基于卫星分发链路的数字电视单频网关键技术浅析

吴闽川

（作者单位：福建省广播电视传输发射中心104台）

基于卫星分发链路的数字电视单频网关键技术浅析

吴闽川

（作者单位：福建省广播电视传输发射中心104台）

2014年10月，国家新闻出版广电局启动了中央广播电视节目无线数字化覆盖工程项目。我国无线数字化项目使用基于卫星分发链路的地面数字电视单频网的组网方案。本文主要介绍我国组建基于卫星分发链路的单频网的网络结构，关键技术以及难点。

卫星分发链路；数字电视；单频网

我国的数字电视单频网构建基于卫星分发链路，总体系统构架见图1。节目传输以卫星为主，地面传输为辅；中星6A链路作为卫星传输的主用链路用于构建单频网。

图1 我国基于卫星分发链路的数字电视单频网系统

基于卫星链路的单频网充分发挥了卫星链路的优势，适用于我国复杂环境中的大规模数字电视单频网构建。这种应用在国际上尚属首次，同地面的数字信号的分发和同步比较有更多的技术难点和要求。

1 单频网码流适配以及SIP包插入

单频网要求网内发射机必须做到严格的频率同步，调制时间同步及调制比特同步。在信号源传输链路中加入单频网适配器可确保单频网的三个同步要求达到有效构建。单频网适配器每秒在GPS的1pps秒脉冲上升沿向输入的TS码流中插入一个SIP包；在其他位置，单频网码流适配器从前端缓冲区读取数据码流，数据不足一个标准TS包长度，则在码流中插入单频网适配空包完成码流适配。为了实现SIP包的插入，使用GPS/北斗（主备）系统提供10 MHz和1 pps参考信号。

中央台12套节目通过中星6A进行全国覆盖传输分发。将单频网适配器部署在复用器和卫星调制器之间，复用器输出加密的音视频TS流通过单频网适配器插入SIP包，而后通过卫星调制上行达到传输分发。各地无线发射台接收卫星信号，根据解析SIP包获得系统信息和最大延时时间参数，设置激励器的修正传输延时、工作模式和发射参数，从而实现全国范围单频网发射机工作在相同的工作模式和发射参数（同时、同频和同比特）而达到组网。

2 卫星信号接收时延问题

单频网内发射机需要一个稳定的信号源，这是单频网稳定工作的基础，关系到单频网工作质量和接收效果。这就要求各发射台对组网信号时延和抖动是必须是相对稳定的。

卫星在轨道上受到空间环境摄动力（日月引力等）的作用，导致卫星飘移星地距离变化产生卫星传输时延抖动。考虑到单频网相邻两发射台时延差对单频网组网覆盖区接收至关重要，经计算相邻150公里发射台接收时延抖动为1us。单频网最大建站距离取决于系统的帧结构，对于PN420、PN595、PN945帧头，站点之间最大距离分别为16.67、23.61及37.5km，可得知相邻台站接收时延抖动均小于1us。

卫星传输链路时延基本在250ms左右，这是由卫星工作轨道来决定，是个固定的时延差。不同卫星机顶盒接收和CA解扰存在较小的时间差异。卫星受摄动影响时延抖动较小。这些时间延迟、抖动因素对于数字电视单频网技术要求的最大1 s要求有相当大的时间冗余，可以由单频网激励器修正。由此可见，通过卫星链路进行节目分发满足了单频网组网对最大时延要求。

3 卫星调制器空包调整问题

基于卫星分发链路较地面信号传输增加了卫星调制和解调环节。通常情况下，卫星调制器传输码率应高于DTMB系统中模式码率，卫星调制器会在单频网适配器对码率适配后再次插进空包进行二次码率调整，这将改变单频网适配器输出的码流结构，改变码流中PCR。

关于卫星调制器插入空包和调整PCR的问题，提出以下两种解决方案。

一是强制要求卫星调制器工作在透明传输模式。调制器关闭码率适配功能不插入空包，卫星调制器要求单频网适配器输入TS码流保持绝对恒定。

二是对现有设备进行固件升级改变空包处理算法。升级单频网适配器、卫星调制器和卫星接收机固件，改变空包处理算法。在卫星调制器打开码率适配功能即允许插入空包，关闭PCR修改功能。其过程是：单频网适配器插入“特定空包”；卫星调制器码率二次适配插入空包；卫星接收机去除卫星调制器插入的空包；卫星接收机把“特定空包”恢复为DTMB普通空包；激励器处理适配器插入的空包。在不改变硬件平台基础上，解决了卫星调制器空包插入和恢复。

第一种方案对单频网适配器提出很高要求，只有很少的厂家产品能够满足组网要求；第二种方案易于实施对于旧固件只要升级，新产品可以做到完美支持，该方案为最终采用的卫星调制器码流调整解决方案。

4 解密处理对码流中SIP包影响

为了防止版权溢出，中央台12套节目采用CA加扰。由于中央台要求分节目进行加、解扰。各接收端在卫星接收机配置解密卡来恢复节目。加扰、解扰的过程将改变TS流数据包结构。

根据CAS规定，加扰在TS层或PES层实施，在TS流数据包和PES数据包的语法结构中各自规定了两个加扰控制位。不论在哪一层实施，TS或PES头部信息（包括自适应域）总是不加扰的。加扰仅仅针对音视频和数据进行加扰。通过不同CAM卫星接收机解扰，对比发现不同接收机输出的TS码流音视频数据包一致。发射机解扰仅是调整变换音视频数据包的输出顺序，解扰不会改变PCR、SIP包的结构。每个SIP包间隔18000个TS包。这样确保了卫星接收机解扰后的TS流可以组网数字电视单频网。

5 结语

基于卫星链路的单频网充分发挥了卫星链路的优势和单频网优点，理论和实践都表明该组网方案的有效性和可行性。依托这个技术体系，我国将增加6 230部单频网数字电视发射机，推进中央广播电视节目无线数字化覆盖工程。这对于加快构建现代公共文化服务体系，对我国数字电视事业和产业发展具有重要的意义和实际应用价值。

[1]戚武.基于卫星传输链路的地面数字电视单频网技术方案[J].电视技术,2015,39(16).

[2]关溪.卫星摄动漂移对单频网系统信号传输的影响与优化[J].数字通信世界,2011(10).

[3]潘晓菲.基于卫星分发的地面数字电视单频网应用系统技术分析[J].现代电视技术,2015(5).