周賢祿

（西藏廣播影視節(jié)目傳輸中心，西藏 拉薩 850000）

1 高標清同播系統(tǒng)方案綜述

1.1 高標清同播系統(tǒng)方案設(shè)計

1.1.1 高標清同播系統(tǒng)方案設(shè)計思想

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

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

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

1.1.2 高標清同播系統(tǒng)方案簡述

未來西藏廣播電視臺將提供高清AVS+格式信號傳輸至地球站機房，原有標清節(jié)目以SDI格式傳輸至地球站機房，出于安全播出的需要，高清標清節(jié)目流通過各自的衛(wèi)星發(fā)射鏈路進行上行傳輸。

1.2 高標清同播系統(tǒng)方案設(shè)計

1.2.1 高標清同播編碼調(diào)制系統(tǒng)方案

1.2.1.1 帶寬估算

按照國家廣電總局《廣播電視先進視頻編解碼（AVS+）技術(shù)應(yīng)用實施指南》中對于衛(wèi)星傳輸分發(fā)數(shù)字電視的技術(shù)應(yīng)用指導意見，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，西藏藏語/漢語衛(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)視兩套標清節(jié)目流信息（帶寬12 MHz以上），那么混合藏漢語兩套高標清電視節(jié)目的衛(wèi)星帶寬會達到36 Mbps左右，考慮到現(xiàn)實情況，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源非常緊張，整租一個36 Mbps轉(zhuǎn)發(fā)器的情況幾乎不存在，并且高清和標清節(jié)目流同在一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，之間也不能形成備份機制。鑒于以上原因，高清上行需要單獨租用約2/3個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，標清需單獨租用約1/3個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完成，由西藏廣播電視臺提供ASI信號（含嵌入伴音及廣播信號）經(jīng)兩路不同路由光纜，傳送到地球站機房視頻信號源矩陣后輸出至高清1：1復(fù)用器。

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

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

1.2.2 復(fù)用

高清節(jié)目流經(jīng)兩臺高清1：1復(fù)用器分別輸出兩路信號送入各自調(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，可同時輸出加擾流與清流信號，并通過網(wǎng)管、矩陣進行切換，當節(jié)目源或加擾信號故障時，通過矩陣選取正常的清流信號，或通過復(fù)用器選擇墊播信號。

標清節(jié)目流無加擾需求，經(jīng)標清1：1復(fù)用器后輸出兩路信號送入標清調(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)星地球站項目也選擇C波段進行衛(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)星地球站場地要求，天線工作頻段為C頻段時，管形波束保護角度應(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)星天線實際工作仰角與管形波束保護角度之差，據(jù)此按照場地實際情況推算天線前方凈空具體數(shù)據(jù)。

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

（2）天線口徑選擇。近年來，我國陸續(xù)發(fā)射了多顆可用于廣播電視傳輸?shù)男l(wèi)星，然而對于日益增長的信息通信需求，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)射天線同時播出高清節(jié)目與標清節(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信號功率不會有大的波動。

新建設(shè)的發(fā)射天線需要根據(jù)實際位置，建設(shè)符合規(guī)定的避雷設(shè)施并要與原有場址避雷設(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（常用70 MHz）變換成衛(wèi)星通信上行頻率，這樣易于信號發(fā)射以及實現(xiàn)信道復(fù)用，高清與標清應(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)制后的射頻信號放大到符合需求的功率電平，通過饋線傳輸至衛(wèi)星發(fā)射天線并向衛(wèi)星發(fā)射。廣播電視衛(wèi)星傳輸對于高功率放大器的可靠性指標有極高要求，同時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，目前在國內(nèi)廣播電視衛(wèi)星發(fā)射中暫時具有不可替代的地位。單臺高功率放大器最大輸出功率需達到3 kW。

（2）上行功率自動控制系統(tǒng)。設(shè)計配置上行功率自動控制系統(tǒng)，實時對異地接收的衛(wèi)星下行信號與本地不同口徑衛(wèi)星天線接收的衛(wèi)星下行信號進行自動比對判斷，根據(jù)需要對上行鏈路進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)實時判斷干擾等異常情況造成本站載波非正常跌落。上行功率自動控制系統(tǒng)需要具備自動判別異態(tài)、自動按照預(yù)設(shè)策略調(diào)整高功放輸出功率的能力，同時也可通過手動操作臨時改變輸出功率及控制策略以應(yīng)對雨雪衰等常見情況。

1.3 冗余機制

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，可實現(xiàn)自動或手動切換，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。為了確保源信號傳輸安全，傳輸?shù)降厍蛘镜男盘枒?yīng)具備至少兩路不同路由方向的主備光信號，實現(xiàn)不同路徑傳輸信號，確保信號傳輸?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，當一路供電異?；蚬╇娔K故障時，可無縫切換到對應(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，確保衛(wèi)星電視節(jié)目制作方的合法權(quán)益不受侵害，通常需要對高清節(jié)目流進行加密，加密一般分為前端（廣播）和終端（接收）兩個部分組成，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)在遠端異地，通過專用的通信鏈路將條件接收系統(tǒng)和指授權(quán)管理信息生成器進行連通，從而實現(xiàn)對目標節(jié)目流的加密，是對本地直接加密的一種延伸技術(shù)手段。

遠程加密信號可通過光纜等專用通信線路傳輸?shù)叫l(wèi)星地球站，對于取得的加密控制信息通過網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備輸送至高清主備鏈路復(fù)用器，然后對高清節(jié)目信號進行加擾復(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制，在一路加密控制失效時，可通過智能切換或人工切換，無縫使用備份加密生成信息，同時在遠程傳送來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的能力。

1.5 供配電分系統(tǒng)

根據(jù)設(shè)計的原則，需要配置不同來源的兩路外電，高清鏈路與標清鏈路均獨立供電，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電池組滿負載后備時間必須維持在30分鐘以上。發(fā)射場址需配備符合功率需求的柴油發(fā)電機，一旦兩路外電同時出現(xiàn)故障，發(fā)電機可自行啟動，利用聯(lián)絡(luò)開關(guān)方式接入供電線路。

1.6 播出監(jiān)測分系統(tǒng)

根據(jù)高清系統(tǒng)鏈路走向，分別在信號源適配，清流切換開關(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)測畫面，實時監(jiān)視播出效果，同時還要對同轉(zhuǎn)發(fā)器的其他衛(wèi)視節(jié)目、本轉(zhuǎn)發(fā)器信號的頻譜等設(shè)定監(jiān)視，以便及時發(fā)現(xiàn)和判斷故障。

標清系統(tǒng)監(jiān)測節(jié)點與高清系統(tǒng)類似。

采用視頻錄像方式對播出鏈路各重要節(jié)點畫面信息進行條件預(yù)設(shè)保存，高清標清節(jié)目信源、高功放切換開關(guān)輸出端信號及下行接收高清標清節(jié)目信號、質(zhì)量和頻譜等信息進行監(jiān)測和記錄。

按照實際需求，監(jiān)測網(wǎng)管可能由一套以上的監(jiān)測分系統(tǒng)組成：上下行高標清節(jié)目流信息監(jiān)測、播出系統(tǒng)設(shè)備工作狀態(tài)和指標監(jiān)測，播出系統(tǒng)和播出機房環(huán)境監(jiān)測、供電系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)和換件監(jiān)測等。監(jiān)測信息多而復(fù)雜，需要通過監(jiān)測網(wǎng)管整合至監(jiān)看大屏并實現(xiàn)設(shè)備或運行狀態(tài)異態(tài)聲光告警提示，并對異態(tài)數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)條件儲存在監(jiān)測網(wǎng)管上，可隨時通過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，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，防止過壓過流燒毀器件或設(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)計安裝SPD（防感應(yīng)雷擊的避雷器件）防止雷擊時感應(yīng)出過電壓，傳入線路兩端的電子設(shè)備。

合格的接地網(wǎng)對于播出安全、人身安全、電子設(shè)備安全、防雷都具有重要意義，在進行工程設(shè)計時需實地勘測，選擇合適的接地網(wǎng)實施方案，以達到相關(guān)部門的具體要求。

2 效益分析

隨著科學技術(shù)的飛躍進步，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，及時建成西藏衛(wèi)視高清節(jié)目衛(wèi)星覆蓋系統(tǒng)對于適應(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

西藏衛(wèi)視藏語、漢語高清電視節(jié)目上星是大勢所趨，根據(jù)建設(shè)和運行的效益最大化原則，綜合利用現(xiàn)有地球站的標清上行設(shè)施設(shè)備，并尋求合適場址新建高標清同播衛(wèi)星上行系統(tǒng)，高清節(jié)目需要租用2/3個36 MHz C波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，標清節(jié)目需要租用1/3個36 MHz C波段衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，高標清節(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)計播出機房、配電機房等?！?/p>