西藏卫视高标清同播方案研究

周贤禄

（西藏广播影视节目传输中心，西藏 拉萨 850000）

1 高标清同播系统方案综述

1.1 高标清同播系统方案设计

1.1.1 高标清同播系统方案设计思想

（1）除满足国家广播电视总局对于电视卫星地球站技术系统配置的具体要求外，应采用具备可扩展性的设计，保留未来可扩展至4K传输的预留接口，并具备当前高清电视节目卫星传输的可靠性能。

（2）符合国家广播电视总局关于省级台的主要频道必须实施高标清同播的要求，当前，高清与标清电视节目卫星传输能力各自具有不同的现实意义，确保两种清晰度的电视节目卫星传输链路相互独立，均可不间断播出，也可将高清节目作为标清节目的备份。

（3）充分考虑利用普遍使用的标清传输系统已有硬件及相关配套设施，避免浪费或重复投资，设计科学、有充分的冗余手段及扩展能力[2]。

1.1.2 高标清同播系统方案简述

未来西藏广播电视台将提供高清AVS+格式信号传输至地球站机房，原有标清节目以SDI格式传输至地球站机房，出于安全播出的需要，高清标清节目流通过各自的卫星发射链路进行上行传输。

1.2 高标清同播系统方案设计

1.2.1 高标清同播编码调制系统方案

1.2.1.1 带宽估算

按照国家广电总局《广播电视先进视频编解码（AVS+）技术应用实施指南》中对于卫星传输分发数字电视的技术应用指导意见，新上星的高清数字电视频道，建议视音频总码率不低于12 Mbps，压缩码率不低于384 kbps，按照如上原则设计，西藏藏语/汉语卫视两套高清节目视频编码采用AVS+方式，编码速率为2×12 Mbps，音频编码采用杜比AC-3方式，编码速率为2×448 kbps；考虑到广播节目、SI及数据信息码率、加密信息等TS流总有效传输码率大于27 Mbps，卫星传输信道编码采用DVB-S QPSK调制方式，信息码率约为27.65 Mbps，如果加入西藏卫视两套标清节目流信息（带宽12 MHz以上），那么混合藏汉语两套高标清电视节目的卫星带宽会达到36 Mbps左右，考虑到现实情况，卫星转发器资源非常紧张，整租一个36 Mbps转发器的情况几乎不存在，并且高清和标清节目流同在一个卫星转发器，之间也不能形成备份机制。鉴于以上原因，高清上行需要单独租用约2/3个C波段转发器，标清需单独租用约1/3个C波段转发器，并需要具备两种清晰度节目流上行至不同卫星的能力[3]。

1.2.1.2 编码

（1）西藏卫视高清节目编码在西藏广播电视台完成，由西藏广播电视台提供ASI信号（含嵌入伴音及广播信号）经两路不同路由光缆，传送到地球站机房视频信号源矩阵后输出至高清1：1复用器。

（2）标清SDI信号（含嵌入伴音及广播信号）经两路不同路由光缆输送至地球站机房于地球站完成压缩编码后，输出至标清1：1复用器。

（3）垫播服务器。高清输出AVS+编码带台标的高清西藏卫视清流信号；标清输出ASI带台标的标清西藏卫视清流信号，均送入视频信号源矩阵，作为应急垫播信号。

1.2.2 复用

高清节目流经两台高清1：1复用器分别输出两路信号送入各自调制器输入端，完成复用及加扰。复用器选型应具备输出镜像功能，可同时输出加扰流与清流信号，并通过网管、矩阵进行切换，当节目源或加扰信号故障时，通过矩阵选取正常的清流信号，或通过复用器选择垫播信号。

标清节目流无加扰需求，经标清1：1复用器后输出两路信号送入标清调制器。

1.2.3 上行链路分系统

1.2.3.1 上星波段的选择

由于Ku波段电波波长与雨滴大小相近，存在雨衰现象。而C波段电波空间传输几乎可以忽略雨衰问题，避免其造成的影响，而且接收稳定。因此，西藏高清同波频道卫星地球站项目也选择C波段进行卫星传输。

1.2.3.2 天线部分

（1）卫星发射天线前方净空及电磁要求。按照广播电视卫星地球站场地要求，天线工作频段为C频段时，管形波束保护角度应大于等于5°，天线前方障碍物形成天际线仰角不得大于卫星天线实际工作仰角与管形波束保护角度之差，据此按照场地实际情况推算天线前方净空具体数据。

发射场地选址应避开大型机场及电气化铁路等强电磁干扰环境，并结合天线指向综合考虑应避开空中航线的干扰，地球站卫星天线无论发射或接收都具有很强的指向性和高增益，如飞机导航之类电子设备产生的电磁信号可能被地球站卫星天线接收并造成干扰，卫星地球站发射场址的选择应综合考虑上述情况。

（2）天线口径选择。近年来，我国陆续发射了多颗可用于广播电视传输的卫星，然而对于日益增长的信息通信需求，卫星资源依然有限，两种清晰度卫视节目的转发器很可能需要租用不同的卫星。即使位于同一颗星的不同转发器，如面临资源重新调整，仍需整套的转星预案和相关流程，在这种情况下，使用同一套卫星发射天线同时播出高清节目与标清节目的可能性较低。因此，两种清晰度电视节目需要各自的卫星发射天线，并且需要各自拥有主备份卫星发射天线，高标清同播共需四座发射天线。主、备上行链路可用度按99.996%考虑，综合拉萨市及C波段卫星上行ERIP需要，发射天线口径至少需要在9米以上，除满足基础性能要求外，统一主备发射天线口径可确保主备切换时信号功率不会有大的波动。

新建设的发射天线需要根据实际位置，建设符合规定的避雷设施并要与原有场址避雷设施统筹考虑。

1.2.3.3 上变频器部分

上变频器的主要作用是将中频已调信号（常用70 MHz）变换成卫星通信上行频率，这样易于信号发射以及实现信道复用，高清与标清应分别配置1：1上变频主备单元。

1.2.3.4 射频功率设备

（1）卫星上行高功率放大器。高功放设备是地球站发射系统的核心设备，它将经调制后的射频信号放大到符合需求的功率电平，通过馈线传输至卫星发射天线并向卫星发射。广播电视卫星传输对于高功率放大器的可靠性指标有极高要求，同时为满足抗意外干扰的需求，高功放需具备极快得响应和良好的线性，因此，选择KPA（Klystron Power Amplifier，速调管功率放大器）是较为成熟的方式。KPA具有大功率、高增益、线性好、功率稳定性高等优势，目前在国内广播电视卫星发射中暂时具有不可替代的地位。单台高功率放大器最大输出功率需达到3 kW。

（2）上行功率自动控制系统。设计配置上行功率自动控制系统，实时对异地接收的卫星下行信号与本地不同口径卫星天线接收的卫星下行信号进行自动比对判断，根据需要对上行链路进行控制，能够实现实时判断干扰等异常情况造成本站载波非正常跌落。上行功率自动控制系统需要具备自动判别异态、自动按照预设策略调整高功放输出功率的能力，同时也可通过手动操作临时改变输出功率及控制策略以应对雨雪衰等常见情况。

1.3 冗余机制

高清卫星上行系统中的主要设备均需具有冗余配置，可实现自动或手动切换，如复用设备、频率变换设备、功率放大设备，至少需要按照1：1配置。为了确保源信号传输安全，传输到地球站的信号应具备至少两路不同路由方向的主备光信号，实现不同路径传输信号，确保信号传输的可靠性。主要设备需要具备双电源模块，在供电上形成冗余能力，当一路供电异常或供电模块故障时，可无缝切换到对应备份电源链路。

1.4 节目流加密

只要处于卫星波束覆盖区均可以接收高清电视信号，确保卫星电视节目制作方的合法权益不受侵害，通常需要对高清节目流进行加密，加密一般分为前端（广播）和终端（接收）两个部分组成，前端完成广播数据的加扰并生成授权信息，完成解扰密钥的加密工作。

综合可靠性和安全性的要求，高清电视节目卫星传输宜采用异地加密本地上行方式。远程异地加密是指授权管理信息生成器在本地，条件接收系统在远端异地，通过专用的通信链路将条件接收系统和指授权管理信息生成器进行连通，从而实现对目标节目流的加密，是对本地直接加密的一种延伸技术手段。

远程加密信号可通过光缆等专用通信线路传输到卫星地球站，对于取得的加密控制信息通过网络控制设备输送至高清主备链路复用器，然后对高清节目信号进行加扰复用，将节目清流加扰成密流。复用器必须具备智能切换输出功能，高清节目流加密功能也需要形成冗余机制，在一路加密控制失效时，可通过智能切换或人工切换，无缝使用备份加密生成信息，同时在远程传送来的加密控制信息完全丢失的情况下，也可输出高清清流信号的能力。

1.5 供配电分系统

根据设计的原则，需要配置不同来源的两路外电，高清链路与标清链路均独立供电，主要播出设备的主备份单元，双电源设备也需由不同的UPS系统供电，UPS电池组满负载后备时间必须维持在30分钟以上。发射场址需配备符合功率需求的柴油发电机，一旦两路外电同时出现故障，发电机可自行启动，利用联络开关方式接入供电线路。

1.6 播出监测分系统

根据高清系统链路走向，分别在信号源适配，清流切换开关输出、加扰器输出、矩阵输出、中频调制器输出、上变频输出、高功放的输出，主备放发射天线的接收端、预警天线接收端、异地接收等设置监测画面，实时监视播出效果，同时还要对同转发器的其他卫视节目、本转发器信号的频谱等设定监视，以便及时发现和判断故障。

标清系统监测节点与高清系统类似。

采用视频录像方式对播出链路各重要节点画面信息进行条件预设保存，高清标清节目信源、高功放切换开关输出端信号及下行接收高清标清节目信号、质量和频谱等信息进行监测和记录。

按照实际需求，监测网管可能由一套以上的监测分系统组成：上下行高标清节目流信息监测、播出系统设备工作状态和指标监测，播出系统和播出机房环境监测、供电系统实时数据和换件监测等。监测信息多而复杂，需要通过监测网管整合至监看大屏并实现设备或运行状态异态声光告警提示，并对异态数据按照预设条件储存在监测网管上，可随时通过条件查询获取以往记录。

1.7 防雷与接地

闪电形成的电压和电流有瞬间高度变换的特点，辐射电磁波频谱极宽。卫星地球站防雷系统应采取综合的防雷措施，防止过压过流烧毁器件或设备，防止电磁干扰播出设备的主要手段有：合理设计避雷针和引雷器件、符合防雷规范的接地系统、线缆电磁屏蔽、设计安装SPD（防感应雷击的避雷器件）防止雷击时感应出过电压，传入线路两端的电子设备。

合格的接地网对于播出安全、人身安全、电子设备安全、防雷都具有重要意义，在进行工程设计时需实地勘测，选择合适的接地网实施方案，以达到相关部门的具体要求。

2 效益分析

随着科学技术的飞跃进步，广播电视事业也随之得到了迅猛发展，广电设备行业的数字化趋势十分明显，在数字化的基础上，高清、安全、可控也逐步提上日程，及时建成西藏卫视高清节目卫星覆盖系统对于适应文化传播需求和数字传播需求具有重大意义。

3 结束语

西藏卫视藏语、汉语高清电视节目上星是大势所趋，根据建设和运行的效益最大化原则，综合利用现有地球站的标清上行设施设备，并寻求合适场址新建高标清同播卫星上行系统，高清节目需要租用2/3个36 MHz C波段卫星转发器，标清节目需要租用1/3个36 MHz C波段卫星转发器，高标清节目同播需要地球站建设两组主备共四副发射天线，并设计播出机房、配电机房等。■