廣播電視傳輸發(fā)射中衛(wèi)星通信技術的應用研究

摘要：衛(wèi)星通信技術在當前廣播電視傳輸發(fā)射中發(fā)揮著積極作用。強化衛(wèi)星通信技術功能對整個行業(yè)的發(fā)展有積極影響。本文從衛(wèi)星通信技術的優(yōu)勢出發(fā)，詳細闡述了該技術在當前廣播電視傳輸發(fā)射中的應用路徑，包括實現(xiàn)4K超高清節(jié)目傳輸、構建面向數(shù)字電視的新傳輸模式等。之后將以27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信模式為研究對象，在掌握該頻段衛(wèi)星通信模式的先進性后，深入評估了27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信模式在廣播電視傳輸發(fā)射中的運用方案，并進行了現(xiàn)場測試。測試結果表明，本文介紹的衛(wèi)星通信模式在提升互聯(lián)網(wǎng)訪問速率、提升廣播電視云服務水平方面發(fā)揮著積極作用，值得關注。

關鍵詞：廣播電視傳輸發(fā)射；衛(wèi)星通信技術；現(xiàn)場測試

一、引言

衛(wèi)星通信是當前廣播電視信號傳輸?shù)闹匾绞?，在提升信號傳輸質(zhì)量方面意義重大，尤其是我國在2017年成功發(fā)射的首顆Ka頻段高通量衛(wèi)星，標志著我國衛(wèi)星通信發(fā)展進入新的階段，對廣播電視行業(yè)發(fā)展有積極的推動作用[1]。

為了更好地適應未來行業(yè)的發(fā)展趨勢，相關研究者應深入了解衛(wèi)星通信技術在廣播電視發(fā)射中的應用模式，這也是本文研究的主要目的。

二、衛(wèi)星通信技術研究

現(xiàn)代研究認為，廣播覆蓋范圍對廣播電視節(jié)目的整體質(zhì)量有直接影響，而衛(wèi)星通信技術因為具有獨特的優(yōu)勢，能夠高度滿足廣播電視節(jié)目的發(fā)展要求。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：

①極大的覆蓋范圍。目前，我國衛(wèi)星通信技術的整體發(fā)展速度較快，理論上可覆蓋全球大部分地區(qū)，能保證我國境內(nèi)的大部分用戶享受衛(wèi)星通信服務。

②較低的通信成本。雖然衛(wèi)星通信的發(fā)射成本較高，但相較于其所覆蓋的面積、所服務的居民數(shù)量等指標，衛(wèi)星通信仍然是一種低成本、高效益的通信模式。

③能提供穩(wěn)定的通信服務。目前我國衛(wèi)星通信技術正處于高速發(fā)展階段，各項技術逐漸成熟。與當前廣播電視中較為常見的光纖網(wǎng)絡通信模式相比，衛(wèi)星技術所需的中繼設備少，在電視服務中基本不需要額外增加高性能的中繼設備[2]。

三、衛(wèi)星通信技術在廣播電視傳輸發(fā)射中的應用路徑

（一）構建面向數(shù)字電視的新傳輸模式

衛(wèi)星通信技術受地域環(huán)境的影響小。通過該技術能為偏遠地區(qū)居民提供穩(wěn)定的廣播電視服務，有助于加快構建數(shù)字電視新模式的構建。從該技術的應用現(xiàn)狀來看，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化功能已經(jīng)布設了數(shù)千臺地面數(shù)字發(fā)射機。該設備能夠直接與衛(wèi)星連接，在拓展電視信號覆蓋范圍的同時，能夠提供穩(wěn)定可靠的信號傳輸效果。在上述技術方案中，衛(wèi)星通信技術的基本應用路徑包括以下幾點。

1.信號設計

在面向地面數(shù)字電視的衛(wèi)星通信技術中，可以通過調(diào)制解調(diào)技術與編碼技術保證滿意的通信效果。其中，編碼技術主要利用信道編碼與信源編碼等方法清除廣播電視信號傳輸信號中的冗余部分，滿足信號的高質(zhì)量傳輸需求。信道編碼技術是利用特定規(guī)則，預防信號的異常錯誤情況，從而實現(xiàn)信號的穩(wěn)定傳輸。調(diào)制解調(diào)技術是通過信號的變換過程提升廣播電視傳輸信號的傳送性能，該技術的基本操作步驟為：

第一步，利用功能模塊完成信號的采樣；

第二步，利用整量化等相關處理方法完成信號數(shù)據(jù)的量化處理；

第三步，對采樣和量化后的信號幅度進行編碼。此時，為獲得高質(zhì)量的數(shù)字信號，在操作過程中可考慮引入高頻振蕩載波技術。通過該方法能夠進一步減少數(shù)字信號的失真問題。

第四步，增量調(diào)制。通過對信號相隔一定周期做瞬時值增量，提升對信號的識別效果。

2.信號處理技術

衛(wèi)星信號處理技術是完成提供廣播電視傳輸發(fā)射服務的關鍵。目前，該技術在本環(huán)節(jié)可能面臨衛(wèi)星功率受限、電路傳輸距離遙遠等相關問題，因此，需要構建相對成熟的技術應對架構[3]。該技術的基本操作流程為：

①信號的接收與前置處理。地面數(shù)字接收端獲取增強后的衛(wèi)星信號后，經(jīng)前置放大器等功能模塊完成對信號的前置處理。本環(huán)節(jié)的目的是進一步降低噪聲等問題對信號質(zhì)量的影響。

②信號解調(diào)方案。利用碼元同步完成本節(jié)操作，采用直接提取法?；静僮魉悸窞椋合葘斎牖鶐У男盘栠M行匹配過濾最佳接收，然后再提取同步信號。上述操作步驟的主要技術優(yōu)勢，是能夠獲得更高質(zhì)量的同步信號數(shù)據(jù)，減少信號噪聲等問題。

③數(shù)據(jù)解碼。在衛(wèi)星信號中可能存在多種數(shù)據(jù)，除廣播電視節(jié)目數(shù)據(jù)外，還可能包括氣象或者車輛導航等數(shù)據(jù)，需要通過解碼的方法獲得原始信息。

④數(shù)據(jù)應用。將衛(wèi)星傳輸?shù)膹V播電視信號應用到具體的場景中即可。

（二）4K超高清節(jié)目傳輸

從廣播電視行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，4K超高清是行業(yè)發(fā)展的必然選擇，能夠滿足居民對廣播電視節(jié)目的質(zhì)量要求。但需要注意的是，傳統(tǒng)的地面通信技術在4K超高清節(jié)目傳輸中一直面臨諸多限制（如成本高等），而衛(wèi)星通信技術的應用則表現(xiàn)出了良好的技術先進性，這是因為該技術能滿足4K超高清節(jié)目的觀看需求。傳統(tǒng)技術架構中所采用的寬帶網(wǎng)絡模式在4K超高清節(jié)目傳輸中的適應性差，這是因為4K節(jié)目經(jīng)過壓縮的數(shù)據(jù)普遍高于36Mbps，但大部分用戶的寬帶無法滿足上述標準。雖然光纖技術的運用在一定程度上解決了上述問題，但依然難以滿足大量4K電視節(jié)目的無損傳輸要求。相比之下，衛(wèi)星通信技術則不存在上述問題，這是因為每個衛(wèi)星上可能安裝數(shù)十個中興6B等轉發(fā)器，在大量轉發(fā)器的支持下能夠高效完成大量4K電視節(jié)目的轉發(fā)要求。除此之外，當前衛(wèi)星通信技術為了能夠滿足4K超高清節(jié)目傳輸?shù)囊螅苍诜e極嘗試技術創(chuàng)新，并主動運用了一系列高精尖技術方案，主要包括：

①在衛(wèi)星傳輸信源編碼的設定上，為滿足4K超高清節(jié)目的傳輸要求，我國主要使用AVS2編碼方式，而國際上常用的編碼方式為HEVC，二者的編碼性能基本相同，但AVS2技術在數(shù)字電視廣播、電視畫面質(zhì)量管理中更具優(yōu)勢。

②目前，衛(wèi)星通信技術中積極運用8PSK、16PSK的調(diào)制方式。與傳統(tǒng)的ABS-S調(diào)制方式相比，新技術方案往往能提供容量大的信道，因此，系統(tǒng)在4K高清節(jié)目數(shù)據(jù)傳輸中能獲得更理想的載荷，這也成為提升信號傳輸質(zhì)量的關鍵。

③在衛(wèi)星通信期間使用了新型的信號糾錯方式，也成為4K超高清節(jié)目傳輸?shù)闹匾夹g保障。最新的基于低密度奇偶校驗碼的技術方案具有碼率高、譯碼速度快等優(yōu)點。與常規(guī)技術相比，該編碼糾錯技術的錯誤平層更低。一般情況下，在采用衛(wèi)星通信模式后，只需要使用5/6或者7/8的糾錯方式即可滿足4K超高清節(jié)目的傳輸要求。

四、面向Ka頻段的衛(wèi)星通信技術應用方案與評估

（一）技術概述

Ka頻段的無線電波頻率主要集中在27GHz～40GHz之間。從技術的先進性來看，該技術充分整合了互聯(lián)網(wǎng)與衛(wèi)星的技術優(yōu)勢，在廣播電視傳輸方面能夠達到頻率復用、多點波束的服務支持，從而顯著提升廣播電視信號的傳輸效果。從技術應用現(xiàn)狀來看，面向27GHz～40GHz頻段的衛(wèi)星通信模式能夠提供12Mbps～150Mbps的上傳與下載速率，各項性能指標完全滿足4K超高清節(jié)目傳輸?shù)囊?。并且該技術在運用過程中能夠直接通過網(wǎng)絡平臺提供用戶接入與管理等功能，并將各項運營控制指令發(fā)送至云端，因此用戶在廣播電視傳輸過程中只需要準備一個小口徑的接收終端即可，解決了傳統(tǒng)技術方案中需要加設收發(fā)站的問題[4]。

（二）應用優(yōu)勢評估

在廣播電視傳輸發(fā)射中采用27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術方案具有可行性。該技術的應用優(yōu)勢主要集中在以下幾方面：

①有更滿意的頻段特性。27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術具有更寬的可用頻譜。在廣播電視信號傳播中，其上下鏈路資源頻率超過3.5GHz，因此，該技術的通信容量更大，所能傳輸?shù)碾娨曅盘栙Y源更多。

②27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術有更強的信號傳輸通信能力。這是因為該技術通過互聯(lián)網(wǎng)直接接入的方法，因此，在提升廣播電視信號質(zhì)量期間只需要考慮用戶端的相關操作要求即可。

③從終端設備角度的對比結果可以發(fā)現(xiàn)，27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術的終端設備具有體積小、操作靈活等諸多優(yōu)勢，在現(xiàn)場通過單人操作即可快速構建通信網(wǎng)絡。由此可見，該技術在使用靈活性上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)技術。

（三）應用方案設計

為綜合評價27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術的優(yōu)勢，將選擇傳統(tǒng)4G/5G信號覆蓋差的區(qū)域為研究對象，通過構建面向27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術平臺。該技術的廣播電視傳輸發(fā)射的信號傳輸方案如圖1所示。

根據(jù)圖1的信號傳輸方案，該系統(tǒng)應用階段使用Ka衛(wèi)星自動輕型便攜站。該設備的主要優(yōu)勢是可以實現(xiàn)快速連接衛(wèi)星，并提供實時的互聯(lián)網(wǎng)訪問等。對于廣播電視工作者而言，也可以通過筆記本、手機端或者其他手持設備完成現(xiàn)場采訪、直播、信號傳輸?shù)?；后方制作單位?jīng)過視頻加工后即可直接播放。

（四）功能測試

為綜合判斷面向27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術在廣播電視傳輸發(fā)射中的實施效果，本文將重點開展以下幾方面測試：

1.設備使用體驗測試

本文的廣播電視傳輸方案使用了便攜式設備。設備的總重量約為10.3千克，一名成人男子完全可以承擔。在運用設備的過程中發(fā)現(xiàn)，該設備的供電效果好，在充滿電情況下的連續(xù)運行時長約為3.5小時～4.0小時。在設備啟動后即可完成自動尋星，整個操作過程約為2分鐘～3分鐘。上述數(shù)據(jù)表明，設備的使用效果良好，能夠達到預期效果。

2.廣播電視的訪問速率測試

廣播電視的訪問速率是影響電視節(jié)目質(zhì)量的重要因素。在本文所提方案的應用環(huán)節(jié)，測試結果顯示，在采用新技術后，本地節(jié)點的廣播電視視頻下載與上傳速率分別為25.9Mbps、3.5Mbps，各項數(shù)據(jù)參數(shù)指標滿意。上述數(shù)據(jù)可以證明，面向27GHz～40GHz頻段的衛(wèi)星通信技術在提升信號傳輸速率方面發(fā)揮著重要作用。

3.碼流回傳測試

根據(jù)上文介紹的技術方案可知，該技術可以通過Ka系統(tǒng)完成現(xiàn)場視頻資料與互聯(lián)網(wǎng)的對接。測試結果顯示，視頻的信號碼率超過2.58Mbps，整體處于較高水平。之后，在總控機房綜合評價視頻畫面質(zhì)量情況。測試結果顯示，本組廣播視頻的平均延時數(shù)值小于等于1s，畫面?zhèn)鬏斦w穩(wěn)定；畫面評估證明，經(jīng)本方案傳輸信號后的畫面的整體質(zhì)量較高，很少出現(xiàn)畫面不清晰等問題。根據(jù)本次碼流回傳測試結果證明，本文介紹的新技術方案能滿足廣播電視新聞畫面的傳送要求。

4.系統(tǒng)云編輯結果測試

本組測試利用Ka系統(tǒng)實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的對接，并登錄當?shù)貜V播電視單位的專用云平臺系統(tǒng)展開測試。測試結果顯示，在上述技術方案中，支持廣播電視節(jié)目云上視頻編輯和寫稿的要求，且相關數(shù)據(jù)顯示，將約620M的視頻上傳到云平臺的耗時約為2.8分鐘，傳輸速度略慢于5G，但整體依然能滿足廣播電視視頻傳輸?shù)囊?。為了解決上述問題，未來，在衛(wèi)星通信技術的運用階段可考慮采用獨享上行網(wǎng)絡的處理方法。采用上述技術方案后，視頻上傳速率將與5G技術相當，總耗時下降至1.5分鐘～2.0分鐘之間。

五、結束語

衛(wèi)星通信技術的發(fā)展與推廣能夠顯著提升廣播電視傳輸發(fā)射的整體水平。未來，相關人員在應用衛(wèi)星通信技術期間應充分認識并發(fā)揮衛(wèi)星通信的高清畫質(zhì)、更快傳輸速率、更大覆蓋范圍等優(yōu)勢，優(yōu)化技術路徑，為提升廣播電視綜合服務能力奠定基礎。除此之外，本文的研究結果證明，面向27GHz～40GHz頻段衛(wèi)星通信技術具有優(yōu)勢。相關數(shù)據(jù)顯示，該技術在系統(tǒng)云編輯、碼流回傳測試，以及廣播電視的訪問速率測試等方面均具有優(yōu)勢，對于指導相關單位的衛(wèi)星通信技術應用有一定的價值，值得關注。

作者單位：楊俊 武進廣播電視信息網(wǎng)絡有限責任公司

參考文獻

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