小型高清卫星转播车的设计与构建

孙剑峰

【摘要】为了提高应急新闻采编播能力，内蒙古广播电视台利用现有丰田越野车改造为高清卫星转播车。该卫星车包括视音频系统、卫星传输系统和监视监听系统，具备高清HD/SD-SDI信号编码和传输能力，卫星上行系统按双链路配置，具备新闻现场采集、录制、传送和直播功能。本文结合设计集成卫星转播车的经验，详细介绍了整车的设计与构建。

【关键词】卫星转播车 高标清卫星系统 视音频系统 车体改造

引言

为了提升电视媒体在的知名度和影响力，需要在新闻的时效性和准确性上有一个质的突破。为满足在应急状态下的新闻制作及重大活动的宣传报道需求，内蒙古广播电视台利用现有的丰田越野车，改造为一辆具有道路通过性强，多功能的高标清卫星转播车。

一.卫星系统设计

按照国家广电总局广播电视安全播出的管理规定，在卫星上行系统链路中，采用1：1冗余备份的传输方式。在卫星系统设计中采用主备编码调制器、主备功放和相应主备链路倒换的系统架构，保证上行系统无单溃点的设计思路。考虑到系统的安全性和稳定性，在卫星天线和高功放以及编码调制器的设备选型上进行了分析和探讨。

1.卫星天线波段的选择

Ku波段卫星单转发器功率一般比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星EIRP较大，加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段，方便车载接收；C波段卫星广播受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重，而Ku波段的卫星广播受地面干扰较小，对接收环境的要求相对较低；但是K u波段卫星广播受降雨影响较大，其上下行信号降雨衰耗远大于C波段，暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB，而C波段最大雨衰量一般不超过1dB。

内蒙古自治区位于祖国北方，雨水较南方地区较少，每年的降水时间也集中在7、8月份，暴雨很少，雨衰影响很小。由于采用丰m4500越野车，天线口径的大小也受到相应限制，即不能超过1.97米车宽，虽然C波段天线在抗雨衰方面的表现力极为优越，但是受限于以上条件，Ku波段1.5米天线无疑是最好的选择。

2.天线主体的选型

天线系统采用ND Satcom公司的skyRAY MAS 1500Ku频段车载天线和与之相配套的天线控制器。该天线控制系统能够对天线的极化角、方位角、俯仰角等进行精确控制，具备自动水平、自动定位、极化可转换、自动和手动控制天线展开和收藏等功能。

该天线可用于支持VSAT通信、高速数据和视频传输，以及大功率SNG新闻采集等应用。外形是款极具特色的菱形天线，跟传统椭圆形天线相比，菱形反射面以牺牲一小部分增益为代价，压制天线的旁瓣特性，从而获得了优异的低旁瓣特性和交叉极化性能，抗干扰能力强，作用距離远，非常适合及其恶劣的电磁波环境。同时，精良的三轴驱动装置还能支持天线的全方位旋转和极化调整，并保持附仰和方位上的零回隙，提供优越的射频性能。

3.基于DVB载波对星的实际应用

SkyRAY MAS 1500 Ku天线支持多种对星方式。由于卫星上的信标信号通常都相当微弱，车载站上的天线尺寸又相对较小，且经常有可能被派遣到卫星覆盖较差或不可预知的偏远地带，难以保证有效接收到足够强的信标，所以采用信标方式并不总能作为可靠的、有效的参考信号用于车载站天线对星。相比之下接收DVB方式能够在不需信标接收机和频谱分析仪的情况下做到精准对星，更为优越。在选择目标信号时，既可以利用目标卫星上已有的宽带信号/电视节目，也可以使用本地主站所发射的载波信号，还可以直接请求卫星公司发射一路数字电视信号。

首先，SkyRAY天线利用卫星的位置信息，辅之以由GPS和罗盘所获得的车载站地理位置信息，对方位、俯仰等角度进行调整，使其自动对准卫星所在方向；然后，整个系统再利用接收所在卫星已知DVB信号，将天线调整至信号最强的方向。由于本系统所配高频头为NORSAT 1108HB，具有锁相环功能，可以做到精确对准任何卫星上的任一DVB信号。确保任何时候都能以DVB信号作为参考实现自动对星。

4.高功率放大器的选择

这次我们选择行波管高功放做为这辆高清卫星车的功率放大器。行波管具有特殊设计的慢波系统，沿此慢波系统传输的输入射频电磁波减缓了其轴向运动的相位速度，与由加热阴极释放并被阳极电场加速的电子运动速度相近，射频行波与高密度电子柬之间发生连续性的相互作用，形成与输人射频波形一致的电子簇。在管子输出端电子簇产生的高能电磁场感生出与输入射频信号具有一样变化规律的波形，此信号能量将大大高于输人射频信号，从而实现了功率放大作用。电子束剩余能量将在行进管子末端轰击收集极问壁转化为热量散失。

因此，行波管高功放具有宽带功率放大特性，可覆盖Ku波段800M H z带宽，增益约为40d B至60d B。行波管功率放大器可以实现几瓦至数千瓦的输出功率，适用范围很广，不仅运用于固定及移动卫星上行，而且还常常被用于卫星转发器的功率放大器使用。行波管功率放大器技术成熟，平均无故障时间长，单载波工作下，高功放的饱和输出效率约为25%。

但是行波管的劣势也是较为明显的，多载波工作时，在保证相同的互调指标情况下，固态高功放辅出功率只需从额定输出功率点（1dB压缩点）回退2～3dB，而行波管高功放输出功率则需从额定输出功率点（饱和点）回退6dB左右，比固态高功放的输出功率回退量多3dB左右。例如多载波工作时若实际所需最大输出功率为50w，可选用额定功率为100W的固态高功放或200W的行波管高功放。

现在行波管高功放中可以通过增加线性器，可以有效地补偿行被管在接近饱和点的增益下降和相位滞后，增大行波管高功放的线性范围，输出回退量可减少至3dB左右。此情况下保证相同的互调指标时，行波管高功放可与固态高功放选择相同的额定输出功率。endprint

5.卫星系统链路设计

高清卫星车传输如图1所示，来自视音频系统的主备信号进入2台Ericsson公司的AVP3000编码调制器进行MPEG2 HD/SD 4：2：0/4：2：2或者H.264 HD/SD 4：2：0/4：2：2编码。编码器调制器配置BISS加扰功能，可以对传输的信号进行简单的密钥加扰，以保证传输信号的产权不被侵犯。编码器输出L波段中频信号，符号率在1Msym/s-45Msym/s连续可调。

通过Quintech公司的DEVl951 L波段倒换开关输出的一路L-Band信号，经过功分器分配后，分别送给2台室外型主备400W行波管高功放。功放采用内置有BUC（上变频模块）的高功率放大器，其中频输入为L频段，可以直接接入高功率放大器。两台高功按照1：1配置，高功放的控制单元安装在车内，功放控制单元除了能够设定倒换开关在功放出现故障时，自动或手动切换将故障功放切换到假负载外，还可实时调整、监看高功放发射功率以及报警信息。另外配置2个14GHz LNB，在L-频段测试面板和相应内部连接电缆及跳接端子，可以提供对HPA射频的闭环测试功能。

下行链路由具有PLL锁相环功能的LNB输出L-Band信号，经与2个14GHz LNB闭环测试输出的L Band信号进行合路，再通过功分器，分别送给频谱分析仪和卫星接收机。

6.L-频段测试单元和面板

量身定制专门的为测试和监视所需的单元面板（LBand Description&Patch Panel）。其作用是：

（1）在接收支路，在面板提供从LNB向电视接收機和频谱仪的L频段分路器、内部连接电缆和跳接端子；

（2）为LNB提供直流电源；为HPA及LNB提供10MHz参考信号；

（3）在发射支路，为HPA连接到车内控制单元提供L频段合路器、内部连接电缆和跳接端子；

（4）将所有功分器、合路器内置在面板机箱内，提供发射支路和接收支路所需的合路、分路器和内部跳接电缆，简化系统；

（5）可以提供对视音频编解码器（Encoder/Decoder）交叉切换的跳接；

通过定制的面板，很好的解决了L-Band跳线盘选型的问题，使整个系统更加简洁，易于系统的使用。

二.视音频系统设计

视频系统以高清处理为内核，有完善的4：3和16：9的节目制作环境，可以根据节目的需要输出高清或标清节目信号，并且具有完善的监视功能。

1.视音频系统

视音频系统以SONY MCS-8M视音频一体切换台为核心，通过摄像机外拍，将信号传至切换台，输出最终的PGM视音频信号进行播出和监听，同时将播出信号返送至录像机进行录制采集及给主备卫星编码器进行卫星链路传输。

根据我台节目制作形式，在对视音频系统设计时，针对不同转播任务，对该系统进行了不同的功能定位。

在常态情况下，该车会做为传输车，辅助我台高清转播车一同进行直播，负责将高清转播车输出的主备路PGM信号，通过卫星传输回电视台总控中心。因此，我们将PGM末级主备视分以常态的形式前置，连接在车的外接口板上。主备视分均带BYPASS功能，将视分的BYPASS输出口接入主备编码器。这样的接法，使高清转播车的主备PGM信号不经过卫星车的系统直接输出，保证直播时候的安全性。

在有突发新闻报道情况下，该车会做为转播车，使用自己的系统进行信号采集和制作，通过跳线，将切换台的PGM输出跳至前置的主备PGM视分上，在通过卫星链路将素材传回到电视台总控中心，进行收录和播出。

2.监视、监听系统

系统的信号监视采用1台17英寸抽屉式液晶显示器做多画面监看，信号的输入源来自于SONY的MCS-8M切换台的多画面输出，可以对所有进入切换台的信号源和切换台的PGM、PVW输出进行统一监看。同时配置了1台奥视数码公司的10英寸机架式双联监视器做末级主备PGM视分输出的监看。

监听系统采用监听音箱和音频监听仪做最终PGM信号监听。

3.通话系统

通话系统主要实现车内导演与摄像员、记者之间的有线通话。主要由通话主站、无线对讲机组成。选用Telex公司的MCE-325 4通道两线Party-line通话主站为核心，接入一台Motorola的无线对讲系统，实现导演与主持人及摄像员问的通话。

4.同步系统

采用切换台内同步方式，切换台每路输入均就有帧同步功能，可以直接接入不同的信号源。同时切换台具有1路模拟黑场同步信号输出，可以锁相其他设备。

5.时钟系统

时钟系统由1台GPS自动校时母钟和1台单联19英寸子钟组成。

6.TALLY系统

切换台自带的画面分割器中带有源名显示和TALLY提示。

通过这样的卫星系统和视音频系统设计，这辆高清卫星转播车既具备了可靠的高清电视节目信号传输能力，同时还具备了应急情况下新闻采集制作能力，极大地提高了设备使用率。在我台投入使用以后，参加了历年全国“两会”新闻制作和传输、自治区各类大型活动的电视直播等工作任务，得到了节目制作人员的认可和好评。endprint