高清电视级车载卫星通信系统中 上行、下行及本地自环架构的分析与展望

苏炯

高清电视是一种新的电视业务，随着技术的进步和用户需求的不断跟进应运而生。国际电联给出的定义是：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象”。也就是说，高清电视提供了极高的清晰度，分辨率最高可达1920×1080，帧率高达60fps，此外，屏幕宽高比也由原先的4：3变成了16：9。更宽的屏幕、更高的画质，给观众带来更好的视听享受。

高清电视视频的分辨率有三种：720p（逐行，1280×720），1080i（隔行，1920×1080），1080p（逐行，1920×1080），前两种应用较多。编码算法方面，基本可以分为：MPEG2-TS、WMV-HD、H.264这三种，不同的编码方式其压缩比和画质有着区别，相对而言，后两种更加先进一些。音频输出为5：1声道（杜比数字格式），同时能兼容接收其它较低格式的信号并进行数字化重放。

国内的高清电视并不普及，一般来说，只有在转播大型体育赛事需要传送公众信号（World Feed）时，才会用上高清设备和系统。并且鉴于稳定性、租用卫星带宽大小、兼容性等各方面因素的考虑，用户偏好1080i的H.264高清。

车载卫星通信系统简介

卫星通信系统是一种微波系统，它以卫星作为中继站转发中继信号，在多个地面站之间通信，具有下行广播、覆盖范围广、通信质量好、网络建设速度快成本低等特点。相对于光纤传输系统，尽管存在带宽小、传输速率低、信号传输时延大等劣势，但它结构简单（节点少，链路清晰），并且天线配以车载，更能适应体育赛事持续时间短、设备需求多变的要求，更巨灵活机动性。

根据波段不同，常用Ku频段卫星车天线口径2.4m左右，C频段卫星车天线口径3.9m、4.5m左右，车上配以编码、调制、变频、高功放、解码等通信设备。另有便携式天线1.8m、1.2m等等，设备系统现场搭建，一般用于高楼平台。

背景简介

以2012年武汉汤尤杯羽毛球赛公众信号传送为例，使用C频段3.9m卫星车，租用亚洲5号卫星共约20M带宽，发相隔9M两路信号（双路双载波），编码采用H.264、1080i/50Hz高清标准。

在确认用户需求后进行设备组网的过程中，上行链路、下行链路、尤其是本地自环均有一些值得探讨的问题，以下进行分析。

上行链路

如图1所示，本次业务使用了4对编码器、调制器，分别作第一路和第二路的主备用，两路主用、两路备用各用一个合路器合并，并由AB Switch 1721倒换盘进行倒换，接入变频器倒换盘1:1 STARswitch后，先分再合实现变频器主备用，变频后统一至高功放进入后续射频部分。需要注意的是，在手动设置编码器比特率和调制器码率时，要实现匹配，并且为在进入合路器之前实现两路信号的频分分别，第一路和第二路信号的调制器中频输出分别设置为1070MHz和1079MHz。

下行链路

如图2所示，尽管本次业务只需要上行传送，不需要接收回送（也即所谓单通），但为了监看下行效果，实际中依然搭建了下行链路。射频信号分路后通过两只下变频器变频后变成中频，再通过中频到L波段的二次变频转换，接入解码器方能解出。需要注意的是，当下变频器均设置变频频率3704.5MHz时，两只解码器中频本振设置1070MHz和1079MHz，方能解出第一路和第二路信号，而若变频器变频频率稍偏，则中频本振应反相关同样幅度偏置，如变频器频率设置3713.5MHz时，解出第一路信号和第二路信号的中频本振分别为1061MHz和1070MHz，当然，由于设备精度的缘故，能解出信号的本振偏幅有限，经实际测试，约为偏以1070MHz为中心的-35～+40MHz之间。

本地自环

本地自环，顾名思义，是在进入变频器等射频设备之前，通过编码器、调制器、解码器、L波段变频等，将信号源之基带信号还原至监视器，一般作本地信号监看和设备、线路排障用。本次业务中，只带了两只解码器，分别监看下行的两路信号，故为做成本地自环，需要借用上、下行设备，通过跳线方式与下行实现时分监看。

6.1初步方案

如图3所示，为最初的本地自环接法。该方案直接截取部分上行和下行，采用两端跳线方式。虽然比较方便，但存在以下弊病：

A、 本地自环与上行链路存在冲突，故只有在传送间隙，通过插拔接出合路器的线头（主用上行5001、备用上行5002、本地自环5101）监看，不仅监看时间紧张，还比较麻烦，次数过多可能会磨损头子，影响上行；

B、 本地自环后半部分跳线通过跳线板，故不能同时监看第一路和第二路信号，存在两路信号间时分问题，前半部分跳线只能接合路器1或合路器2，亦存在主备用信号间时分问题；

C、 它与下行链路冲突，故存在本地环与卫星环的环间时分问题。

6.2方案改进建议一及可行性分析

建议：增加2只L波段变频和2只解码器，解决本地自环与卫星环环间时分问题。

可行性分析：临时增加设备需要人力、物力、财力，并且若不能解决与上行链路冲突问题，此改进几乎没有意义（正式传送时不能监看本地自环），事实上，由于是单通，对下行没有要求，故通过跳线方式时分本地环、卫星环是可以接受的。

结论：没有必要，不采用。

6.3方案改进建议二及可行性分析

建议：主用信号、备用信号经合路器1、合路器2后，分别再接分路器，分出一路接上行，另一路接本地环跳线。

可行性分析：尽管分路器是无源设备，但实际中不能保证对分出的上行一路没有干扰，况且还有3dB损失，鉴于上行链路的重要性，最好不要这样操作。

结论：安全考虑，不采用。

6.4方案改进建议三及可行性分析

建议：采用两根跳线，第一根跳线左端在调制器1、调制器2两个Monitor输出口之间选择，右端在解码器1、解码器2对应的上/下变频器、“香烟盒子”两个输入口之间选择；第二根跳线左端在调制器3、调制器4两个Monitor输出口之间选择，右端在解码器1、解码器2对应的上/下变频器、“香烟盒子”两个输入口之间选择。

可行性分析：第一根跳线监看主用信号1、2路，第二根跳线监看备用信号1、2路，不影响上行链路，仅在跳线板跳线时影响下行链路，且部分解决了主备用信号间和1、2路信号间的时分问题（可以同时监看第一路主和第二路备或者第二路主和第一路备）。

结论：在现有条件下，考虑各方面因素，尽管不能十全十美，但已经做到最好，可行。

展望

技术的进步满足了需求，而更高的需求则刺激了技术的进步。且不说超高清电视如2160p《鸭子飞了》，单是1080p高清标准，国内都很少见。现有的Tandberg E5788编码器支持高清MPEG-2方式，Ericsson CE-x编码器则是高清H.264方式，但均仅支持720p和1080i分辨率。随着高清的慢慢普及，用户将有更高的需求，那时必将引进更先进的编码器，对应的调制器、解码器等配套设备也将更新换代。

然而，万变不离其宗，大体的卫星电视通信系统的架构是不变的，根据通信需求的不同类型（单发、单收或亦发亦收，单路单载波、双路单载波或双路双载波等等），在尽量不干扰主要链路的基础上，应充分利用现有资源，以最简便的方式构建本地环，与卫星环配合，监看系统各部分设备的运行情况，以便能在出现故障时迅速判断出故障原因和故障点，并做出快速、合理的应对。