多樣化的電視信號(hào)傳輸手段及其在大型直播中的應(yīng)用案例

【摘要】 介紹了衛(wèi)星傳輸、光纜傳輸、微波傳輸?shù)炔煌膫鬏斒侄蔚膽?yīng)用情況、工作方式和特點(diǎn)，舉例說明多種傳輸手段在大型直播中的合理應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 信號(hào) 傳輸 衛(wèi)星 光纜 微波 馬拉松 直播 方案

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展給各行各業(yè)帶來了挑戰(zhàn)和機(jī)遇，廣播電視事業(yè)更是如此。在電視技術(shù)數(shù)字化的今天，電視信號(hào)的傳輸手段早已從同軸電纜、模擬微波等傳輸方式過渡到衛(wèi)星、光纜、微波等多種先進(jìn)方式并存的時(shí)代。我們?cè)趯?shí)際工作中，要根據(jù)本臺(tái)的設(shè)備具體情況和現(xiàn)場(chǎng)的具體情況來在眾多的傳輸手段中合理的選擇，以最合理的解決方案來滿足各方面的需求，保障信號(hào)的及時(shí)、安全、優(yōu)質(zhì)傳輸。

一．衛(wèi)星傳輸

通信衛(wèi)星是目前電視信號(hào)傳輸?shù)闹饕侄沃唬呀?jīng)成為一種用于覆蓋全國的主要電視

信號(hào)傳輸手段。

1. 衛(wèi)星傳輸?shù)脑?/p>

電視信號(hào)衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)主要由三部分組成：上行發(fā)射站、星載轉(zhuǎn)發(fā)器、地面接收站。上行發(fā)射站把節(jié)目制作中心送來的信號(hào)（可以是數(shù)字電視信號(hào)、數(shù)字廣播、視頻、音頻、中頻信號(hào)等）加以處理，經(jīng)過調(diào)制，上變頻和高功率放大，通過定向天線向衛(wèi)星發(fā)射上行C、Ku波段信號(hào)，其中C波段頻率范圍是3.4GHz～4.2GHz，Ku波段頻率范圍是10.75GHz～12.75GHz；同時(shí)也接收由衛(wèi)星下行轉(zhuǎn)發(fā)的微弱的微波信號(hào)，監(jiān)測(cè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)播節(jié)目的質(zhì)量。星載轉(zhuǎn)發(fā)器用于接收地面上行站送來的上行微波信號(hào)并將它放大、變頻、再放大后，發(fā)射到地面服務(wù)區(qū)內(nèi)。因此，星載轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)際上是起一個(gè)空間中繼站的作用，它應(yīng)以最低附加噪聲和失真?zhèn)魉碗娨曅盘?hào)。地面接收站接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，經(jīng)過低噪聲放大，下變頻為中頻信號(hào)、中頻信號(hào)經(jīng)過調(diào)頻、解調(diào)后得到基帶信號(hào)，分別送到視頻恢復(fù)電路和伴音解調(diào)電路，重新得到正常的視頻信號(hào)和伴音信號(hào)，直接送到監(jiān)視器或電視機(jī)，重現(xiàn)彩色圖像和重放伴音，也可以重新調(diào)制到電視頻道上傳送給用戶。

2. 衛(wèi)星傳輸?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)

利用衛(wèi)星傳輸電視節(jié)目是衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)的重大發(fā)展，衛(wèi)星傳輸同現(xiàn)在常用的電纜傳輸、微波傳輸?shù)认啾龋休^多的優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）衛(wèi)星傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面大。一顆同步通信衛(wèi)星的天線波束可以覆蓋地球表面的42.4%，在此覆蓋區(qū)內(nèi)兩個(gè)相距18000公里的地球站可以順利地進(jìn)行遠(yuǎn)距離電視信號(hào)傳輸。而微波傳輸一般是50公里左右設(shè)一個(gè)中繼站，一顆同步通信衛(wèi)星的覆蓋距離相當(dāng)于300多個(gè)微波中繼站。

（2）衛(wèi)星傳輸質(zhì)量高、容量大。衛(wèi)星傳輸?shù)碾姴ㄖ饕诮咏婵盏耐鈱涌臻g傳播，

電波傳播特性比地面微波接力線路明顯穩(wěn)定，而且由于只經(jīng)過衛(wèi)星一次轉(zhuǎn)接，所以噪聲影響小，傳輸質(zhì)量高。衛(wèi)星傳輸工作在微波波段，加上采用了復(fù)用技術(shù)，所以傳輸容量大大擴(kuò)展。一顆現(xiàn)代通信衛(wèi)星，可攜帶幾十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，可提供上百套的電視節(jié)目。

（3）衛(wèi)星傳輸成本低、效益高。在同樣容量、同樣距離、同樣覆蓋面的條件下，衛(wèi)星傳輸和其他傳輸手段相比，耗費(fèi)的資金少，衛(wèi)星傳輸?shù)馁M(fèi)用并不隨傳輸距離的增加而提高。

雖然衛(wèi)星傳輸有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是也存在不可避免的問題：

（1）日凌現(xiàn)象。每年春分和秋分前后，太陽運(yùn)行到地球赤道上空。由于這時(shí)太陽距離地球最近，太陽發(fā)出的電磁波對(duì)地球的輻射最為強(qiáng)烈。由于通信衛(wèi)星多定點(diǎn)在赤道上空運(yùn)行，在這期間，如果太陽、通信衛(wèi)星和地面衛(wèi)星接收天線恰巧又在一條直線上，那么電磁波對(duì)于通信衛(wèi)星的影響也就最為強(qiáng)烈，嚴(yán)重的會(huì)造成衛(wèi)星信號(hào)傳輸出現(xiàn)障礙，地球上的衛(wèi)星接收系統(tǒng)在接收到衛(wèi)星信號(hào)時(shí)也接收到大量太陽輻射的雜波，無法識(shí)別有用信號(hào)，造成信號(hào)質(zhì)量下降甚至中斷。

（2）雨衰現(xiàn)象。雨衰，是指電波進(jìn)入雨層中引起的衰減。它包括雨粒吸收引起的衰減和雨粒散射引起的衰減。雨粒吸收引起的衰減是由于雨粒具有介質(zhì)損耗引起的，雨粒散射引起的衰減是由于電波碰到雨粒時(shí)被雨粒反射而再反射引起的。雨衰的大小跟雨滴半徑與電波波長的比值有關(guān)。雨滴的半徑約在0.025cm～0.3cm，C波段的電波波長在7.5cm左右，與雨滴半徑相差較大，因此受降雨影響較小，一般小于2DB，Ku波段的電波波長在2.5cm左右，故降雨對(duì)電波產(chǎn)生的影響比較明顯，最大可達(dá)20DB。

二．光纜傳輸

光纜作為同軸電纜的替代品，自上世紀(jì)80年代起就逐步廣泛地應(yīng)用于電視信號(hào)的傳輸領(lǐng)域，光纜通信在我國已有20多年的使用歷史。目前光纜網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速、十分發(fā)達(dá)。大多數(shù)的公共場(chǎng)所都可被光纜覆蓋。

1. 光纜傳輸系統(tǒng)組成

光纜傳輸是以光波作為載波，光纜為傳輸介質(zhì)的傳輸方式。圖1是一個(gè)基本的光纜傳輸系統(tǒng)。它主要是由光發(fā)送、光傳輸和光接收三個(gè)部分組成。

光發(fā)送是將輸入的電視信號(hào)變換成光信號(hào)，即光電（E/O）轉(zhuǎn)換。光發(fā)送主要由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。光源通常采用半導(dǎo)體激光器（LD）和半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管（LED）兩種。驅(qū)動(dòng)器是使光電管的輸出盡可能準(zhǔn)確、快速。光的調(diào)制分模擬、數(shù)字調(diào)制兩種。

光纜的傳輸距離與光發(fā)射機(jī)功率、光纜長度（光纜的鏈路損耗）、跳線/續(xù)接點(diǎn)數(shù)、光接收機(jī)靈敏度等密切相關(guān)。光纜線路在熔接時(shí)，都會(huì)帶來衰減，通常對(duì)接續(xù)損耗的要求是小于等于0.08dB/個(gè)。對(duì)于活動(dòng)接頭的插入損耗應(yīng)控制在0.3dB/個(gè)以下（甚至更低），附加損耗不大于0.2dB/個(gè)。在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，光發(fā)功率與光接收靈敏度間的差值應(yīng)大于傳輸鏈路中所有的損耗（包括光纜長度、中間續(xù)接、光跳線板等環(huán)節(jié)）。

光接收是將光纜傳輸來的已調(diào)光波信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即光電（O/E）轉(zhuǎn)換。接收來的光信號(hào)首先入射到光電檢測(cè)器上，光電檢測(cè)器把送來的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)過放大、處理、解調(diào)（對(duì)應(yīng)光發(fā)射端已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)）得到所需要的電視信號(hào)。

2. 光纜傳輸?shù)膬?yōu)缺點(diǎn)

電視信號(hào)通過光纜傳輸具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳輸距離長。現(xiàn)在單模光纖每公里衰減可做到0.2dB～0.4dB以下，是同軸電纜每公里損耗的1%。

（2）傳輸容量大。通過一根光纖可傳輸幾十路以上的電視信號(hào)，如果采用多芯光纜，則容量會(huì)成倍增長，這樣，僅用戶用幾根光纖就完全可以滿足相對(duì)長時(shí)間內(nèi)對(duì)傳輸容量的要求。

（3）信號(hào)質(zhì)量高、抗干擾性強(qiáng)、保密性強(qiáng)。由于光纖傳輸不會(huì)產(chǎn)生噪聲和非線性失真疊加，加上光纖系統(tǒng)的抗干擾性能強(qiáng)，基本上不受外界天氣條件、溫度變化的影響，從而保證了信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

光纜傳輸?shù)牟蛔阒幹饕憩F(xiàn)在：

（1）只有在預(yù)設(shè)了光纜接入點(diǎn)的地方才能適用此傳輸手段，一些因交通、環(huán)境、供電等原因無法鋪設(shè)光纖的地方就不能適用。

（2）光纜傳輸鏈路如果出現(xiàn)故障，檢測(cè)難、熔纖難。

三．微波傳輸

微波作為上個(gè)世紀(jì)主要的信號(hào)傳輸手段，已漸漸淡出了歷史舞臺(tái)。其實(shí)，隨著數(shù)字化進(jìn)程的展開，數(shù)字微波已替代了模擬微波。數(shù)字微波采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，不僅具備了微波傳輸建設(shè)快、投資小、應(yīng)用靈活的特點(diǎn)，還具有傳輸質(zhì)量可靠、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸線路長揮著重要作用。微波技術(shù)已經(jīng)逐漸從長距離傳輸?shù)闹鲗?dǎo)者，轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)于中短距離的接入傳輸，定位于其它系統(tǒng)的支撐、接入設(shè)備。隨著OFDM和COFDM技術(shù)的引進(jìn)，微波不再是模擬時(shí)代點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸，而是點(diǎn)對(duì)面的形式。作為將無線攝像機(jī)信號(hào)接入系統(tǒng)的主要手段，移動(dòng)微波設(shè)備在一些大型活動(dòng)的電視轉(zhuǎn)播中發(fā)揮著重要作用。

四．電視直播中三種傳輸手段配合使用的實(shí)例

2012年4月29日，第七屆“中國海運(yùn)杯”鑒真國際半程馬拉松賽暨2012年全國半程馬拉松錦標(biāo)賽在揚(yáng)州鳴槍開賽，中央電視臺(tái)聯(lián)合廈門電視臺(tái)和揚(yáng)州電視臺(tái)對(duì)該項(xiàng)賽事的賽況成功進(jìn)行了全程直播。三個(gè)臺(tái)的電視直播技術(shù)人員共同負(fù)責(zé)了直播相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行技術(shù)保障工作，技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)馬拉松現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況合理選擇，采用最適合的技術(shù)手段，安全優(yōu)質(zhì)地完成了賽事直播信號(hào)的傳輸工作。

1.起、終點(diǎn)的電視信號(hào)傳輸方案

起點(diǎn)：廣陵新城信息產(chǎn)業(yè)基地東廣場(chǎng)，部署主備兩套光發(fā)射機(jī)，將起點(diǎn)電視轉(zhuǎn)播車的主備兩路輸出信號(hào)通過主備光發(fā)射機(jī)和光纜傳輸鏈路傳送至我臺(tái)總控機(jī)房。

終點(diǎn)：揚(yáng)州市文化藝術(shù)中心，部署主備兩套光發(fā)射機(jī)，將終點(diǎn)電視轉(zhuǎn)播車的主備兩路輸出信號(hào)通過主備光發(fā)射機(jī)和光纜傳輸鏈路傳送至我臺(tái)總控機(jī)房。

2.馬拉松移動(dòng)轉(zhuǎn)播車電視信號(hào)傳輸方案

馬拉松移動(dòng)轉(zhuǎn)播車電視信號(hào)傳輸方案如圖2所示。馬拉松移動(dòng)轉(zhuǎn)播車的4路攝像機(jī)信號(hào)——兩路移動(dòng)摩托車無線攝像機(jī)、車頂攝像機(jī)、車尾攝像機(jī)，其中兩路無線訊道是通過攝像機(jī)載全向數(shù)字微波系統(tǒng)將攝像機(jī)信號(hào)接入系統(tǒng)。4路信號(hào)經(jīng)切換后再經(jīng)OFDM編碼、調(diào)制送到車頂天線發(fā)射。通過沿途設(shè)立的若干移動(dòng)信號(hào)接收點(diǎn)接收后，再通過光纜傳輸鏈路傳回臺(tái)內(nèi)總控機(jī)房。直升飛機(jī)航拍電視信號(hào)傳輸方案與此類似，在此不再詳述。

3.CCTV-5直播電視信號(hào)傳輸方案

這次賽事直播電視信號(hào)向中央電視臺(tái)體育頻道播控機(jī)房傳輸，采用了主備兩個(gè)不同傳輸手段，主路是經(jīng)國家、省光纜SDH骨干網(wǎng)，備路是利用數(shù)字衛(wèi)星車經(jīng)衛(wèi)星傳輸。

賽事直播電視信號(hào)向中央電視臺(tái)衛(wèi)星傳輸方案如圖3所示。賽事直播主備PGM/SDI（嵌入音頻）信號(hào)通過數(shù)字衛(wèi)星車車體后艙的接口板接入車內(nèi)編碼調(diào)制器，經(jīng)數(shù)字壓縮編碼、QPSK調(diào)制以L波段射頻信號(hào)輸出至高功率放大器，高功放內(nèi)置的上變頻器將L波段射頻信號(hào)上變頻為Ku波段射頻信號(hào)，進(jìn)行功率放大后輸出至發(fā)射天線，完成衛(wèi)星上行傳輸。