内蒙古蒙汉语卫视高清节目卫星传输的设计与思考

肖宇杰 张小平

1.2.内蒙古新闻出版广电局501台 内蒙古 呼和浩特市 010070

引 言

国家新闻出版广电总局为促进高清电视发展，先后下发了《关于促进高清电视发展的通知》（广发〔2009〕58号）、《关于高清同播频道卫星传输有关工作的通知》（技卫字〔2010〕178号）、《关于高标清同播技术要求的若干意见》（广发〔2010〕34号），在各地的积极努力之下，截至目前，共有20个省、市、自治区具备了高清节目上星传输能力，总数已达到全国省份的半数以上。近年来，内蒙古新闻出版广电局按照总局的要求和时间表，为实现内蒙古蒙汉语卫视高清节目上星传输而努力。2013年，蒙汉语卫视高清频道实现了全区有线网覆盖。

1 高清卫星传输系统建设的必要性

高清电视是电视事业发展的必然趋势，高清化和超高清化是现阶段电视技术发展的主流方向。目前，70%以上的省级电视台具备了高清电视制播能力，地球站高清系统建设发展迅猛，高清用户数量不断增加，传输的节目不断实现高清化。为进一步提高内蒙古蒙汉语卫视节目在全国的影响力，更好地展示自治区成立70年来的巨大成就，建设内蒙古蒙汉语卫视高清节目上星传输系统，实现蒙汉语卫视高清节目上星播出是非常必要的。

2 国内高清节目上星情况分析

从信源编码方式看，目前总局已批准开办的68个高清上星频道中，AVS+编码方式有53套节目，H.264编码方式7套，MPEG-2编码方式8套。高清电视图像信号数字化后的信息速率达1Gbps左右，在带宽有限的卫星上传输时，必须使用压缩比高的信源编码标准，使用MPEG-2标准MP@HL格式传输一套高清电视码率至少需要18Mbps，而使用压缩效率更高的AVS+只需使用12Mbps就能达到同样的图像质量。AVS+是我国具有自主知识产权的视频编码标准，AVS+信源编码效率更高，性能方面优于H.264。此外，采用AVS+编码技术可以解决广电转发器资源紧张的问题。使用AVS+编码方式，一个36MHz带宽的卫星转发器可以传输3套高清节目。目前，安徽、江苏、浙江高清采用MPEG-2编码方式，正逐步转换为AVS+编码方式。

从上行地点来看，有本地上行和异地上行方式。本省市地球站自行上行高清节目，比如天津、湖南等，CA加扰信号需要远程引接至本地。有些省份的高清节目，由异地上行站上行。需将本省高清节目远程传输至异地，在异地进行集成加扰和上行，如湖北、浙江等地球站。

3 高清节目卫星传输总体技术架构

根据总局要求，结合内蒙古实际情况，内蒙古卫视蒙汉语高清同播节目（含9套广播）采用AVS+编码方式本地上行。每套节目视频码率为12Mbps，音频码率为384kbps。广播节目采用MPEG-I层II音频编码方式，音频码率为256kbps。由内蒙古广播电视台完成信源编码，通过光缆和微波SDH环网传输至501台，我台对内蒙古卫视蒙汉语高清同播频道节目信号、6套广播节目和加扰信号进行加扰复用，并对加扰复用后的TS流进行调制，上行发射至总局分配的卫星转发器。信道编码采用DVB-S标准，QPSK调制方式，滚降系数为0.2。

4 高清上行系统设计

设置主用上行系统、备用上行系统共同承担内蒙古卫视蒙汉语高清同播频道节目（含9套广播）、3个盟市6套广播的上星任务，主用上行系统、备用上行系统配置基本相同。

主用上行系统由加扰复用系统、中频系统、射频系统、天馈系统、上行功率控制系统等部分构成。备用上行系统为主用上行系统的系统级备份，与主用上行系统完全独立，互不影响。主用上行系统、备用上行系统均具备可靠的信号检测及自动倒换功能，并可手动倒换蒙汉高清信号在主用或备用上行系统上行。主、备上行系统，如图1所示。

图1 主、备上行系统图

4.1 加扰复用系统

根据总局关于高清同播频道加密要求，高清卫视需要加密播出。内蒙古卫视蒙汉语高清频道本地上星的节目加扰，拟采用上海文广付费节目集成平台。

上海文广网络前端部署条件接收系统（CAS）发生的加扰信息，由国干网和内蒙古广电网络光缆传输至501台机房进入加扰复用器，从而实现内蒙古卫视蒙汉语高清频道的加扰，并通过501台将加扰后的节目流上传到总局分配的卫星转发器。加扰采用Irdeto（爱迪德）系统，配置主备加扰卡，能够确保加扰信息安全发送到智能卡上，供用户解扰节目。

内蒙古卫视蒙汉语高清同播频道节目（含9套广播节目）、3个盟市6套广播TS流和加扰信息通过加扰复用器进行打包复用，复用器实现1:1热备份。每路高清节目视频码率为12Mbps，音频码率为384kbps，加扰开销为530kbps，每套广播节目码率为256kbps，总码率为（12+0.384）×2+0.256×15+0.53+a=29.720588（Mbps）。式中：a——调制码率开销，取0.728588Mbps。

主备加扰信号、清流信号、垫播信号同时接入ASI切换器，通过该开关选择输出至上行系统。

（1）ASI信源包括：蒙汉语高清同播频道节目（含9套广播节目）信号主路1、信号主路2、信号备路1、信号备路2；3个盟市6套广播信号主路、信号备路。对应SDH设备、微波设备业务板卡实现分框安装，相互独立。经信号优选、加扰复用、切换等环节，输出加扰ASI、清流ASI信号。在加扰系统故障时，可切换清流信号进行紧急播出。

（2）录制一段带台标的高清及广播垫播素材（ASI信源）作为本站应急信号源。配置码流播放仪将本站应急信号接入ASI智能切换器。当加扰及清流信源全部中断时，通过ASI智能切换器将本站应急信号对外应急播出。

（3）调制器前配置ASI智能切换器，传输路由故障时具备自动及手动切换功能。

4.2 中频系统

中频主要完成数字调制，将基带数字信号调制到70MHz载波上。目前，广泛采用抗干扰性好，可靠性高的QPSK调制方式，其利用四种载波相位传输数据信息，调制时每次可传输量2比特数据信息，提高了频谱利用率。

符号率为：29.720588÷2÷3/4÷188/204=21.5(MS/s)。3/4为前向纠错码，188/204为里德·所罗门码。

随着各地高清电视节目上星传输需求不断增长，用于传输高清节目的广电专用卫星中星6A、中星6B的转发器资源日趋紧张。因此，要设法降低占用带宽，若滚降系数使用0.35，载波占用带宽21.5×1.35=29.03(MHz)，滚降系数使用0.2时，占用带宽只有21.5×1.2=25.8(MHz)，节约转发器带宽3.2MHz，效果非常理想，选择滚降系数为0.2。由于501台机房离发射天线场距离较远，为缩短上行波导长度，上变频器和高功放均部署在天线基座下的高功放室。中频载波信号拟采用中频光端机传送到高功放室，完成上变频和功率放大。

4.3 射频系统

射频系统主要包括上变频器、高功放设备及相应切换系统。

主、备上行系统的上变频器按1:1热备份方式运行，主机内置菊花链式自动倒换开关，实现自动切换。亦可以手动切换以保障安全播出。

为满足抗干扰需要，主用上行系统的高功放采用3350W速调管高功放，按1:1配置，并具备自动倒换功能。为了进一步提高安全播出的可靠性，计划再配备1台1000W固态功放作为2台3350W速调管功放的备份。

按照上行波导损耗为2.5dB，主用上行系统高功放法兰盘输出功率按2880W（34.59dBW）计算，上行系统EIRP能达到88.2dBW，符合总局62号令卫星地球站实施细则上行EIRPmax的要求。EIRPmax=PHPA+Gt-Lf=34.59+56.1-2.5=88.2（dBW）

备用上行系统的高功放采用1000W固态高功放，按1:1配置，并具备自动倒换功能。按照上行波导损耗为2.5dB，备用上行系统的高功放法兰盘输出功率按930W（29.68dBW）计算，上行系统EIRP能达到83.28dBW，符合总局62号令卫星地球站实施细则中的相关要求，即备用上行系统的安全运行EIRP值应不低于主用上行系统正常播出时的上行EIRP值（76.52dBW）。EIRPmax=PHPA+Gt-Lf=29.68+56.1-2.5=83.28（dBW）

4.4 天馈系统

主播天线和备播天线均为直径12米卡塞格伦天线，两幅卫星上行天线使用独立运行的馈线系统。天线均配置自动伺服系统，可实现自动跟踪目标卫星，主备上行播出系统都使用了自动增益控制系统。每副天线基座下端均建有高功放室，高功放系统法兰出口到上行天线输入接口椭圆波导长度大约15米，传输损耗在3dB以内。高功放工作在规定的最大功率输出情况下，馈线网络可以持续工作大于两小时。主、备两套系统都设置了除湿波导充气机。两幅12米播出天线可以实现自动融雪，避免降雪天气导致天线反射面积雪影响上行发射信号。除雪系统由控制器、雨雪传感器、加热器和保温材料组成，确保降雪天气影响上行天线的正常使用。

4.5 功率控制系统

配备一套自动功率提升系统，实时监测高功放的播出参数，结合卫星下行信道状态，能够检测到信号传输异常并迅速自动提升上行功率。能够确保自动和手动提升上限功率不超过设备最大安全功率。设置自环接收监测，同时在内蒙古新闻出版广电局直属841发射台设置高清卫视接收系统，用L波段光机将接收信号传至501台，实现异地接收，以减少本地干扰引起误提功率。

4.6 网管系统

配备一套网管系统，能够全面监控信号源及上行系统的关键设备的运行状态。设备异态时，及时声光告警提示值班员。可实现对所有播出设备进行远程手动控制，并与总局指挥平台相连，将系统运行参数推送到总局监管中心。该网管与标清网管独立，避免相互影响。网管系统是整个系统运行的控制平台，其主要功能为：对所有主要设备运行状态监看和切换控制；和总局指挥平台通讯；网管系统具有可扩展性。

4.7 供配电系统

信号引接系统、复用加扰系统、调制系统、射频系统等传输系统的供配电均按总局第62号令要求配置，供电采用两路市电加应急发电机模式，低压配电系统具备掉电自动切换功能，一路供电中断时能保证正常播出；两套主备高清卫视上行系统分别使用独立UPS系统，并与现有的标清上行系统相互独立，UPS断电带载能力应大于1小时。同时，工艺配电负荷在紧急情况下也能挂接在柴油发电机上。

501台现有两路外电均为农电，播出负荷使用两台不同变压器，并具有独立的低压供电回路，是单母线分段供电，实现断电自动、手动切换能力。

新建高、低压配电系统和1+1UPS双电源回路，电池组后备时间满足设计负荷工作半小时以上。并配备大功率智能柴油发电机，能保障播出相关负荷连续运行。所有双电源设备和主、备播出设备使用独立的UPS供电。小信号室、UPS室、高功放室、天线场和值班机房均安装符合要求的应急照明设施。

4.8 监测系统

配备多画面分割监测系统，分别用于监听监看信号源、上行系统和下行信号及同转发器高清卫视信号。配备大、小口径天线（口径为2.4、3米）接收系统3套。机房配有大容量硬盘录像机和用于2台下行监测频谱仪。对所有上行设备取样点和下行接收信号进行24小时不间断的时域、频域记录。

结束语

综上所述，在高清卫星传输系统的设计过程中，严格按照《广播电视安全播出管理规定》（62号令）及地球站实施细则，并结合501台实际情况，总结以往标清地球站运行和维护中的经验，设计过程中必须具有一定前瞻性，保证链路工作可靠性高，切换灵活，避免形成单一故障节点，以确保高清节目的安全优质播出。