數字衛星廣播電視直播的特點和發展期望

宋孚辰

（作者單位：新疆昌吉州呼圖壁縣電視臺）

自1994年衛星數字傳輸標準DVB—S頒布后，衛星數字電視在全世界得到迅速發展，用DVB—S方式進行衛星廣播是當時我國衛星廣播的主要方式。2005年4月歐洲ETSI正式頒布DVB—S2的幀結構、信道編碼和調制系統規范。隨著衛星廣播業務的快速發展我國于2005年初啟動了我國衛星直播專用星的建設，即ABS—S，借鑒了國際衛星廣播電視技術的思路與先進的設計理念，在技術環節上有所突破，實現了自主創新。

1 廣播電視直播衛星技術的特點

首先，衛星廣播是以安裝在衛星上的轉發器轉發信號為主傳輸手段的廣播系統，具有傳輸信道寬、覆蓋面積大傳輸質量好、成本低等優點。廣播衛星是在赤道上空同步軌道上的人造衛星，其繞地球一周的時間正好等于地球自轉的周期，因此，從地球上看該衛星在空中就是靜止不動，所以稱為固定衛星。數字廣播衛星的功能是接收發自地球站的上行信號，并經低噪聲放大、下變頻及功率放大等處理后，生成衛星廣播的下行信號，通過衛星上的天線將數字波束信號轉發到地面服務區域。

其次，在數字廣播衛星直播系統中每個電視頻道的帶寬一般為7 MHz左右，數字衛星廣播的制式可分為兩種，一種是DVB—S方式，另一種是Digicipher方式，兩種方式不兼容。最主要的是信道編碼不同，而信源編碼都采用MPEG-2壓縮方式。DVB—S標準被認為是廣播電視衛星數字信道編碼和調制標準最成功的技術標準，DVB—S采用RS外編碼和卷積內編碼的級聯編碼式信道及QPSK高頻調制方案，內編碼和外編碼相結合，構成DVB—S中的級聯編碼，增強了信道糾錯能力，有利于抵御衛星廣播信道傳輸中的干擾。DVB—S調制系統采用四相鍵控4PSK，一般稱QPSK調制是一種4QAM調制，由于衛星信號離地面較遠，信號質量受到各種干擾，為提高衛星信號接收質量，DVB-S采用傳輸效率較低，但抗干擾能力強的QPSK調制技術，通過信道編碼人為加入一些冗余度，可以使數字信息序列具有自動檢錯和糾錯能力。但是，采用這樣的編碼方式缺點是編碼效率低，在衛星傳輸信道中，會出現相加的白高斯噪聲，引起信號質量下降，即誤碼率BER，要減少誤碼率通常采用QPSK調制方式以及級聯的卷積碼和RS碼的前向差錯控制方式，在接收載噪比高于誤碼門限的條件下，系統可提供無誤碼率質量指標，解復用器輸入端數據誤碼比特率為BER≤10～11。

2 衛星技術的發展與應用

隨著技術的不斷進步DVB—S2問世，DVB—S2是歐洲第二代DVB—S標準，它在糾錯編碼等信號處理技術上有了突破性進展，特別是衛星技術本身的進步，使DVB—S2相比DVB—S在技術上傳輸性能更好。

一是頻譜效率得到提高，DVB—S2系統的信道編碼采用BCH外編碼和LDPC內編碼構成的級聯編碼，編碼率有11種可選。DVB—S2與DVB—S的主要不同是；BCH編碼和LDPC編碼的級聯編碼代替RS編碼和卷積編碼的級聯，DVB—S2的調制應用了QPSK、8PSK、16APSK，滾降系數ɑ=0.35、0.25、0.20。無誤碼率BER≤10～11。在這種條件下，DVB—S2的載噪比S/N值優于香農公式的理論值0.7 dB,比DVB—S信道容量高30%左右。

二是由于轉發器和衛星天線的制造技術的進步，衛星的應用種類與應用范圍不斷擴展，可根據不同的信道條件和業務進行靈活的選擇應用。例如：DVB—S2可應用于廣播業務、交互業務、DSGN（數字衛星新聞采集）等業務；還可實現高清或標清的廣播電視轉播和多媒體業務的應用，充分提升了衛星轉發器的帶寬利用率。DVB—S2中采用多項技術代表了數字衛星信號傳輸技術的發展趨勢。例如：我國地面數廣播電視傳輸標準（GB/T20060—2006）中就采用了LDPC+BCH級聯碼作為前向糾錯編碼，不同的只是碼字長度與生成矩陣的構造方式有所不同。

三是為加快我國直播衛星的應用，我國先后發射了“中星六B”和“鑫諾三號”兩個廣播電視專用衛星。2008年6月又發射“中星九號”，直播衛星。“中星九號”是數字直播衛星，采用數字壓縮多路單載波方式，采用國際電信聯盟（ITU）規定的衛星廣播業務（BSS）專用KU頻段轉發器轉播電視節目。KU頻段直播衛星轉發器功率大，頻段下行波束窄，可以使靜止軌道上的軌位資源提高一倍以上。KU頻段直播衛星抗干擾能力強、受地面干擾小、用戶使用0.5～0.6 m口徑天線就可以接收到多達150套的電視節目，降低了對接收環境的要求。KU頻段直播衛星數字廣播非常適合分散的小口徑天線的個體接收具有簡單靈活成本低、接收效果好、便于實現節目的加密有條件接收。KU頻段直播衛星可利用頻率較寬，一般KU頻段的頻率（11.7～12.2 GHz）可利用性較高能夠提供電視業務、聲音業務和數據業務，中星九號采用我國自主研制的衛星直播電視傳輸技術標準ABS—S采用了內碼為LDPC碼，外碼為BCH碼的級聯碼結構。主要技術包括LDPC信道編碼技術，高階調制技術，高效的幀結構，ABS—S在設計之初就全方位考慮各種優化因素，以達到取各家之所長的目的。

第一，提高設備的使用效率，在編碼效率上采用損失小、一般（小于2%）可獲得0.1～0.15 db的編碼增益。

第二，設計上充分考慮系統性能，因為DVB—S2中的LDPC編碼的設計存在缺陷，主要是應用時必須使用碼字長度為64800 Bit的碼長，這就大大增加了實現和處理的復雜程度。為優化ABS—S在信道編碼方案，ABS—S采用LDPC碼字長度為15360 Bit的碼長，且不同編碼比特時、碼長固定、具有更好的接近香農極限特性，實現編解碼簡單、硬件成本低、更適應當今衛星廣播電視直播的發展。

第三，ABS—S僅依靠LDPC編碼就能滿足10-7誤碼包率的實現，能夠在碼字較短的同時，提供低于10-7誤包率，充分體現出ABS—S在信道編碼上的優勢。

第四，ABS—S采用了更先進的傳輸幀結構，信道編碼和調制系統更合理規范，適用衛星廣播電視的交互業務、新聞采集等功能，其強大的應用功能和優秀的傳輸系統性能，大大改善和擴展了設備的可操作性。

第五，ABS—S在比特交織和符號映射信號處理上采用LDPC編碼技術充分發揮整體優化的設計理念。在ABS—S中共包含8項專利技術，主要是信道編碼和調制方式以及衛星傳輸的幀結構。

3 直播衛星領域的應用與未來的展望

新疆昌吉州呼圖壁縣2009年實施的第一期直播衛星“村村通”工程，能夠接收48套標準清晰度數字電視和27套調頻廣播節目以及數據廣播的能力，直播“村村通”系統提供多種服務，如在接收端用RS232接口和計算機相連，就可以看到圖文電視、股票信息、電子信息等服務。

2013年，新疆昌吉州呼圖壁縣又實施了“戶戶通”直播衛星工程，這一工程主要是機頂盒+定位技術與地面數字無線相結合實現了可管可控，有序管理，實現了人機匹配，杜絕非法異地安裝，通過技術的升級使直播衛星電視覆蓋人群大大增加，提高了服務質量，給廣大人民群眾帶來了豐富的精神食糧。

現階段， “村村通”和“戶戶通”衛星直播主要還是公益類服務，通過衛星機頂盒接收數字衛星信號讓廣大人民群眾享受國家惠民政策，把黨的聲音傳向千家萬戶，為農牧民提供了增收致富的平臺，提升農村地區廣播電視公共服務水平，但隨著人們生活水平的提高、人們對文化的需求越來越來強烈，各種不同人群對文化的鑒賞和個性化要求越來越強烈，而廣播電視直播衛星業務節目比較單一，缺乏個性與互動，與人們的期望還有很大差距，這就要求廣播電視直播衛星業務加大技術研發投入力度，引入更豐富多彩的互動方式和個性化節目以及互聯網、大數據的使用，提高衛星廣播電視的服務水平，電視和新媒體的結合最終會成為雙贏目標，電視加入新媒體互動內容能夠吸引更多網民看電視，反過來新媒體也利用電視直播提高點擊率，二者結合是互利互惠，推動傳統媒體和新興媒體融合發展，是落實中央全面深化改革的部署，是宣傳文化領域改革創新的一項重要任務，也是廣播電視部門適應媒體格局深刻變革提升主流媒體傳播力、公信力、影響力和輿論引導力的重要舉措。

技術平臺的建設是實現傳統媒體與互聯網、移動互聯網等新興媒體結合傳播的有效資源共享，電視臺以及直播衛星電視只有適應當今快速發展的交互、智能化、數字化、網絡化的大趨勢，才能更好地滿足廣大人民群眾的需求。要想提高服務質量，首先要有先進的技術作為保障，其次是廣電人一定要轉變工作作風，以時不我待的危機意識，大力發展宣傳主流媒體，在思想意識上高度重視，在管理方面科學統籌，在服務上更加貼近廣大人民群眾，真正做到全心全意為廣播電視的收看收聽者服務。我國已于2017年6月19日發射了中星9A北斗直播衛星，中星9A的成功入軌，標志著我國廣播電視直播衛星業務有了更多增值類業務，包括可以轉播高清晰度的電視節目和互動點播、信息服務收視數據、回傳等新業務，它所帶來的產業規模有望達到數千億。隨著我國科技的進步，衛星廣播直播事業一定會給廣大人民群眾帶來全新的精神享受。