L频段DAB卫星研究

+ 王中 中国卫通集团有限公司

L频段DAB卫星研究

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卫星通信的主要特点是：不受地理条件限制、覆盖面积大、具有广播特性、不易受陆地灾害的影响、运用灵活、建设速度快、覆盖成本低等。L频段波束较宽，指向性不强，对卫星终端天线的指向性要求不高，并且其卫星链路受天气的影响较小，特别适合于做卫星移动通信及广播传输。本文介绍了L频段的资源分配情况以及可开展的业务，并说明了卫星数字音频广播是移动卫星业务的发展方向。

移动卫星业务、L频段、卫星数字音频广播

1. 前言

卫星通信发展总的趋势是卫星越做越大，地球站越做越小。发展的最终目标必然是要实现个人全方位通信。卫星和地面通信网必将组成天地一体、无缝连接、覆盖全球的个人通信系统。正如手机、互联网目前已经成人们现代生活中不可缺少的一部分。

卫星正在越做越大，整星功率越来越大、寿命越来越长、频率越做越高，而地面天线却越来越小，卫星通信应用越来越便捷。但我们同时也看到，固定卫星通信业务也受到与其几乎同时起步却发展迅速的地面光纤网络的巨大的冲击，适用范围在相对逐渐缩小。即便如此，也不能否认，卫星通信系统覆盖范围广、独具广播特性、受地理环境影响较小、网络易于构成等特点依然存在，仍然占有相当的市场份额。相对于自身，卫星通信效益仍然逐年增长，无法被代替，其根本原因在于人们不断日益增长的物质和文化需求。

卫星广播就是指利用环绕地球的卫星来传播节目的广播服务。卫星一般采用静止轨道卫星，频段采用L或S频段。它传递数字音频节目或数据资料到接收端，而过去调幅AM 及调频FM 则采用模拟技术，未来将逐渐被第三代广播技术DAB(Digital Audio Broadcasting)取代。由于其可透过卫星或地面发射站发射数字信号，具有抗干扰强，以及不受电波传输衰弱影响等特点，能提供近乎零失真的音质，歌曲品质等同于CD，更受消费者青睐。

表1 L频段可用于通信广播业务的频段

2. L频段国内外应用简述

2.1 卫星频率划分

卫星业务频率分配主要是由国际电信联盟（International TelecommunicationUnion，ITU）组织协调完成的。其将全世界分为三个区域：

区域1：欧洲、非洲、前苏联及蒙古

区域2：北美洲、南美洲及格陵兰岛

区域3：亚洲（除区域1）、澳大利亚以及西南太平洋。

在这三个区域内，频率带宽被分配给各类型的卫星业务，而同一业务在不同的区域内所分配的频率可能不同。

卫星业务的类型如下：

●固定卫星业务Fixed satellite service (FSS)

●卫星广播业务Broadcasting satellite service (BSS)

●移动卫星业务Mobile satellite services(MSS)

●导航微卫星业务Navigational satellite services

●气象卫星业务Meteorological satellite services

每一大类卫星业务都包含了许多小类，例如，卫星广播业务BSS主要用于提供直达客户家庭的电视广播业务，也被称为卫星直播业务（Direct Broadcast Satellite，DBS) ，在欧洲被称为卫星电视直播到业务（Direct-To-Home ，DTH)。

L频段所用的频率范围是1～2GHz频段，适用的卫星通信和广播业务主要为：

●利用GEO（地球同步轨道）卫星向车载、船载、机载和便携式终端提供移动电话和数据通信业务

●利用GSO卫星或LEO（低轨）卫星星座向手持终端提供移动电话和数据通信业务

●以及利用GSO卫星向便携式和车载终端提供声音和数据广播业务。

由于频率低，卫星可用带宽窄，加上车载、便携式和手持终端的天线波束宽，L频段卫星通信的频率资源和轨位资源极为紧缺。因此，相应的业务范围局限于向常规的卫星通信、移动广播、以及有线通信服务区外的用户，提供话音和低速数据通信。

尽管L频段卫星通信终端的售价通常比较低廉，但是，L频段卫星通信系统的建设成本高，其通信费用也远高于常规的卫星通信手段。

2.2 L频段资源分配

自1976年，海事卫星Inmarsat将L频段部分频率资源（1535～1542.5/1636.5～1644MHz）专门用于卫星通信业务开始，至今国外卫星移动通信业务（MSS）已有近四十多年的发展历程。

目前已经建成并投入使用的国外静止轨道（Geo-synchronous orbit，GSO）和非静止轨道（Non -Geosynchronous orbit，NGSO）卫星移动通信系统有很多种，其中较为典型的是：GSO 以Aces、Thuraya 和 Inmarsat为代表； NGSO 星座以Iridium、Globalstar为代表，其中Iridium为低地球轨道（Low earth orbit，LEO），GPS属中轨道（Medium earth orbit，MEO），倾斜地球同步轨道（Inclined Geosynchronous Orbit，IGSO）如表2所示。

由上表我们可以看出，国际各大卫星移动通信公司基本已将可用频谱资源占尽，要想再挤出点频率资源很难。各大卫星移动运营商对于频谱资源的高效使用，比如在1626.5-1660.5/1525-1559 MHz频段，Inmarsat、Thuraya等多个GSO卫星移动通信系统通过多边磋商实现了频率共用。另一方面我们注意到L频段已非常拥挤，在常用的L频段范围内，已经有五家运营商分频使用。由于卫星广播业务常用频段的申请和使用均需履行“先登先占”程序，即先申报的卫星网络具有较高的协调地位，可优先使用，后申报的卫星网络不得对其产生有害干扰，申报的卫星网络都有明确的7年应用时限，因此可见，L频段资源十分宝贵，所剩无几。

2.3 L频段适合开展的业务形式

L频段最大的优势在于终端无需精准指向卫星即可通信，不易受天气影响，强降雨不会造成信号中断。

根据当前我国可用的L频段频率资源规划，1467-1492MHz这一段频率ITU规划分配给了卫星广播业务，不能用于卫星移动通信，且我国已开始利用S频段建设MSS系统，因此不可能重复建设。同时L频段虽仍有带宽规划为MSS业务，但由于级别较低，协调非常困难。L频段可用带宽小——只有25MHz，不适合开展占用带宽较大的DVB业务。下表说明了适合L频段的几项主流业务的优缺点对比。

由此可见，L频段DAB应用是卫星通信发展的重要组成部分,适合当前移动通信技术的发展需求，其所独有的特点及优势具有非常大的发展空间，将在新的形势下造就巨大的经济效益和社会效益。

3.卫星数字音频广播DAB

3.1 DAB简介

数字音频广播DAB（Digital Audio Broadcasting）亦称尤里卡147（EUREKA 147），是上世纪八十年代末由欧洲各国共同开发、订立的标准，基于目前仍广泛使用的MPEG音频第2层（MPEG Layer-2）。它采用先进的音频数字编码数据压缩、纠错编码以及数字调制技术，对广播信号进行系列数字化处理，是继AM、FM传统模拟广播之后的第三代广播。

表2 全球主要卫星移动广播通信系统轨道位置类型及频率范围

表3 适合L频段开展的业务形式

DAB具有发射功率小、抗噪声、抗干扰、抗电波传播衰落、传输中出现的差错易被修正，适合高速移动接收等优点。随着技术的发展，数字音频广播除了传统意义上仅传输音频信号外，还可以传送包括音频、视频、数据、文字、图形等在内的多媒体信号。准确的说此时数字音频广播应称为数字多媒体广播DMB(Digital Multimedia Broadcasting)，但由于其主要业务仍是音频广播，故习惯上仍称之为数字音频广播。

DAB覆盖有三种方式：

● 地面无线方式DAB-T

● 电缆或光缆有线方式DAB-C

● 卫星传输方式DAB-S

卫星传送的优点是覆盖区域相当大。对于全国性节目来说，通过卫星进行全国覆盖，DAB-S应该是最经济的方案。可以非常有效地节约地面同步网建设、节目和数据的馈送以及运行维护的费用。

DAB受众通过手机、电脑、便携式接收终端、车载接收终端等多种接收装置，可以收看到丰富多彩的数字多媒体节目。而利用数字广播技术，提供非实时的推送式广播服务，则是近两年出现的新的趋势，因为很多国家的政策法规不允许DAB从事视频节目播出，而传统的FM广播又已经得到用户的充分认可，因此，利用DAB技术，提供非实时的推送式广播，则带给广大广播用户全新的收听体验，为DAB技术的推广拓展了一片全新的天地。

DAB近年有升级版，名为DAB+，不能兼容旧有制式。现有的旧式和大多数销售中之接收器都不能支持DAB+。某些国家预料几年内会采用DAB+制式作为广播之用，包括英国、澳洲、意大利、德国、瑞士和马耳他等。我国也对DAB+技术感兴趣。

1994年，Eureka-147标准被国际电信联盟（ITU）确认为国际标准。

3.2 DAB地面应用情况

卫星数字音频广播是在卫星电视广播的基础上发展起来的。卫星传送的优点是覆盖区域大，对于全国性节目来说，通过卫星进行全国覆盖可以说是最经济的方案，可节约地面同步网建设、节目和数据馈送及维护、运行费用。

表2 全球主要卫星移动广播通信系统轨道位置类型及频率范围

卫星数字音频广播（DAB）系统由地球同步卫星、广播上行站、数字接收机及地面控制运营网络组成。根据信息发布方式的不同，DAB卫星广播系统主要分为个人接收和公共接收两种，可以有三种不同的应用模式：

（1）用户可以使用便携式的DAB卫星接收机，直接接收来自卫星的广播信息。

（2）在私家车、公务车、公交车、船舶等移动交通工具上安装DAB卫星接收机，接收机直接接收来自卫星的广播信息，并将信息通过交通工具上的显示屏、扬声器等设备将信息对外发布。

（3）在个人家庭、办公场所或公共场所安装DAB卫星接收机，接收机直接接收来自卫星的广播信息，并通过外置的扬声器、控制器等驱动电子显示屏、农村有线广播设备等其它设备将信息对外发布。

到目前为止，世界上已有35个国家和地区开播或试验播出DAB/DAB+/DMB节目，14个国家和地区有意开展DAB业务。

目前，全球已有超过1000套DAB数字音频广播节目在播出，超过5亿人在使用几千种类型的接收机收听数字音频广播。在英国、德国、比利时、丹麦等欧洲国家DAB的覆盖率已经达到相当高的水平

3.3 DAB的优势

数字音频广播(DAB)是广播事业发展中一个新的里程碑，特别是卫星DAB与传统的现行广播系统相比，拥有很多优势：

（1）DAB音质纯净，可与CD盘媲美；

（2）信号好、接收质量高、抗干扰性强，可保证高速移动状态下的接收质量，可在恶劣环境下接收；

（3）覆盖面积大，突破了传统地面广播信号传输距离的限制，任何地面广播系统无法与之相比。用卫星技术还可以解决包括山区、海岛、洋面等偏僻地区的覆盖问题。使得用户“走到哪里都可以收听”自己喜欢的节目，在这一点上任何地面广播系统无法与之相比，尤其对以全国、全球覆盖为目标的大台来说更具重要性（目前全国唯有中央人民广播电台的节目能覆盖全国。截至2013年1月21日，全国广播节目有2831套 ）；

（4）接收系统十分简单、小巧，特别是L频段卫星接收机，对于接收天线的指向性要求不高。

（5）接收机具有很好的移动、便携能力。

（6）频谱利用率高，极大地扩展以往广播频道数量的不足。

（7）业务构成灵活，可作为多媒体数据的无线传输平台。

（8）应用了加密技术，可以为用户提供个性化节目订制服务，用户可以定制自己喜欢的节目，因此特别受消费者追捧。

（9）广播节目可根据不同音质的播出需要，按照最经济的原则选择播出带宽。如播出音乐节目，最高可选择128kbit/s的比特率，从而得到CD级音质的效果；对于一般的节目播出，则可选择较低的比特率，同时各类节目带宽选择以至节目的编排组合可轻而易举地完成。

（10）投资和运营费用低。主要用于地面上行站的建设，若与全国调频广播网的建设投资相比，仅相当于其1／200，与全国调频广播网的运营费相比，则仅相当于其1／100。对广播节目的提供者而言，卫星广播技术相对于地面布点的覆盖技术有其覆盖面广、运行投资少和便于管理的优势，具有很好的性能价格比。据估计，如果采用32K和64K分别传3路语言节目和1路立体声音乐节目覆盖全国，五年需要投入人民币1200万元左右。而用10KW调频发射机覆盖我国全境，五年需投资约220亿元。

（11）接收机价格低。

（12）数字音频广播所需的功率也要小得多,少维护,运行成本低。

4.结束语

L频段的静止通信卫星或者中低轨卫星星座，可以直接为手持或便携式终端提供移动电话、音视频和数据业务。DAB卫星数字音频广播具有其它广播系统所不具备的特性，可以通过全时段、全天候和无缝隙覆盖的方式，向终端用户提供便捷、高质量的数字声音广播业务，同时可提供多用途的数据采集播发服务。卫星数字音频广播与传统的广播系统相比，突破了地面广播信号传输距离的限制，使得用户“无论走到哪里都可以收听”自己喜欢的节目，获得需要的信息。L频段卫星数字音频广播已经成为世界各国争相发展的一个战略性新兴产业。

[1]原民辉. 国外通信卫星系统发展与启示. 北京空间科技信息研究所，2013-06

[2]赛立信. 2012中国广播广告影响力发展研究报告. 赛立信媒介研究公司，2013-09

[3]中华人民共和国国家统计局. 中华人民共和国2012年国民经济和社会发展统计公报.2013-02-22

[4]初一. MBCO与日本韩国移动电视的发展. 卫星与网络，2009-03作者简介：

作者王中，男，工程师职称，就职于中国卫通集团有限公司，担任卫星操作工程师一职，主要研究同步卫星操作控制，星体管理等。