擾僅僅針對音視頻和數(shù)據(jù)進(jìn)行加擾。通過不同CAM衛(wèi)星接收機(jī)解擾，對比發(fā)現(xiàn)不同接收機(jī)輸出的TS碼流音視頻數(shù)據(jù)包一致。發(fā)射機(jī)解擾僅是調(diào)整變換音視頻數(shù)據(jù)包的輸出順序，解擾不會改變PCR、SIP包的結(jié)構(gòu)。每個(gè)SIP包間隔18000個(gè)TS包。這樣確保了衛(wèi)星接收機(jī)解擾后的TS流可以組網(wǎng)數(shù)字電視單頻網(wǎng)。

5 結(jié)語

基于衛(wèi)星鏈路的單頻網(wǎng)充分發(fā)揮了衛(wèi)星鏈路的優(yōu)勢和單頻網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)，理論和實(shí)踐都表明該組網(wǎng)方案的有效性和可行性。依托這個(gè)技術(shù)體系，我國將增加6 230部單頻網(wǎng)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，推進(jìn)中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程。這對于加快構(gòu)建現(xiàn)代公共文化服務(wù)體系，對我國數(shù)字電視事業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要的意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

[1]戚武.基于衛(wèi)星傳輸鏈路的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)方案[J].電視技術(shù),2015,39(16).

[2]關(guān)溪.衛(wèi)星攝動(dòng)漂移對單頻網(wǎng)系統(tǒng)信號傳輸?shù)挠绊懪c優(yōu)化[J].數(shù)字通信世界,2011(10).

[3]潘曉菲.基于衛(wèi)星分發(fā)的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)分析[J].現(xiàn)代電視技術(shù),2015(5).