甘肃卫视高清上星系统的设计与实现

2023-04-19南维强

西部广播电视 2023年23期

南维强

（作者单位：甘肃省广播电视局无线传输中心）

1 系统建设背景

甘肃卫视频道高清信号上星传输系统建设项目，是为贯彻落实国家广播电影电视总局（现国家广播电视总局）《广播电视安全播出管理规定》（总局令第62号）、《甘肃省人民政府办公厅关于加快推进“如意甘肃•智慧广电”工程建设的实施意见》文件的有关精神，通过建立全省广播电视节目地面无线覆盖体系，实现省级卫视高清电视节目和6套省级立体声广播节目在甘肃频道的上传输覆盖，让人民群众享有更高质量的视听体验。

随着国家对广播电视高清化、数字化、智能化进程的不断推进，广播电视行业已步入守正创新、高质量发展的关键阶段。甘肃卫视作为甘肃省唯一通过卫星传输向全国播出并覆盖周边国家的电视频道，是甘肃省重要的省级主流舆论宣传和权威信息发布平台，是展示甘肃发展新形象和甘肃各族人民新面貌的窗口，对传播甘肃声音、讲述甘肃故事、推动甘肃经济社会发展起到至关重要的作用；满足了人民群众多样化、多层次的精神文化需求，为加快建设幸福美好新甘肃，不断开创富民兴陇新局面添砖加瓦；结合甘肃地球站承担的传输覆盖职责，进一步保障省级广播电视节目的安全播出，提高节目在卫星传输上的能力，加快实施甘肃卫视频道高清信号上星传输系统建设，以保证在党的舆论宣传、甘肃经济发展和社会稳定等方面发挥重要作用。

2019年，省委、省政府将甘肃卫视频道高清节目上星传输列为全省重点公共文化服务项目和广播电视惠民工程，并写入2020年甘肃省政府工作报告。2020年7月23日，国家广播电视总局批复甘肃卫视频道高清信号上星传输技术方案；2020年11月1日正式开工建设；2021年12月31日，国家广播电视总局正式批复同意甘肃卫视高清信号上星传输。

2 系统设计

甘肃卫视频道高清信号上星传输系统配置以保障上星节目安全播出为原则，通过光传输和微波传输两种传输方式将甘肃广播电视总台制作播出的广播电视节目信号送往卫星地球上行站上星传输。项目属综合性工程，涵盖内容较多，主要包括信源传输系统、信号上行链路系统、编码复用系统、抗干扰功率自动增益系统、监听监视监控监测及网管系统、天馈线系统、供配电系统（不间断电源、户外箱体式柴油发电机组），还包括与各系统息息相关的配套实施内容，如两副C波段上行天线基础土建、天线融雪系统、高清机房工艺装修、防雷塔接地工艺系统等建设内容。

主要系统实现的功能任务如下：信源传输系统通过光纤和微波链路传输实现6套立体声广播节目和甘肃卫视高清频道电视节目传输到甘肃地球站；信号上行链路系统将广播电视节目流进行调制上变频放大到卫星天线系统中进行上行发射；编码复用系统按照规定的视音频格式，将广播电视节目编码复用；监听监视监控监测及网管系统对高清上行相关设备、关键节点进行监测监管，满足安全播出、自动调度的相关要求；供配电系统保障卫星地球站系统设备的供电安全、运行稳定。

2.1 信源传输系统概况

甘肃卫视高清上星传输系统是与在播的标清卫视在相同站址建设，省广播电视总台制作的广播电视节目源利用新建的两路不同路由主备光缆和现有的一路数字微波传输方式传输到卫星地球站高清机房。三路信号源接入地球站高清上星传输系统，再经过编码系统的信源、信道编码，调制为数字中频调制信号，经上变频器变频到工作频率，由高频功率放大器放大到预定的功率值，最后经过大口径上行天线，送至赤道上空36 000 km处的同步卫星用于转播覆盖。三路信号源通过自动切换开关（Automatic Switching, ASI）实现主备信号源的自动和手动切换，并配备了应急跳线盘[1]。

2.2 信号上行链路系统

在甘肃卫星地球站建设主、备上行链路系统和第三条独立上行链路系统形成链路间相互备份的高清冗余上行链路系统。为了减少功放故障对上行链路的影响，上行链路配置了3台可与自动升功率系统对接的3 kW高功率放大器，通过第3条独立上行链路系统的1台单机3 kW高功放和主、备上行链路系统1∶1配置的3 kW高功放使主、备上行链路系统具备信号检测和自动保护倒换功能。主备高功放配置最大输出功率可以达到设备额定输出功率并符合相关规定。

甘肃卫视高清频道上行频率位于C波段，技术方案主要采用“广播电视先进视频编解码（Advanced coding of Video Standard for broadcasting, AVS）+编码技术”、数字卫星电视广播标准（Digital Video Broadcasting-Satellite, DVB-S）的四相相移键控（Quadrature Phase Shift Keying, QPSK）调制方式，为适应今后卫星传输技术发展需求，还配置了卫星数字化视频广播第二代标准（Digital Video Broadcasting-Satellite-Second Generation,DVB-S2）的QPSK和8移相键控（Phase Shift Keying,PSK）调制方式，以多路单载波（Multi Channel per Carrier, MCPC）的方式通过“中星6C”卫星实现甘肃卫视高清频道面向全国的传输覆盖。

高清上行链路系统主用9 m天线有效全向辐射功率（Effective Isotropic Radiated Power, EIRP）最大值能达到84.97 dBW；备用7.3 m天线有效全向辐射功率（EIRP）最大值能达到83.17 dBW，符合上行EIRP的要求[2]。

2.3 编码复用系统

光纤和微波链路与地球站传输系统的电视节目接口为高清串行数字接口（High Definition Serial Digital Interface, HD-SDI），广播节目接口为非平衡的音频工程师协会/欧洲广播联盟（Audio Engineering Society/European Broadcast Union, AES/EBU）标准接口，同时设置复用加扰机（甘肃卫视高清频道上星节目加扰由上海文广互动平台负责，加密数据流通过中国有线干线网传输加密信息至甘肃地球站高清机房），实现甘肃卫视高清频道的远程加密。为保证安全播出零失误，本地加密设备（复用加扰机）的配置方式为主路、备路、热备份三机，采用在线备份方式[3]。主路、备路两台复用加扰机同时工作，可通过智能切换器对其输出的码流进行切换选择[4]。

2.4 抗干扰功率自动增益系统

根据国家广播电视总局要求，甘肃卫视高清上星系统配置有江苏地球站研发的上行功率控制系统，该系统具有自动增益控制功能[5]，通过异地接收、自环检测等防止功率误提升的技术措施[6]，对主、备上行链路高功放和第三条独立上行链路的高功放功率参数等状态进行实时监控和记录以及异常情况判断，实现自动、手动提升上行功率。

2.5 监听监视监控监测及网管系统

根据《广播电视安全播出管理规定》以及其他相关安全播出规定要求，监听监视监控监测系统对7路串行数字接口（Serial Digital Interface, SDI）信号实时进行监测报警、录音录像；对36路AES/EBU立体声广播信号实时进行监测报警、录音；对18路异步串行接口（Asynochronic Serial Interface, ASI）信号实时进行监测、录音录像；对13路L波段QPSK信号实时进行监测以及解扰；通过卫星地球站安全播出管理平台全面监控播出设备，整个链路中各分系统环节都配有相应的监测手段，能够快速准确识别、判断设备出现的故障，实现自动保护切换，以保障整个播出、传输、上星系统的安全运行，并可与全国地球站运行监测平台对接，提供相关运行数据。

高清上行综合网管系统采用北京非凡朗天科技公司研发的“卫星地球站综合网管系统”，实现了播出系统全链路管理，以全面的计算机监控网络辅助技术人员完成对上行链路中的各类设备的全面管控，可实时监测绝大多数设备的工作状态和机房温湿度、设备的指标参数等；可实现对绝大多数设备远程控制管理，能在第一时间快速准确判断出设备故障，发出不同级别警告，并作出应急自动切换处置为安全播出保驾护航。系统设置多层次预警，故障发生时通过事故自动诊断分析程序发出报警，提示值班人员快速准确判断处理故障，确保安全播出的进行。

2.6 天馈线系统

甘肃卫视高清频道上星系统配备主、备两副上行天线，上行天线由天馈、伺服、结构、馈线4部分组成。天馈线系统因采用先进制造工艺，整体质量可靠，能够长时间稳定工作等被行业内广泛使用，馈源网络采用免调试型馈源，伺服设备采用货架式结构；主备天线均配置自动跟踪控制系统、波导充气机和新型自动加热融雪装置。天线场地处于电视塔避雷系统保护范围内，天线可靠接地，已通过避雷防雷检测。

2.7 供配电系统

地球站高清机房现有两路市电供电，配置低压双切开关自动切换装置，当供电线路出现故障时，双切开关将自动切换至备用供电线路，当两路市电供电出现故障不能正常供电时，柴油发电机通过自动切换装置开启供电。自备应急电源为1台800 kW户外箱式柴油发电机。

地球站高清机房配置3台60 kVA不间断电源（Uninterruptible Power Supply, UPS）为所有上行系统负荷供电，分别与3条上行传输链路系统一一对应连接，输出之间无任何交叉，其中2台UPS并联为A、B主链路供电，1台UPS为C备链路供电。采用工频UPS电源，提高供电质量，有效防范谐波，确保各设备开关电源的工作稳定性。

2.8 附属设施

机房内部工艺接地、电源接地和防雷接地独立排布，分别汇接至区域接地系统，UPS等电源设备均设计配置防浪涌装置。机房配置了可独立控制的精密空调系统，配备了具有温度、湿度等环境状态监测功能的监测系统，配置了具备声光报警功能的电力监测系统，上述系统的环境参数监测已接入综合网管系统。

3 系统建设过程及验收

甘肃卫视频道高清信号上星传输系统建设时间紧、任务重，为贯彻落实省委省政府指示精神，扎实有效推进甘肃卫视频道高清信号上星传输系统建设项目。

从2020年11月至2021年6月，完成高清上行传输系统（播控、前端、传送、加扰、上行等）建设和联调联试、供配电系统设备安装（户外柴油发电机、低压配电柜、不间断电源、低压供电电缆直埋等）、高清上星机房改造及工艺装修、7.3 m及9 m天线吊装测试、天线融雪系统建设、精密空调安装等所有招标建设内容，同时完成天线基础高压电缆迁移、地球站专用光缆更新等辅助建设项目。此外，还积极开展高清上星相关控制系统操作原理及步骤培训，以及手持操控板使用及寻星跟踪操作、系统供配电操作、天线融雪系统操作、高清上星系统使用维护、系统日常保障及故障处理方法等内容的培训。

在抓好前期运行测试的基础上，及时总结运行中的规律特点，并抓好安全传输保障工作，确保项目运行安全有序；制订重要保障期突发事件应急预案，做好相关的重要播出保障准备，明确应急预案和操作流程，确定联络机制、应急流程、分工协调等，做好检修测试、检查补充备件，确保电力、传输、通信协调等相关保障措施到位。

2021年6月23日，根据国家广播电视总局安全传输保障司《关于同意甘肃卫视高清频道上星传输系统技术测试的批复》，严格规范操作流程，使系统顺利通过卫通公司的入网指标测试和上星测试。7月29日，国家广播电视总局广播电视规划院对高清上星项目系统功能和指标进行测试后，认为甘肃卫视频道高清上星传输系统整体指标达到招标技术要求，符合国家广播电视总局相关技术标准，具备正式上星传输覆盖的能力。9月14日，甘肃省广播电视局根据国家广播电视总局安全传输保障司《关于甘肃卫视频道高清信号上星传输系统建设项目达标验收的批复》，成立验收工作领导小组，邀请国内资深专家成立验收组，按照《卫星广播电视地球站技术验收规范》，对上星传输系统的工艺质量、系统配置、备品备件、测试仪器、文件资料、验收情况进行逐项审核。验收组认为甘肃卫视频道高清信号上星传输系统符合技术验收标准。

根据国家广播电视总局安全传输保障司《关于同意甘肃卫视频道高清信号上星传输的批复》意见，甘肃卫视频道高清信号自2022年01月25日0时起通过在中星6C卫星上行传输覆盖试播，覆盖全国。