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        小型高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

        2017-11-08 23:37:41孫劍峰
        傳播與制作 2017年7期

        孫劍峰

        【摘要】為了提高應(yīng)急新聞采編播能力,內(nèi)蒙古廣播電視臺利用現(xiàn)有豐田越野車改造為高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車。該衛(wèi)星車包括視音頻系統(tǒng)、衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)和監(jiān)視監(jiān)聽系統(tǒng),具備高清HD/SD-SDI信號編碼和傳輸能力,衛(wèi)星上行系統(tǒng)按雙鏈路配置,具備新聞現(xiàn)場采集、錄制、傳送和直播功能。本文結(jié)合設(shè)計(jì)集成衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車的經(jīng)驗(yàn),詳細(xì)介紹了整車的設(shè)計(jì)與構(gòu)建。

        【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車 高標(biāo)清衛(wèi)星系統(tǒng) 視音頻系統(tǒng) 車體改造

        引言

        為了提升電視媒體在的知名度和影響力,需要在新聞的時(shí)效性和準(zhǔn)確性上有一個(gè)質(zhì)的突破。為滿足在應(yīng)急狀態(tài)下的新聞制作及重大活動(dòng)的宣傳報(bào)道需求,內(nèi)蒙古廣播電視臺利用現(xiàn)有的豐田越野車,改造為一輛具有道路通過性強(qiáng),多功能的高標(biāo)清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車。

        一.衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        按照國家廣電總局廣播電視安全播出的管理規(guī)定,在衛(wèi)星上行系統(tǒng)鏈路中,采用1:1冗余備份的傳輸方式。在衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用主備編碼調(diào)制器、主備功放和相應(yīng)主備鏈路倒換的系統(tǒng)架構(gòu),保證上行系統(tǒng)無單潰點(diǎn)的設(shè)計(jì)思路??紤]到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性,在衛(wèi)星天線和高功放以及編碼調(diào)制器的設(shè)備選型上進(jìn)行了分析和探討。

        1.衛(wèi)星天線波段的選擇

        Ku波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般比較大,多采用賦形波束覆蓋,衛(wèi)星EIRP較大,加上Ku波段接收天線效率高于C波段接收天線,因此接收Ku波段衛(wèi)星節(jié)目的天線口徑遠(yuǎn)小于C波段,方便車載接收;C波段衛(wèi)星廣播受地面微波等干擾源的同頻干擾比較嚴(yán)重,而Ku波段的衛(wèi)星廣播受地面干擾較小,對接收環(huán)境的要求相對較低;但是K u波段衛(wèi)星廣播受降雨影響較大,其上下行信號降雨衰耗遠(yuǎn)大于C波段,暴雨情況下Ku波段上行或下行鏈路瞬間雨衰量可超過20dB,而C波段最大雨衰量一般不超過1dB。

        內(nèi)蒙古自治區(qū)位于祖國北方,雨水較南方地區(qū)較少,每年的降水時(shí)間也集中在7、8月份,暴雨很少,雨衰影響很小。由于采用豐m4500越野車,天線口徑的大小也受到相應(yīng)限制,即不能超過1.97米車寬,雖然C波段天線在抗雨衰方面的表現(xiàn)力極為優(yōu)越,但是受限于以上條件,Ku波段1.5米天線無疑是最好的選擇。

        2.天線主體的選型

        天線系統(tǒng)采用ND Satcom公司的skyRAY MAS 1500Ku頻段車載天線和與之相配套的天線控制器。該天線控制系統(tǒng)能夠?qū)μ炀€的極化角、方位角、俯仰角等進(jìn)行精確控制,具備自動(dòng)水平、自動(dòng)定位、極化可轉(zhuǎn)換、自動(dòng)和手動(dòng)控制天線展開和收藏等功能。

        該天線可用于支持VSAT通信、高速數(shù)據(jù)和視頻傳輸,以及大功率SNG新聞采集等應(yīng)用。外形是款極具特色的菱形天線,跟傳統(tǒng)橢圓形天線相比,菱形反射面以犧牲一小部分增益為代價(jià),壓制天線的旁瓣特性,從而獲得了優(yōu)異的低旁瓣特性和交叉極化性能,抗干擾能力強(qiáng),作用距離遠(yuǎn),非常適合及其惡劣的電磁波環(huán)境。同時(shí),精良的三軸驅(qū)動(dòng)裝置還能支持天線的全方位旋轉(zhuǎn)和極化調(diào)整,并保持附仰和方位上的零回隙,提供優(yōu)越的射頻性能。

        3.基于DVB載波對星的實(shí)際應(yīng)用

        SkyRAY MAS 1500 Ku天線支持多種對星方式。由于衛(wèi)星上的信標(biāo)信號通常都相當(dāng)微弱,車載站上的天線尺寸又相對較小,且經(jīng)常有可能被派遣到衛(wèi)星覆蓋較差或不可預(yù)知的偏遠(yuǎn)地帶,難以保證有效接收到足夠強(qiáng)的信標(biāo),所以采用信標(biāo)方式并不總能作為可靠的、有效的參考信號用于車載站天線對星。相比之下接收DVB方式能夠在不需信標(biāo)接收機(jī)和頻譜分析儀的情況下做到精準(zhǔn)對星,更為優(yōu)越。在選擇目標(biāo)信號時(shí),既可以利用目標(biāo)衛(wèi)星上已有的寬帶信號/電視節(jié)目,也可以使用本地主站所發(fā)射的載波信號,還可以直接請求衛(wèi)星公司發(fā)射一路數(shù)字電視信號。

        首先,SkyRAY天線利用衛(wèi)星的位置信息,輔之以由GPS和羅盤所獲得的車載站地理位置信息,對方位、俯仰等角度進(jìn)行調(diào)整,使其自動(dòng)對準(zhǔn)衛(wèi)星所在方向;然后,整個(gè)系統(tǒng)再利用接收所在衛(wèi)星已知DVB信號,將天線調(diào)整至信號最強(qiáng)的方向。由于本系統(tǒng)所配高頻頭為NORSAT 1108HB,具有鎖相環(huán)功能,可以做到精確對準(zhǔn)任何衛(wèi)星上的任一DVB信號。確保任何時(shí)候都能以DVB信號作為參考實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對星。

        4.高功率放大器的選擇

        這次我們選擇行波管高功放做為這輛高清衛(wèi)星車的功率放大器。行波管具有特殊設(shè)計(jì)的慢波系統(tǒng),沿此慢波系統(tǒng)傳輸?shù)妮斎肷漕l電磁波減緩了其軸向運(yùn)動(dòng)的相位速度,與由加熱陰極釋放并被陽極電場加速的電子運(yùn)動(dòng)速度相近,射頻行波與高密度電子柬之間發(fā)生連續(xù)性的相互作用,形成與輸人射頻波形一致的電子簇。在管子輸出端電子簇產(chǎn)生的高能電磁場感生出與輸入射頻信號具有一樣變化規(guī)律的波形,此信號能量將大大高于輸人射頻信號,從而實(shí)現(xiàn)了功率放大作用。電子束剩余能量將在行進(jìn)管子末端轟擊收集極問壁轉(zhuǎn)化為熱量散失。

        因此,行波管高功放具有寬帶功率放大特性,可覆蓋Ku波段800M H z帶寬,增益約為40d B至60d B。行波管功率放大器可以實(shí)現(xiàn)幾瓦至數(shù)千瓦的輸出功率,適用范圍很廣,不僅運(yùn)用于固定及移動(dòng)衛(wèi)星上行,而且還常常被用于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率放大器使用。行波管功率放大器技術(shù)成熟,平均無故障時(shí)間長,單載波工作下,高功放的飽和輸出效率約為25%。

        但是行波管的劣勢也是較為明顯的,多載波工作時(shí),在保證相同的互調(diào)指標(biāo)情況下,固態(tài)高功放輔出功率只需從額定輸出功率點(diǎn)(1dB壓縮點(diǎn))回退2~3dB,而行波管高功放輸出功率則需從額定輸出功率點(diǎn)(飽和點(diǎn))回退6dB左右,比固態(tài)高功放的輸出功率回退量多3dB左右。例如多載波工作時(shí)若實(shí)際所需最大輸出功率為50w,可選用額定功率為100W的固態(tài)高功放或200W的行波管高功放。

        現(xiàn)在行波管高功放中可以通過增加線性器,可以有效地補(bǔ)償行被管在接近飽和點(diǎn)的增益下降和相位滯后,增大行波管高功放的線性范圍,輸出回退量可減少至3dB左右。此情況下保證相同的互調(diào)指標(biāo)時(shí),行波管高功放可與固態(tài)高功放選擇相同的額定輸出功率。endprint

        5.衛(wèi)星系統(tǒng)鏈路設(shè)計(jì)

        高清衛(wèi)星車傳輸如圖1所示,來自視音頻系統(tǒng)的主備信號進(jìn)入2臺Ericsson公司的AVP3000編碼調(diào)制器進(jìn)行MPEG2 HD/SD 4:2:0/4:2:2或者H.264 HD/SD 4:2:0/4:2:2編碼。編碼器調(diào)制器配置BISS加擾功能,可以對傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行簡單的密鑰加擾,以保證傳輸信號的產(chǎn)權(quán)不被侵犯。編碼器輸出L波段中頻信號,符號率在1Msym/s-45Msym/s連續(xù)可調(diào)。

        通過Quintech公司的DEVl951 L波段倒換開關(guān)輸出的一路L-Band信號,經(jīng)過功分器分配后,分別送給2臺室外型主備400W行波管高功放。功放采用內(nèi)置有BUC(上變頻模塊)的高功率放大器,其中頻輸入為L頻段,可以直接接入高功率放大器。兩臺高功按照1:1配置,高功放的控制單元安裝在車內(nèi),功放控制單元除了能夠設(shè)定倒換開關(guān)在功放出現(xiàn)故障時(shí),自動(dòng)或手動(dòng)切換將故障功放切換到假負(fù)載外,還可實(shí)時(shí)調(diào)整、監(jiān)看高功放發(fā)射功率以及報(bào)警信息。另外配置2個(gè)14GHz LNB,在L-頻段測試面板和相應(yīng)內(nèi)部連接電纜及跳接端子,可以提供對HPA射頻的閉環(huán)測試功能。

        下行鏈路由具有PLL鎖相環(huán)功能的LNB輸出L-Band信號,經(jīng)與2個(gè)14GHz LNB閉環(huán)測試輸出的L Band信號進(jìn)行合路,再通過功分器,分別送給頻譜分析儀和衛(wèi)星接收機(jī)。

        6.L-頻段測試單元和面板

        量身定制專門的為測試和監(jiān)視所需的單元面板(LBand Description&Patch Panel)。其作用是:

        (1)在接收支路,在面板提供從LNB向電視接收機(jī)和頻譜儀的L頻段分路器、內(nèi)部連接電纜和跳接端子;

        (2)為LNB提供直流電源;為HPA及LNB提供10MHz參考信號;

        (3)在發(fā)射支路,為HPA連接到車內(nèi)控制單元提供L頻段合路器、內(nèi)部連接電纜和跳接端子;

        (4)將所有功分器、合路器內(nèi)置在面板機(jī)箱內(nèi),提供發(fā)射支路和接收支路所需的合路、分路器和內(nèi)部跳接電纜,簡化系統(tǒng);

        (5)可以提供對視音頻編解碼器(Encoder/Decoder)交叉切換的跳接;

        通過定制的面板,很好的解決了L-Band跳線盤選型的問題,使整個(gè)系統(tǒng)更加簡潔,易于系統(tǒng)的使用。

        二.視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        視頻系統(tǒng)以高清處理為內(nèi)核,有完善的4:3和16:9的節(jié)目制作環(huán)境,可以根據(jù)節(jié)目的需要輸出高清或標(biāo)清節(jié)目信號,并且具有完善的監(jiān)視功能。

        1.視音頻系統(tǒng)

        視音頻系統(tǒng)以SONY MCS-8M視音頻一體切換臺為核心,通過攝像機(jī)外拍,將信號傳至切換臺,輸出最終的PGM視音頻信號進(jìn)行播出和監(jiān)聽,同時(shí)將播出信號返送至錄像機(jī)進(jìn)行錄制采集及給主備衛(wèi)星編碼器進(jìn)行衛(wèi)星鏈路傳輸。

        根據(jù)我臺節(jié)目制作形式,在對視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),針對不同轉(zhuǎn)播任務(wù),對該系統(tǒng)進(jìn)行了不同的功能定位。

        在常態(tài)情況下,該車會做為傳輸車,輔助我臺高清轉(zhuǎn)播車一同進(jìn)行直播,負(fù)責(zé)將高清轉(zhuǎn)播車輸出的主備路PGM信號,通過衛(wèi)星傳輸回電視臺總控中心。因此,我們將PGM末級主備視分以常態(tài)的形式前置,連接在車的外接口板上。主備視分均帶BYPASS功能,將視分的BYPASS輸出口接入主備編碼器。這樣的接法,使高清轉(zhuǎn)播車的主備PGM信號不經(jīng)過衛(wèi)星車的系統(tǒng)直接輸出,保證直播時(shí)候的安全性。

        在有突發(fā)新聞報(bào)道情況下,該車會做為轉(zhuǎn)播車,使用自己的系統(tǒng)進(jìn)行信號采集和制作,通過跳線,將切換臺的PGM輸出跳至前置的主備PGM視分上,在通過衛(wèi)星鏈路將素材傳回到電視臺總控中心,進(jìn)行收錄和播出。

        2.監(jiān)視、監(jiān)聽系統(tǒng)

        系統(tǒng)的信號監(jiān)視采用1臺17英寸抽屜式液晶顯示器做多畫面監(jiān)看,信號的輸入源來自于SONY的MCS-8M切換臺的多畫面輸出,可以對所有進(jìn)入切換臺的信號源和切換臺的PGM、PVW輸出進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)看。同時(shí)配置了1臺奧視數(shù)碼公司的10英寸機(jī)架式雙聯(lián)監(jiān)視器做末級主備PGM視分輸出的監(jiān)看。

        監(jiān)聽系統(tǒng)采用監(jiān)聽音箱和音頻監(jiān)聽儀做最終PGM信號監(jiān)聽。

        3.通話系統(tǒng)

        通話系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車內(nèi)導(dǎo)演與攝像員、記者之間的有線通話。主要由通話主站、無線對講機(jī)組成。選用Telex公司的MCE-325 4通道兩線Party-line通話主站為核心,接入一臺Motorola的無線對講系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)導(dǎo)演與主持人及攝像員問的通話。

        4.同步系統(tǒng)

        采用切換臺內(nèi)同步方式,切換臺每路輸入均就有幀同步功能,可以直接接入不同的信號源。同時(shí)切換臺具有1路模擬黑場同步信號輸出,可以鎖相其他設(shè)備。

        5.時(shí)鐘系統(tǒng)

        時(shí)鐘系統(tǒng)由1臺GPS自動(dòng)校時(shí)母鐘和1臺單聯(lián)19英寸子鐘組成。

        6.TALLY系統(tǒng)

        切換臺自帶的畫面分割器中帶有源名顯示和TALLY提示。

        通過這樣的衛(wèi)星系統(tǒng)和視音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì),這輛高清衛(wèi)星轉(zhuǎn)播車既具備了可靠的高清電視節(jié)目信號傳輸能力,同時(shí)還具備了應(yīng)急情況下新聞采集制作能力,極大地提高了設(shè)備使用率。在我臺投入使用以后,參加了歷年全國“兩會”新聞制作和傳輸、自治區(qū)各類大型活動(dòng)的電視直播等工作任務(wù),得到了節(jié)目制作人員的認(rèn)可和好評。endprint

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