西藏衛視高標清同播方案研究

周賢祿

（西藏廣播影視節目傳輸中心，西藏 拉薩 850000）

1 高標清同播系統方案綜述

1.1 高標清同播系統方案設計

1.1.1 高標清同播系統方案設計思想

（1）除滿足國家廣播電視總局對于電視衛星地球站技術系統配置的具體要求外，應采用具備可擴展性的設計，保留未來可擴展至4K傳輸的預留接口，并具備當前高清電視節目衛星傳輸的可靠性能。

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

（3）充分考慮利用普遍使用的標清傳輸系統已有硬件及相關配套設施，避免浪費或重復投資，設計科學、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，高清標清節目流通過各自的衛星發射鏈路進行上行傳輸。

1.2 高標清同播系統方案設計

1.2.1 高標清同播編碼調制系統方案

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+）技術應用實施指南》中對于衛星傳輸分發數字電視的技術應用指導意見，新上星的高清數字電視頻道，建議視音頻總碼率不低于12 Mbps，壓縮碼率不低于384 kbps，按照如上原則設計，西藏藏語/漢語衛視兩套高清節目視頻編碼采用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；考慮到廣播節目、SI及數據信息碼率、加密信息等TS流總有效傳輸碼率大于27 Mbps，衛星傳輸信道編碼采用DVB-S QPSK調制方式，信息碼率約為27.65 Mbps，如果加入西藏衛視兩套標清節目流信息（帶寬12 MHz以上），那么混合藏漢語兩套高標清電視節目的衛星帶寬會達到36 Mbps左右，考慮到現實情況，衛星轉發器資源非常緊張，整租一個36 Mbps轉發器的情況幾乎不存在，并且高清和標清節目流同在一個衛星轉發器，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波段轉發器，標清需單獨租用約1/3個C波段轉發器，并需要具備兩種清晰度節目流上行至不同衛星的能力[3]。

1.2.1.2 編碼

（1）西藏衛視高清節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復用器。

（2）標清SDI信號（含嵌入伴音及廣播信號）經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復用器。

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

1.2.2 復用

高清節目流經兩臺高清1：1復用器分別輸出兩路信號送入各自調制器輸入端，完成復用及加擾。復用器選型應具備輸出鏡像功能，可同時輸出加擾流與清流信號，并通過網管、矩陣進行切換，當節目源或加擾信號故障時，通過矩陣選取正常的清流信號，或通過復用器選擇墊播信號。

標清節目流無加擾需求，經標清1：1復用器后輸出兩路信號送入標清調制器。

1.2.3 上行鏈路分系統

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，而且接收穩定。因此，西藏高清同波頻道衛星地球站項目也選擇C波段進行衛星傳輸。

1.2.3.2 天線部分

（1）衛星發射天線前方凈空及電磁要求。按照廣播電視衛星地球站場地要求，天線工作頻段為C頻段時，管形波束保護角度應大于等于5°，天線前方障礙物形成天際線仰角不得大于衛星天線實際工作仰角與管形波束保護角度之差，據此按照場地實際情況推算天線前方凈空具體數據。

發射場地選址應避開大型機場及電氣化鐵路等強電磁干擾環境，并結合天線指向綜合考慮應避開空中航線的干擾，地球站衛星天線無論發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備產生的電磁信號可能被地球站衛星天線接收并造成干擾，衛星地球站發射場址的選擇應綜合考慮上述情況。

（2）天線口徑選擇。近年來，我國陸續發射了多顆可用于廣播電視傳輸的衛星，然而對于日益增長的信息通信需求，衛星資源依然有限，兩種清晰度衛視節目的轉發器很可能需要租用不同的衛星。即使位于同一顆星的不同轉發器，如面臨資源重新調整，仍需整套的轉星預案和相關流程，在這種情況下，使用同一套衛星發射天線同時播出高清節目與標清節目的可能性較低。因此，兩種清晰度電視節目需要各自的衛星發射天線，并且需要各自擁有主備份衛星發射天線，高標清同播共需四座發射天線。主、備上行鏈路可用度按99.996%考慮，綜合拉薩市及C波段衛星上行ERIP需要，發射天線口徑至少需要在9米以上，除滿足基礎性能要求外，統一主備發射天線口徑可確保主備切換時信號功率不會有大的波動。

新建設的發射天線需要根據實際位置，建設符合規定的避雷設施并要與原有場址避雷設施統籌考慮。

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信號（常用70 MHz）變換成衛星通信上行頻率，這樣易于信號發射以及實現信道復用，高清與標清應分別配置1：1上變頻主備單元。

1.2.3.4 射頻功率設備

（1）衛星上行高功率放大器。高功放設備是地球站發射系統的核心設備，它將經調制后的射頻信號放大到符合需求的功率電平，通過饋線傳輸至衛星發射天線并向衛星發射。廣播電視衛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和良好的線性，因此，選擇KPA（Klystron Power Amplifier，速調管功率放大器）是較為成熟的方式。KPA具有大功率、高增益、線性好、功率穩定性高等優勢，目前在國內廣播電視衛星發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。設計配置上行功率自動控制系統，實時對異地接收的衛星下行信號與本地不同口徑衛星天線接收的衛星下行信號進行自動比對判斷，根據需要對上行鏈路進行控制，能夠實現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需要具備自動判別異態、自動按照預設策略調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對雨雪衰等常見情況。

1.3 冗余機制

高清衛星上行系統中的主要設備均需具有冗余配置，可實現自動或手動切換，如復用設備、頻率變換設備、功率放大設備，至少需要按照1：1配置。為了確保源信號傳輸安全，傳輸到地球站的信號應具備至少兩路不同路由方向的主備光信號，實現不同路徑傳輸信號，確保信號傳輸的可靠性。主要設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，可無縫切換到對應備份電源鏈路。

1.4 節目流加密

只要處于衛星波束覆蓋區均可以接收高清電視信號，確保衛星電視節目制作方的合法權益不受侵害，通常需要對高清節目流進行加密，加密一般分為前端（廣播）和終端（接收）兩個部分組成，前端完成廣播數據的加擾并生成授權信息，完成解擾密鑰的加密工作。

綜合可靠性和安全性的要求，高清電視節目衛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管理信息生成器在本地，條件接收系統在遠端異地，通過專用的通信鏈路將條件接收系統和指授權管理信息生成器進行連通，從而實現對目標節目流的加密，是對本地直接加密的一種延伸技術手段。

遠程加密信號可通過光纜等專用通信線路傳輸到衛星地球站，對于取得的加密控制信息通過網絡控制設備輸送至高清主備鏈路復用器，然后對高清節目信號進行加擾復用，將節目清流加擾成密流。復用器必須具備智能切換輸出功能，高清節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

根據設計的原則，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，主要播出設備的主備份單元，雙電源設備也需由不同的UPS系統供電，UPS電池組滿負載后備時間必須維持在30分鐘以上。發射場址需配備符合功率需求的柴油發電機，一旦兩路外電同時出現故障，發電機可自行啟動，利用聯絡開關方式接入供電線路。

1.6 播出監測分系統

根據高清系統鏈路走向，分別在信號源適配，清流切換開關輸出、加擾器輸出、矩陣輸出、中頻調制器輸出、上變頻輸出、高功放的輸出，主備放發射天線的接收端、預警天線接收端、異地接收等設置監測畫面，實時監視播出效果，同時還要對同轉發器的其他衛視節目、本轉發器信號的頻譜等設定監視，以便及時發現和判斷故障。

標清系統監測節點與高清系統類似。

采用視頻錄像方式對播出鏈路各重要節點畫面信息進行條件預設保存，高清標清節目信源、高功放切換開關輸出端信號及下行接收高清標清節目信號、質量和頻譜等信息進行監測和記錄。

按照實際需求，監測網管可能由一套以上的監測分系統組成：上下行高標清節目流信息監測、播出系統設備工作狀態和指標監測，播出系統和播出機房環境監測、供電系統實時數據和換件監測等。監測信息多而復雜，需要通過監測網管整合至監看大屏并實現設備或運行狀態異態聲光告警提示，并對異態數據按照預設條件儲存在監測網管上，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。衛星地球站防雷系統應采取綜合的防雷措施，防止過壓過流燒毀器件或設備，防止電磁干擾播出設備的主要手段有：合理設計避雷針和引雷器件、符合防雷規范的接地系統、線纜電磁屏蔽、設計安裝SPD（防感應雷擊的避雷器件）防止雷擊時感應出過電壓，傳入線路兩端的電子設備。

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

2 效益分析

隨著科學技術的飛躍進步，廣播電視事業也隨之得到了迅猛發展，廣電設備行業的數字化趨勢十分明顯，在數字化的基礎上，高清、安全、可控也逐步提上日程，及時建成西藏衛視高清節目衛星覆蓋系統對于適應文化傳播需求和數字傳播需求具有重大意義。

3 結束語

西藏衛視藏語、漢語高清電視節目上星是大勢所趨，根據建設和運行的效益最大化原則，綜合利用現有地球站的標清上行設施設備，并尋求合適場址新建高標清同播衛星上行系統，高清節目需要租用2/3個36 MHz C波段衛星轉發器，標清節目需要租用1/3個36 MHz C波段衛星轉發器，高標清節目同播需要地球站建設兩組主備共四副發射天線，并設計播出機房、配電機房等?！?/p>