L頻段DAB衛星研究

+ 王中 中國衛通集團有限公司

L頻段DAB衛星研究

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衛星通信的主要特點是：不受地理條件限制、覆蓋面積大、具有廣播特性、不易受陸地災害的影響、運用靈活、建設速度快、覆蓋成本低等。L頻段波束較寬，指向性不強，對衛星終端天線的指向性要求不高，并且其衛星鏈路受天氣的影響較小，特別適合于做衛星移動通信及廣播傳輸。本文介紹了L頻段的資源分配情況以及可開展的業務，并說明了衛星數字音頻廣播是移動衛星業務的發展方向。

移動衛星業務、L頻段、衛星數字音頻廣播

1. 前言

衛星通信發展總的趨勢是衛星越做越大，地球站越做越小。發展的最終目標必然是要實現個人全方位通信。衛星和地面通信網必將組成天地一體、無縫連接、覆蓋全球的個人通信系統。正如手機、互聯網目前已經成人們現代生活中不可缺少的一部分。

衛星正在越做越大，整星功率越來越大、壽命越來越長、頻率越做越高，而地面天線卻越來越小，衛星通信應用越來越便捷。但我們同時也看到，固定衛星通信業務也受到與其幾乎同時起步卻發展迅速的地面光纖網絡的巨大的沖擊，適用范圍在相對逐漸縮小。即便如此，也不能否認，衛星通信系統覆蓋范圍廣、獨具廣播特性、受地理環境影響較小、網絡易于構成等特點依然存在，仍然占有相當的市場份額。相對于自身，衛星通信效益仍然逐年增長，無法被代替，其根本原因在于人們不斷日益增長的物質和文化需求。

衛星廣播就是指利用環繞地球的衛星來傳播節目的廣播服務。衛星一般采用靜止軌道衛星，頻段采用L或S頻段。它傳遞數字音頻節目或數據資料到接收端，而過去調幅AM 及調頻FM 則采用模擬技術，未來將逐漸被第三代廣播技術DAB(Digital Audio Broadcasting)取代。由于其可透過衛星或地面發射站發射數字信號，具有抗干擾強，以及不受電波傳輸衰弱影響等特點，能提供近乎零失真的音質，歌曲品質等同于CD，更受消費者青睞。

表1 L頻段可用于通信廣播業務的頻段

2. L頻段國內外應用簡述

2.1 衛星頻率劃分

衛星業務頻率分配主要是由國際電信聯盟（International TelecommunicationUnion，ITU）組織協調完成的。其將全世界分為三個區域：

區域1：歐洲、非洲、前蘇聯及蒙古

區域2：北美洲、南美洲及格陵蘭島

區域3：亞洲（除區域1）、澳大利亞以及西南太平洋。

在這三個區域內，頻率帶寬被分配給各類型的衛星業務，而同一業務在不同的區域內所分配的頻率可能不同。

衛星業務的類型如下：

●固定衛星業務Fixed satellite service (FSS)

●衛星廣播業務Broadcasting satellite service (BSS)

●移動衛星業務Mobile satellite services(MSS)

●導航微衛星業務Navigational satellite services

●氣象衛星業務Meteorological satellite services

每一大類衛星業務都包含了許多小類，例如，衛星廣播業務BSS主要用于提供直達客戶家庭的電視廣播業務，也被稱為衛星直播業務（Direct Broadcast Satellite，DBS) ，在歐洲被稱為衛星電視直播到業務（Direct-To-Home ，DTH)。

L頻段所用的頻率范圍是1～2GHz頻段，適用的衛星通信和廣播業務主要為：

●利用GEO（地球同步軌道）衛星向車載、船載、機載和便攜式終端提供移動電話和數據通信業務

●利用GSO衛星或LEO（低軌）衛星星座向手持終端提供移動電話和數據通信業務

●以及利用GSO衛星向便攜式和車載終端提供聲音和數據廣播業務。

由于頻率低，衛星可用帶寬窄，加上車載、便攜式和手持終端的天線波束寬，L頻段衛星通信的頻率資源和軌位資源極為緊缺。因此，相應的業務范圍局限于向常規的衛星通信、移動廣播、以及有線通信服務區外的用戶，提供話音和低速數據通信。

盡管L頻段衛星通信終端的售價通常比較低廉，但是，L頻段衛星通信系統的建設成本高，其通信費用也遠高于常規的衛星通信手段。

2.2 L頻段資源分配

自1976年，海事衛星Inmarsat將L頻段部分頻率資源（1535～1542.5/1636.5～1644MHz）專門用于衛星通信業務開始，至今國外衛星移動通信業務（MSS）已有近四十多年的發展歷程。

目前已經建成并投入使用的國外靜止軌道（Geo-synchronous orbit，GSO）和非靜止軌道（Non -Geosynchronous orbit，NGSO）衛星移動通信系統有很多種，其中較為典型的是：GSO 以Aces、Thuraya 和 Inmarsat為代表； NGSO 星座以Iridium、Globalstar為代表，其中Iridium為低地球軌道（Low earth orbit，LEO），GPS屬中軌道（Medium earth orbit，MEO），傾斜地球同步軌道（Inclined Geosynchronous Orbit，IGSO）如表2所示。

由上表我們可以看出，國際各大衛星移動通信公司基本已將可用頻譜資源占盡，要想再擠出點頻率資源很難。各大衛星移動運營商對于頻譜資源的高效使用，比如在1626.5-1660.5/1525-1559 MHz頻段，Inmarsat、Thuraya等多個GSO衛星移動通信系統通過多邊磋商實現了頻率共用。另一方面我們注意到L頻段已非常擁擠，在常用的L頻段范圍內，已經有五家運營商分頻使用。由于衛星廣播業務常用頻段的申請和使用均需履行“先登先占”程序，即先申報的衛星網絡具有較高的協調地位，可優先使用，后申報的衛星網絡不得對其產生有害干擾，申報的衛星網絡都有明確的7年應用時限，因此可見，L頻段資源十分寶貴，所剩無幾。

2.3 L頻段適合開展的業務形式

L頻段最大的優勢在于終端無需精準指向衛星即可通信，不易受天氣影響，強降雨不會造成信號中斷。

根據當前我國可用的L頻段頻率資源規劃，1467-1492MHz這一段頻率ITU規劃分配給了衛星廣播業務，不能用于衛星移動通信，且我國已開始利用S頻段建設MSS系統，因此不可能重復建設。同時L頻段雖仍有帶寬規劃為MSS業務，但由于級別較低，協調非常困難。L頻段可用帶寬小——只有25MHz，不適合開展占用帶寬較大的DVB業務。下表說明了適合L頻段的幾項主流業務的優缺點對比。

由此可見，L頻段DAB應用是衛星通信發展的重要組成部分,適合當前移動通信技術的發展需求，其所獨有的特點及優勢具有非常大的發展空間，將在新的形勢下造就巨大的經濟效益和社會效益。

3.衛星數字音頻廣播DAB

3.1 DAB簡介

數字音頻廣播DAB（Digital Audio Broadcasting）亦稱尤里卡147（EUREKA 147），是上世紀八十年代末由歐洲各國共同開發、訂立的標準，基于目前仍廣泛使用的MPEG音頻第2層（MPEG Layer-2）。它采用先進的音頻數字編碼數據壓縮、糾錯編碼以及數字調制技術，對廣播信號進行系列數字化處理，是繼AM、FM傳統模擬廣播之后的第三代廣播。

表2 全球主要衛星移動廣播通信系統軌道位置類型及頻率范圍

表3 適合L頻段開展的業務形式

DAB具有發射功率小、抗噪聲、抗干擾、抗電波傳播衰落、傳輸中出現的差錯易被修正，適合高速移動接收等優點。隨著技術的發展，數字音頻廣播除了傳統意義上僅傳輸音頻信號外，還可以傳送包括音頻、視頻、數據、文字、圖形等在內的多媒體信號。準確的說此時數字音頻廣播應稱為數字多媒體廣播DMB(Digital Multimedia Broadcasting)，但由于其主要業務仍是音頻廣播，故習慣上仍稱之為數字音頻廣播。

DAB覆蓋有三種方式：

● 地面無線方式DAB-T

● 電纜或光纜有線方式DAB-C

● 衛星傳輸方式DAB-S

衛星傳送的優點是覆蓋區域相當大。對于全國性節目來說，通過衛星進行全國覆蓋，DAB-S應該是最經濟的方案。可以非常有效地節約地面同步網建設、節目和數據的饋送以及運行維護的費用。

DAB受眾通過手機、電腦、便攜式接收終端、車載接收終端等多種接收裝置，可以收看到豐富多彩的數字多媒體節目。而利用數字廣播技術，提供非實時的推送式廣播服務，則是近兩年出現的新的趨勢，因為很多國家的政策法規不允許DAB從事視頻節目播出，而傳統的FM廣播又已經得到用戶的充分認可，因此，利用DAB技術，提供非實時的推送式廣播，則帶給廣大廣播用戶全新的收聽體驗，為DAB技術的推廣拓展了一片全新的天地。

DAB近年有升級版，名為DAB+，不能兼容舊有制式。現有的舊式和大多數銷售中之接收器都不能支持DAB+。某些國家預料幾年內會采用DAB+制式作為廣播之用，包括英國、澳洲、意大利、德國、瑞士和馬耳他等。我國也對DAB+技術感興趣。

1994年，Eureka-147標準被國際電信聯盟（ITU）確認為國際標準。

3.2 DAB地面應用情況

衛星數字音頻廣播是在衛星電視廣播的基礎上發展起來的。衛星傳送的優點是覆蓋區域大，對于全國性節目來說，通過衛星進行全國覆蓋可以說是最經濟的方案，可節約地面同步網建設、節目和數據饋送及維護、運行費用。

表2 全球主要衛星移動廣播通信系統軌道位置類型及頻率范圍

衛星數字音頻廣播（DAB）系統由地球同步衛星、廣播上行站、數字接收機及地面控制運營網絡組成。根據信息發布方式的不同，DAB衛星廣播系統主要分為個人接收和公共接收兩種，可以有三種不同的應用模式：

（1）用戶可以使用便攜式的DAB衛星接收機，直接接收來自衛星的廣播信息。

（2）在私家車、公務車、公交車、船舶等移動交通工具上安裝DAB衛星接收機，接收機直接接收來自衛星的廣播信息，并將信息通過交通工具上的顯示屏、揚聲器等設備將信息對外發布。

（3）在個人家庭、辦公場所或公共場所安裝DAB衛星接收機，接收機直接接收來自衛星的廣播信息，并通過外置的揚聲器、控制器等驅動電子顯示屏、農村有線廣播設備等其它設備將信息對外發布。

到目前為止，世界上已有35個國家和地區開播或試驗播出DAB/DAB+/DMB節目，14個國家和地區有意開展DAB業務。

目前，全球已有超過1000套DAB數字音頻廣播節目在播出，超過5億人在使用幾千種類型的接收機收聽數字音頻廣播。在英國、德國、比利時、丹麥等歐洲國家DAB的覆蓋率已經達到相當高的水平

3.3 DAB的優勢

數字音頻廣播(DAB)是廣播事業發展中一個新的里程碑，特別是衛星DAB與傳統的現行廣播系統相比，擁有很多優勢：

（1）DAB音質純凈，可與CD盤媲美；

（2）信號好、接收質量高、抗干擾性強，可保證高速移動狀態下的接收質量，可在惡劣環境下接收；

（3）覆蓋面積大，突破了傳統地面廣播信號傳輸距離的限制，任何地面廣播系統無法與之相比。用衛星技術還可以解決包括山區、海島、洋面等偏僻地區的覆蓋問題。使得用戶“走到哪里都可以收聽”自己喜歡的節目，在這一點上任何地面廣播系統無法與之相比，尤其對以全國、全球覆蓋為目標的大臺來說更具重要性（目前全國唯有中央人民廣播電臺的節目能覆蓋全國。截至2013年1月21日，全國廣播節目有2831套 ）；

（4）接收系統十分簡單、小巧，特別是L頻段衛星接收機，對于接收天線的指向性要求不高。

（5）接收機具有很好的移動、便攜能力。

（6）頻譜利用率高，極大地擴展以往廣播頻道數量的不足。

（7）業務構成靈活，可作為多媒體數據的無線傳輸平臺。

（8）應用了加密技術，可以為用戶提供個性化節目訂制服務，用戶可以定制自己喜歡的節目，因此特別受消費者追捧。

（9）廣播節目可根據不同音質的播出需要，按照最經濟的原則選擇播出帶寬。如播出音樂節目，最高可選擇128kbit/s的比特率，從而得到CD級音質的效果；對于一般的節目播出，則可選擇較低的比特率，同時各類節目帶寬選擇以至節目的編排組合可輕而易舉地完成。

（10）投資和運營費用低。主要用于地面上行站的建設，若與全國調頻廣播網的建設投資相比，僅相當于其1／200，與全國調頻廣播網的運營費相比，則僅相當于其1／100。對廣播節目的提供者而言，衛星廣播技術相對于地面布點的覆蓋技術有其覆蓋面廣、運行投資少和便于管理的優勢，具有很好的性能價格比。據估計，如果采用32K和64K分別傳3路語言節目和1路立體聲音樂節目覆蓋全國，五年需要投入人民幣1200萬元左右。而用10KW調頻發射機覆蓋我國全境，五年需投資約220億元。

（11）接收機價格低。

（12）數字音頻廣播所需的功率也要小得多,少維護,運行成本低。

4.結束語

L頻段的靜止通信衛星或者中低軌衛星星座，可以直接為手持或便攜式終端提供移動電話、音視頻和數據業務。DAB衛星數字音頻廣播具有其它廣播系統所不具備的特性，可以通過全時段、全天候和無縫隙覆蓋的方式，向終端用戶提供便捷、高質量的數字聲音廣播業務，同時可提供多用途的數據采集播發服務。衛星數字音頻廣播與傳統的廣播系統相比，突破了地面廣播信號傳輸距離的限制，使得用戶“無論走到哪里都可以收聽”自己喜歡的節目，獲得需要的信息。L頻段衛星數字音頻廣播已經成為世界各國爭相發展的一個戰略性新興產業。

[1]原民輝. 國外通信衛星系統發展與啟示. 北京空間科技信息研究所，2013-06

[2]賽立信. 2012中國廣播廣告影響力發展研究報告. 賽立信媒介研究公司，2013-09

[3]中華人民共和國國家統計局. 中華人民共和國2012年國民經濟和社會發展統計公報.2013-02-22

[4]初一. MBCO與日本韓國移動電視的發展. 衛星與網絡，2009-03作者簡介：

作者王中，男，工程師職稱，就職于中國衛通集團有限公司，擔任衛星操作工程師一職，主要研究同步衛星操作控制，星體管理等。