卫星广播技术及应用前景

中央人民广播电台 洪萍
　　在互联网时代，我们可以听到来自世界各地的CD音质的广播节目。然而，收听网上节目有其特殊要求和不便之处，收听成本也比较高。其实，人们的收听要求是：随时、随地、便携、便宜，并且收听习惯不用改变。有没有什么手段可以满足上述要求呢？

　　广播技术发展到今天，满足上述收听要求的手段已经成熟并投入实际应用，这就是卫星直播广播，而且它可以实现多媒体直播。

　　卫星直播广播利用卫星实现广播节目的大范围覆盖，听众可以使用与普通收音机相仿的接收机收听节目。由于节目是以数字方式传送的，音质可以达到CD级，受自然条件的负面影响很小。

一、卫星广播的原理

　　卫星广播系统由地球同步卫星、广播上行站、数字接收机及地面控制运营网络组成。广播流程如下：

1、电台的信号上行可以通过传统的“总站”方法来实现，即各电台将信号传给一个中心站进行处理，然后再从这里统一传输给卫星的透明转发器部分。另一种方案是选择采用更小、更方便的上行馈送站，通过星上处理转发器将这些不同的信号转换成单一的下行信号，再发送回地面。

2、卫星转发器向地面发送数字广播信号，实现覆盖。无论使用“总站”还是“分站”上行方式，传输到用户端的信号都是完全一样的。

3、地面广播接收机接收、播放节目。

　　就流程而言，卫星广播与卫星电视基本相同。不同的是：卫星广播接收机无需大型抛物形天线，只要用小型便携式接收机就可以收听广播节目。接收机上带有直径为10cm左右的圆形天线。

　　卫星广播的特点是方向性不强，这一点与数字卫星电视广播不同。在世界任何地区，如山区、公海、森林都可以很清楚地收听节目，因为直播卫星辐射功率大，覆盖区域内EIRP值高，故其接收系统比一般通信卫星接收系统简单、小巧、价廉。

二、卫星广播的发展

　　广播在20世纪20年代诞生后，经历了调幅、调频两个发展阶段，正快步进入数字化的第三个阶段。首先登场的是欧洲国家于90年代中推出的DAB（digital audio broadcasting）系统，它成为国际电信联盟（ITU）认可的地面数字音频广播系统。近年来，世界上不少有实力的广播机构纷纷以这一系统正式开播或试播数字音频节目。中国广播媒体动作十分迅速，1996年12月16日在广东佛山广播电视中心进行了DAB首次试播。

　　时至20世纪末，经国际电信联盟认可的另一套数字音频广播系统已登场亮相。这就是世广卫星集团（WorldSpace）推出的卫星数字音频广播系统。

　　卫星广播到现在经历了4个阶段：

　　1、无压缩的数字卫星广播（DSR）：世界上最早的数字声广播，用于直接固定接收，一个卫星转发器可传送16套CD质量的立体声节目。传送的节目通过频率变换也可进入电缆网。但缺点是不能移动接收，没有数据业务，没有进行数据率压缩，因此频谱利用不经济。

　　2、阿斯特拉卫星数字声音广播(ADR)，与模拟电视节目一起，通过卫星传送，用于直接接收，也可整个转发器完全用于传送声音广播节目。特点是，使用了数字压缩技术，频谱利用率高一个转发器可传送12套(与模拟电视一起传送时)或48套(无电视节目时)达CD质量的立体声节目，缺点是不适于移动接收。

　　3、数字音频广播(DAB)其特点是：抗衰落能力强，适合于固定便携和移动接收，可利用地面、电缆和卫星进行覆盖，声音质量达CD水平，可工作于不同的波段(从VHF--L波段)，可单频网运行，节约频谱。是多媒体广播，既可传送声音节目，又有大量的数据率可用于数据业。

　　4、世广卫星数字声广播(Worldspace)，作用范围大：三颗星可覆盖整个南半球。波束多、信道多：每颗卫星有3个波束，每个波束可有96个基本信道。

三、世广卫星广播系统

　　世广卫星系统是由世广卫星集团投入巨资创建的、目前全世界唯一的为全球提供数字音频和多媒体卫星直播业务的卫星系统。

　　世广卫星集团于1990年成立，总部在美国华盛顿，是一家提供数字音频和多媒体广播业务的新媒体跨国公司。

　　该卫星系统有3颗同步轨道卫星组成，分别称为“亚洲之星”、“非洲之星”和“美洲之星”，用于覆盖亚洲、非洲、拉丁美洲以及欧洲的部分地区，覆盖人口超过46亿。其中“非洲之星”已于1998年10月发射成功并投入运行，亚洲之星于2000年3月21日发射成功并投入运行。亚洲之星北波束不但覆盖了全部中国领土，还覆盖蒙古、日本、俄罗斯、朝鲜、韩国、台湾、香港和澳门等国家和地区

　　在世广系统支持下，人们可以通过轻巧的便携式接收机，直接接收由卫星传送的音频节目以及高速传输的图像、文字、数据、软件等多媒体数据。

·世广卫星资源

　　世广的卫星系统由三颗定位于赤道上空35000公里的地球同步卫星构成。

　　非洲之星（AfriStar）：定点在东经21度，覆盖非洲、中东、海湾地区及近东部分地区。已于98年10月28日发射成功，并于99年10月投入商业运行。

　　亚洲之星（AsiaStar）：定点在东经105度，覆盖印度次大陆、中国、日本及印度尼西亚。已于2000年3月22日发射成功。

　　美洲之星（AmeriStar）：定点在西经95度，覆盖拉丁美洲和加勒比地区。计划于2001年底发射。

　　每颗星有两种转发器：透明转发器（3个）和处理转发器（3个）。每个转发器产生一个TDM载波，共六个TDM载波。

　　其中亚洲之星北波束覆盖了全部中国领土。

　　世广卫星功率高，波束强，每个波束可以传送近一百套数字音频节目或多媒体节目，覆盖大约1400万平方公里的面积。

　　卫星系统下行使用L波段，广播机构的上行线路使用X波段7025到7075兆赫频段。世广卫星系统通过加大星上有效载荷的技术含量等措施，努力降低接收机的技术要求，从而有效降低了接收机的制造成本。

·世广星上处理

　世广的每颗星上有两种通讯载荷。一是有处理功能的载荷，一是透明转发载荷。每一载荷有三个下行TDM载波。

1、处理有效载荷

　　处理载荷接收来自处理馈送站的6个上行SCPC FDMA基本信道载波组，经变频、基本信道载波区分、解调得到它们的基带信号并与星上时钟同步。根据广播业务需要，基本信道比特由相应的TDM比特流合成器放置在各自的TDM帧的时隙中。TDM比特流经QPSK调制得到中频，经上变频、功率放大得到L波段下行载波。

2、透明有效载波

　　每个上行TDM载波由透明上行总站发至卫星。每颗卫星上有三个透明转发器，将上行TDM载波下变频为1467-1492MHz频段内的载波，不做任何星上处理或信道转接工作。每个转发器对接收到的TDM载波进行中频变换、载波、变复为L波段、高功率放大后，经天线发送得到下行波束。该下行TDM载波与处理转发器的下行载波完全相同。

·世广接收机及其原理

　　世广卫星接收机与普通收音机外形相仿，可直接接收卫星广播的数百个节目信道。不同之处在于其“可视性”——可以显示节目频道菜单。这些频道中有保真率低的（相当于中波电台的音质）和保真率高的（相当于最好的CD播放机的音质）。菜单滚动显示可以收到的所有节目。听众可以事先根据自己喜欢的语种和节目类型，自定义一个节目单。例如，一个喜欢收听世界各地各种新闻的讲英语的听众可以将接收机设定为只显示英语新闻节目。世广接收机另一个特点是，可接收声音、数据和图像等多媒体数据，属于便携式多媒体接收机。
世广接收机通过小巧、可分离式天线直接接收卫星的信号。世广使用了专用的StarManTM集成电路芯片，使得接收机小巧、便宜，但是功能强大。

　　接收机以芯片STARMAN为核心，附加必要的输入、输出器件。其天线内置，也可外接。有的型号除了接收卫星广播，还可接收调频、调幅广播。此外，世广接收机还有以下特点：

1、多波束接收；

2、按照语种和节目类型自动选择接收；

3、信道预置；

4、内置加密技术用于收费业务或定向业务；

5、声音可达到CD音质；

6、具有数据输出接口；

7、提供完整的数据流及辅助业务。

　　接收机直接接收卫星下行TDM载波。TDM载波由连续的TDM帧组成，帧长138ms，以帧同步码（MFP）开始。每帧还有一个时隙控制通道的（TSCC），内含接收机操作所需的各种信息以便为一个广播信道提取相关的基本信道以及识别波束与TDM载波。接收机可调谐在覆盖区内任一个TDM载波上，然后进行解调、TDM帧同步捕获与恢复TSSC。利用TSSC信息，识别波束、载波，提取基本信道并重新组合成为接收机用户所选择的广播信道。

　　每个广播信道都含有一个业务控制头（SCH），其中信息引导接收机从广播信道中选择所需的节目，将节目送至译码器，向接收机液晶显示器发送字符信息及节目标记。

　　重新组合后的节目信道码经过FEC译码、去交织，得到原始的基带比特流，经过声译码得到模拟的声音。接收机可产生AM至CD立体声的各种质量的声音，这取决于节目信道所用的码速率。

　　接收机可在1467.184至1490.644MHz范围内自动搜索调谐TDM载波，搜索步长为0.460MHz。

　　世广系统设计目标为在接收机端广播信道误码率小于10-4。接收链路余量与接收机G/T值有关。对于星上处理广播方式，覆盖链路余量如下表：

　　对于透明传输方式，上表中余量应减1dB。

　　接收机可外接天线以方便直线接收，对于非遮挡的直线接收不存在任何问题，甚至对于上百公里时速的车辆接收也是可能的。对于某些遮挡环境，只要遮挡损耗在链路余量内，接收也是可以的。

　　世广与其合作伙伴日立、JVC、松下、三洋基于收集的信息开发了四种不同的接收机。每一种都不仅满足很高的技术要求，而且还各有特色。这些设计使得消费者可以根据不同的需要选择适合自己的款式。

·世广技术特点

　　世广是目前卫星广播平台的唯一提供商，发送和接收卫星广播都离不开世广卫星广播系统。下面就让我们来看看世广系统的技术特点。

1) 大范围覆盖。世广现有三颗卫星，每颗卫星3个波束，每个波束覆盖1400万平方公里。对中国而言，可以做到对整个国土100%的覆盖。

2) 小巧灵便的便携式接收机移动接收。无论城市乡村、内地边疆， 无论在高速行驶中或固定状态下，使用CD盘大小的天线均可有满意的接收效果。四家日本名牌厂商（日立，松下，三洋和JVC）已经提供有为世广标准制造的卫星收音机产品，支持每套节目从8k~128k自适应接收音频和多媒体节目。世广公司还开发有接收卡产品可以支持同时接收双128k卫星信道节目。

3) 全世界制造成本最低的卫星接收设备。世广卫星系统通过加大星上有效载荷的技术含量等措施，努力降低接收机的技术要求，从而有效降低了接收机的制造成本。由于在全球范围覆盖并启动市场，因而接收机可以在较短时期内迅速降低价格。

4) 卫星信号直接被个人接收机接收。世广卫星以卫星直播的方式直接覆盖，直接向个人接收机传送节目和信息，一般情况下不需要任何中间转播、转发环节，覆盖综合成本最低，用户负担最轻，而且最方便运行管理，最容易推广普及。

5) 最全面的媒介手段。世广卫星系统具有传输数字音频、动态图像、可视数据等手段，可以实现实时播出，也可以对各种文本方式文件进行压缩打包后传送， 具有高速、无瓶颈的特点，是最全面的电子信息传播系统。对于远程教育、电子杂志发行、多媒体数据广播、INTERNET网上公共信息发送等业务，是理想的传播覆盖网络。

6) 丰富的信道资源。世广卫星的每个波束下行速率为每秒1.53M比特，可以支持同时传输几十套音频和数据节目，而且可以灵活地根据节目速率的需求在不同的业务信道之间调配信道资源。

7) 方便的用户管理和节目管理系统。世广卫星系统从信息源的发送，卫星转发，到个人接收机全部实现数字化，可以方便地对每一个用户、每一种业务、每一个节目、每一时段实行加解密管理和各种付费管理。

8) 安全的信道锁定和信道管理，杜绝境外节目落地。世广系统通过接收机硬件锁定接收信道和卫星信道地面管理系统等多重手段，确保国家对卫星节目的绝对控制，可以完全杜绝境外节目落地，也可以有效地对星上所有节目跟踪监控，可以随时制止非法和违背国家政策法规的节目播出。节目信道监控管理设施在境内设置，由国家授权的管理部门管理。

四、国内动向

　　随着生活水平的提高，人们对广播音质的要求今非昔比。中短波广播已经无法满足听众的要求。同时，我国幅员辽阔，地貌多样，有些地区人口居住相当分散，层层接力式的发射方式无法实现有效覆盖，音质较好的调频广播的覆盖范围更是有限。现在，虽然有了网上广播这一全新的途径，但是网上收听的软硬件要求、不可移动性和较高的收听成本把大部分人拦在了听众群体之外。卫星广播则可以同时解决三大问题：覆盖问题、音质问题和收听问题。 中央人民广播电台作为国家台，面临着解决覆盖全部国土的问题。从1997年，中央台就开始对世广卫星直播技术表现出了兴趣。在中国通信广播卫星公司和世广的配合下，中央台进行了L波段卫星数字声音广播技术试验，测试世广亚洲之星东北波束广播覆盖范围、场强和实际覆盖效果。为此，世广专门启动其地面控制系统，调整亚洲之星东北、西北和南波束的覆盖区域。中央台选择了中国通信卫星公司建立在北京的东北旺卫星上行站作为节目传送的上行站。

试验内容主要有两项：

1、 不同地理位置和边缘地区的接收测试；

2、 移动接收测试，包括汽车、火车移动接收试验和江河客运、海上航行移动接收试验。

　　从试验结果来看，总体收音效果并不受外界因素影响。 专家们在听取了接收测试汇报并观看、收听了演示后，表达了“Ｌ波段卫星 数字声音广播具有广播质量高、覆盖面广等特点”，“不同速率的音质效果、节目动态加密、境外节目抑制、多媒体广播等方面演示效果很好”.

　　那么，卫星广播在中国是否有市场呢？

　　对广播节目的提供者而言，卫星广播技术相对于地面布点的覆盖技术有其覆盖面广、运行投资少和便于管理的优势，具有很好的性能价格比。据估计，如果采用32Ｋ和64Ｋ分别传３路语言节目和1路立体声音乐节目覆盖全国，五年需要投入人民币1200万元左右。 而用10KW调频发射机覆盖我国全境，五年需投资约220亿元。

　　对广播收听者而言，世广接收机的市场目标价位定在500-1500元，是可以接受的。早期产品和未来的新潮款式将定位在1500元左右，大众化普及型接收机将降至500元作用。这样的价位是符合我国的社会消费水平的。

摘自《广播电视网络技术》2002.4