廣東廣播電視臺C波段5G+4K衛星轉播車系統設計與建設

邱宇哲

（廣東廣播電視臺，廣東 廣州 510066）

0 引 言

廣東廣播電視臺首輛C波段5G+4K衛星轉播車建設項目定位為能快速建立的可靠高質量4K信號外場制作直播技術平臺，滿足重大活動、大型體育賽事以及大型綜藝節目的4K信號直播傳輸任務需求。本項目于2019年12月完成正式立項，2020年10月完成建設并投入使用。本文主要介紹該項目的主要技術系統及設計原則。

1 技術系統設計原則

轉播車的技術系統主要由衛星傳輸系統、信號調度系統、監聽監看和監測系統、4K單邊制作系統、5G+4K網絡傳輸系統以及改造車體系統等部分組成。技術系統的設計原則如下。

（1）高標準安全播出設計。除天線外，主要技術系統按照1∶1冗余備份通道式設計。配備車載發電機和雙路UPS保障不間斷供電。衛星傳輸系統采用C波段設計，具備強抗雨衰的能力，無懼華南地區的多雨天氣。

（2）具備全媒體制作和傳輸一體化功能。轉播車可實現4通道4K信號單邊制作、衛星信號2+2上行以及5G信號傳輸一體化全流程功能。

（3）靈活的4K信號轉換和調度分配功能。支持當前所有4K信號格式的轉換和輸入輸出。4K基帶信號、ASI信號以及衛星射頻信號均能實現靈活調度和監測。

2 主要技術系統設計

2.1 衛星傳輸系統

衛星傳輸系統主要由4K信號上行和信號下行兩部分組成。信號上行部分主要核心設備為4臺4K編碼調制器和2臺含C波段上變頻功能的400 W 固態功放[1]。衛星天線采用直徑2.4 m的車載電動C波段天線。4K編碼調制器輸出的L波段信號經倒換開關進入固態功放，再通過天線上行。衛星信號上行通道按雙路信號1∶1冗余備份同時上行（2+2）進行設計，滿足雙路4K信號同時上行的功能需求。4K編碼調制器支持H.265/HEVC 10 bit 編碼格式，支持DVB-S2X和DVB-S2標準以及32APSK/16APSK/8PSK調制技術[2]。

下行系統主要包括LNB、4K綜合解碼器以及頻譜儀等。衛星信號下行通道安裝5G信號濾波器，以消除5G信號對衛星下行信號的干擾。本系統所有設備的接口均接入獨立的射頻信號綜合跳線盤，并配置C波段測試轉發器，方便進行信號調度和功能檢測[3]。

2.2 4K信號調度系統

4K信號調度系統以2SI 4×3G基帶信號為主要接口格式，所有信號均經過視頻跳線盤，核心設備為2臺34×34的3G信號矩陣，信號的輸入輸出為1∶1冗余配置。矩陣輸入端配置兩臺4K信號多格式處理器作為信號轉換設備，實現12G和4×3G與光纖信號的相互轉換，同時具備音頻加嵌和解嵌、SDI轉HDMI以及4K信號下變換等功能。

外來4K信號可通過4×3G同軸視頻線和光纖兩種方式進入核心調度矩陣。4×3G方式由車載 2組50 m 4×3G 4K線纜接入兩臺34×34矩陣。當信號輸入源距離本衛星車超過50 m時，4K信號通過2對4K光纖傳輸設備接入調度矩陣。選取攝像機復合光纜取代傳統的野戰光纜，在滿足信號傳輸基本功能的同時，還可在不依賴外界條件的情況下實現對光纖發端設備供電。

衛星傳輸系統、信號調度及監聽監看系統如 圖1所示。系統按照雙路通道式（紅色和藍色）進行設計。直播信號經過的主要核心設備，包括信號源、矩陣、4K編碼器調制器以及功放均為1∶1在線冗余設計。當直播過程中車內系統設備出現異常情況，按照先應急后處理的方針，直接通過倒換器一鍵切換，先將故障信號快速切走，再進行故障排查和恢復。

2.3 監看監聽和監測系統

監看監聽系統配置了2臺43寸OLED 4K HDR電視機作為主電視墻，并相應配備2個16路輸入的3G信號畫面分割器。每臺電視采用2×2的畫面分割進行監看，監看內容為4路外來信號、2路解碼器信號以及頻譜儀信號。此外，在矩陣輸出端配置17寸機架式4K監視器，監看全車4K信號。畫面分割器和電視墻進行交叉輸入互為備份。在音頻監聽方面，由于4×3G信號的嵌入音頻均在第一路3G信號中，在矩陣輸出端配置一臺可解嵌雙路3G信號的音頻監聽器實現4K信號的音頻監聽功能，同時在電視墻面配置有源音箱作為擴聲監聽[4]。

由于衛星傳輸系統和5G網絡傳輸系統設備具有較多的ASI信號輸入輸出接口，因此，系統設計配置一臺獨立的16×16矩陣作為ASI信號調度使用，以便監測相關設備的工作狀態。

此外，本車系統還配備了網絡監控交換機和網管服務器，全車絕大部分設備均支持Web UI登錄管理功能，可通過網管服務器對全車所有設備的狀態進行監測，并對相關設置進行修改。

2.4 4K單邊制作系統

4K單邊連線制作系統以12G基帶信號為主要制作接口模式，配置4臺12G訊道攝像機和1臺自帶幀同步功能的8路12G 4K切換臺。音頻系統核心設備為1臺16路數字調音臺，外接信號和攝像機基站輸出數字音頻信號為信號輸入源，視音頻信號通過4K多功能格式處理器完成加嵌后輸出至矩陣。4K切換臺自帶畫面分割HDMI信號輸出，接入電視墻的HDMI輸入可實現監看。TALLY和攝像機通話系統均完整配備。4K單邊制作系統如圖2所示。

圖2 4K單邊制作系統圖

2.5 5G+4K網絡傳輸系統

由于5G+4K網絡傳輸系統在本車立項階段時尚無成熟穩定的一體化4K網絡編碼產品，因此從實用性和設備使用效率最大化角度出發，共用衛星傳輸系統的4K編碼調制器，將編碼后的ASI信號輸出至原有的高清網絡編碼器，添加SRT或ZIXI網絡傳輸協議后送至5G CPE，推送至目的IP地址，解碼接收過程采用同樣方式。從安全播出的角度考慮，5G信號傳輸系統也按照1∶1冗余設計配備。具體系統如圖3所示。

圖3 5G+4K網絡傳輸系統圖

2.6 改裝車體系統

2.6.1 車體選擇及改裝

轉播車底盤選取4.5 m軸距的中國重汽汕德卡C5H 4×2，后橋帶空氣懸掛，國六排放標準[5]。改裝完成后，車體長寬高尺寸為8 620 mm×2 500 mm× 3 800 mm。全車從前至后分為駕駛室、工作區、維修區以及線纜區。全車總質量為13 420 kg，全車配重符合設計要求。改裝廂體采用鋼結構鋁蒙皮架構，骨架間填充40 mm阻燃擠塑板保溫材料。考慮到車體配重和整車高度控制的因素，天線底座位于車體中部，采取車頂下嵌式向后開合安裝。車體布局透視圖如圖4所示，工作狀態下實車整體外觀如 圖5所示。

圖4 車體側視透視圖

圖5 實車整體外觀圖

車內配置4個19英寸33 U標準機柜，其中一個機柜為供電系統獨立使用。工作臺面由防火板制作，電視墻安裝合頁氣彈簧。電視墻可向上翻轉，便于檢修。

2.6.2 配電系統

配電系統主要分為交流供電系統和直流供電系統。交流供電系統主要設備為2臺10 kVA的UPS、25 kVA隔離變壓器以及柴油發電機（14NE）。轉播車外接市電輸入為380 V三相五線制交流電源。外接市電輸入隔離變壓器后，將B相和C相分配給2臺UPS后輸出至各機柜電源分配單元（Power Distribution Unit，PDU）作為技術用電，A相為非技術用電。外電中斷時，兩臺UPS可為技術設備提供時長不低于15 min的供電，保證設備供電不中斷，以便有足夠時間啟動車載發電機作為備份電源。各輸入輸出電源關鍵節點具有檢測監看手段。配置長度為100 m的6 mm2供電電纜，外電輸入接頭為63 A曼奈科斯工業電源接插頭，并附有63 A轉32 A的轉換線。直流供電系統主要為照明、支撐腿以及電纜盤等輔助設備供電，配置兩個24 V、150 AH免維護直流電池為供電電源，有交流電源時可自動充電。

2.6.3 空調系統

空調系統由3臺分體式空調組成。工作區配置1臺3匹空調，設備區配置,1臺3匹空調和1臺1.5匹空調。機柜區安裝玻璃門分隔工作區與設備區，便于設備區供冷形成循環，工作狀態冷量充足，3臺空調可同時工作且互為備份。

3 衛星傳輸信號檢測

項目建設完成后，廣東廣播電視臺委托具有國家廣播電視總局專業信號檢測資質的機構對全車技術系統進行了衛星上行下行全鏈路測試，具體測試結果如表1所示。從表中數據可知，本車在上行 36 Mb·s-1轉發器帶寬時接收余量較足，接收信號的PQR和PSNR指標良好，完全滿足4K信號傳輸需求且有足夠安全冗余。

表1 4K信號衛星傳輸全鏈路測試數據表

4 結 語

本項目建設從立項到實施完成，克服了預算資金緊、工期緊以及目標定位高的困難，通過內部挖潛和盤活現有閑置設備，節省了大量建設資金。項目凝聚了廣東廣播電視臺外場信號傳輸技術團隊的智慧和心血。系統簡便實用，操作環節清晰直觀。系統投入使用后，多次順利完成大型4K直播活動的傳輸任務，是廣東廣播電視臺外場4K信號直播的可靠平臺。