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衛星廣播技術及應用前景

來源:互聯網  2008-05-31 06:10:42  評論

中心人民廣播電台 洪萍

在互聯網時代,我們可以聽到來自世界各地的CD音質的廣播節目。然而,收聽網上節目有其非凡要求和不便之處,收聽成本也比較高。其實,人們的收聽要求是:隨時、隨地、便攜、便宜,並且收聽習慣不用改變。有沒有什麽手段可以滿足上述要求呢?

廣播技術發展到今天,滿足上述收聽要求的手段已經成熟並投入實際應用,這就是衛星直播廣播,而且它可以實現多媒體直播。

衛星直播廣播利用衛星實現廣播節目的大範圍覆蓋,聽衆可以使用與普通收音機相仿的接收機收聽節目。由于節目是以數字方式傳送的,音質可以達到CD級,受自然條件的負面影響很小。

一、衛星廣播的原理

衛星廣播系統由地球同步衛星、廣播上行站、數字接收機及地面控制運營網絡組成。廣播流程如下:

1、電台的信號上行可以通過傳統的「總站」方法來實現,即各電台將信號傳給一個中心站進行處理,然後再從這裏統一傳輸給衛星的透明轉發器部分。另一種方案是選擇采用更小、更方便的上行饋送站,通過星上處理轉發器將這些不同的信號轉換成單一的下行信號,再發送回地面。

2、衛星轉發器向地面發送數字廣播信號,實現覆蓋。無論使用「總站」還是「分站」上行方式,傳輸到用戶端的信號都是完全一樣的。

3、地面廣播接收機接收、播放節目。

就流程而言,衛星廣播與衛星電視基本相同。不同的是:衛星廣播接收機無需大型抛物形天線,只要用小型便攜式接收機就可以收聽廣播節目。接收機上帶有直徑爲10cm左右的圓形天線。

衛星廣播的特點是方向性不強,這一點與數字衛星電視廣播不同。在世界任何地區,如山區、公海、森林都可以很清楚地收聽節目,因爲直播衛星輻射功率大,覆蓋區域內EIRP值高,故其接收系統比一般通信衛星接收系統簡單、小巧、價廉。

二、衛星廣播的發展

廣播在20世紀20年代誕生後,經曆了調幅、調頻兩個發展階段,正快步進入數字化的第三個階段。首先登場的是歐洲國家于90年代中推出的DAB(digital audio broadcasting)系統,它成爲國際電信聯盟(ITU)認可的地面數字音頻廣播系統。近年來,世界上不少有實力的廣播機構紛紛以這一系統正式開播或試播數字音頻節目。中國廣播媒體動作十分迅速,1996年12月16日在廣東佛山廣播電視中心進行了DAB首次試播。

時至20世紀末,經國際電信聯盟認可的另一套數字音頻廣播系統已登場亮相。這就是世廣衛星集團(WorldSpace)推出的衛星數字音頻廣播系統。

衛星廣播到現在經曆了4個階段:

1、無壓縮的數字衛星廣播(DSR):世界上最早的數字聲廣播,用于直接固定接收,一個衛星轉發器可傳送16套CD質量的立體聲節目。傳送的節目通過頻率變換也可進入電纜網。但缺點是不能移動接收,沒有數據業務,沒有進行數據率壓縮,因此頻譜利用不經濟。

2、阿斯特拉衛星數字聲音廣播(ADR),與模擬電視節目一起,通過衛星傳送,用于直接接收,也可整個轉發器完全用于傳送聲音廣播節目。特點是,使用了數字壓縮技術,頻譜利用率高一個轉發器可傳送12套(與模擬電視一起傳送時)或48套(無電視節目時)達CD質量的立體聲節目,缺點是不適于移動接收。

3、數字音頻廣播(DAB)其特點是:抗衰落能力強,適合于固定便攜和移動接收,可利用地面、電纜和衛星進行覆蓋,聲音質量達CD水平,可工作于不同的波段(從VHF--L波段),可單頻網運行,節約頻譜。是多媒體廣播,既可傳送聲音節目,又有大量的數據率可用于數據業。

4、世廣衛星數字聲廣播(Worldspace),作用範圍大:三顆星可覆蓋整個南半球。波束多、信道多:每顆衛星有3個波束,每個波束可有96個基本信道。

三、世廣衛星廣播系統

世廣衛星系統是由世廣衛星集團投入巨資創建的、目前全世界唯一的爲全球提供數字音頻和多媒體衛星直播業務的衛星系統。

世廣衛星集團于1990年成立,總部在美國華盛頓,是一家提供數字音頻和多媒體廣播業務的新媒體跨國公司。

該衛星系統有3顆同步軌道衛星組成,分別稱爲「亞洲之星」、「非洲之星」和「美洲之星」,用于覆蓋亞洲、非洲、拉丁美洲以及歐洲的部分地區,覆蓋人口超過46億。其中「非洲之星」已于1998年10月發射成功並投入運行,亞洲之星于2000年3月21日發射成功並投入運行。亞洲之星北波束不但覆蓋了全部中國領土,還覆蓋蒙古、日本、俄羅斯、朝鮮、韓國、台灣、香港和澳門等國家和地區

在世廣系統支持下,人們可以通過輕便的便攜式接收機,直接接收由衛星傳送的音頻節目以及高速傳輸的圖像、文字、數據、軟件等多媒體數據。

?世廣衛星資源

世廣的衛星系統由三顆定位于赤道上空35000公裏的地球同步衛星構成。

非洲之星(AfriStar):定點在東經21度,覆蓋非洲、中東、海灣地區及近東部分地區。已于98年10月28日發射成功,並于99年10月投入商業運行。

亞洲之星(AsiaStar):定點在東經105度,覆蓋印度次大陸、中國、日本及印度尼西亞。已于2000年3月22日發射成功。

美洲之星(AmeriStar):定點在西經95度,覆蓋拉丁美洲和加勒比地區。計劃于2001年底發射。

每顆星有兩種轉發器:透明轉發器(3個)和處理轉發器(3個)。每個轉發器産生一個TDM載波,共六個TDM載波。

其中亞洲之星北波束覆蓋了全部中國領土。

世廣衛星功率高,波束強,每個波束可以傳送近一百套數字音頻節目或多媒體節目,覆蓋大約1400萬平方公裏的面積。

衛星系統下行使用L波段,廣播機構的上行線路使用X波段7025到7075兆赫頻段。世廣衛星系統通過加大星上有效載荷的技術含量等措施,努力降低接收機的技術要求,從而有效降低了接收機的制造成本。

?世廣星上處理

世廣的每顆星上有兩種通訊載荷。一是有處理功能的載荷,一是透明轉發載荷。每一載荷有三個下行TDM載波。

1、處理有效載荷

處理載荷接收來自處理饋送站的6個上行SCPC FDMA基本信道載波組,經變頻、基本信道載波區分、解調得到它們的基帶信號並與星上時鍾同步。根據廣播業務需要,基本信道比特由相應的TDM比特流合成器放置在各自的TDM幀的時隙中。TDM比特流經QPSK調制得到中頻,經上變頻、功率放大得到L波段下行載波。

2、透明有效載波

每個上行TDM載波由透明上行總站發至衛星。每顆衛星上有三個透明轉發器,將上行TDM載波下變頻爲1467-1492MHz頻段內的載波,不做任何星上處理或信道轉接工作。每個轉發器對接收到的TDM載波進行中頻變換、載波、變複爲L波段、高功率放大後,經天線發送得到下行波束。該下行TDM載波與處理轉發器的下行載波完全相同。

?世廣接收機及其原理

世廣衛星接收機與普通收音機外形相仿,可直接接收衛星廣播的數百個節目信道。不同之處在于其「可視性」――可以顯示節目頻道菜單。這些頻道中有保真率低的(相當于中波電台的音質)和保真率高的(相當于最好的CD播放機的音質)。菜單滾動顯示可以收到的所有節目。聽衆可以事先根據自己喜歡的語種和節目類型,自定義一個節目單。例如,一個喜歡收聽世界各地各種新聞的講英語的聽衆可以將接收機設定爲只顯示英語新聞節目。世廣接收機另一個特點是,可接收聲音、數據和圖像等多媒體數據,屬于便攜式多媒體接收機。 世廣接收機通過小巧、可分離式天線直接接收衛星的信號。世廣使用了專用的StarManTM集成電路芯片,使得接收機小巧、便宜,但是功能強大。

接收機以芯片STARMAN爲核心,附加必要的輸入、輸出器件。其天線內置,也可外接。有的型號除了接收衛星廣播,還可接收調頻、調幅廣播。此外,世廣接收機還有以下特點:

1、多波束接收;

2、按照語種和節目類型自動選擇接收;

3、信道預置;

4、內置加密技術用于收費業務或定向業務;

5、聲音可達到CD音質;

6、具有數據輸出接口;

7、提供完整的數據流及輔助業務。

接收機直接接收衛星下行TDM載波。TDM載波由連續的TDM幀組成,幀長138ms,以幀同步碼(MFP)開始。每幀還有一個時隙控制通道的(TSCC),內含接收機操作所需的各種信息以便爲一個廣播信道提取相關的基本信道以及識別波束與TDM載波。接收機可調諧在覆蓋區內任一個TDM載波上,然後進行解調、TDM幀同步捕捉與恢複TSSC。利用TSSC信息,識別波束、載波,提取基本信道並重新組合成爲接收機用戶所選擇的廣播信道。

每個廣播信道都含有一個業務控制頭(SCH),其中信息引導接收機從廣播信道中選擇所需的節目,將節目送至譯碼器,向接收機液晶顯示器發送字符信息及節目標記。

重新組合後的節目信道碼經過FEC

  中心人民廣播電台 洪萍      在互聯網時代,我們可以聽到來自世界各地的CD音質的廣播節目。然而,收聽網上節目有其非凡要求和不便之處,收聽成本也比較高。其實,人們的收聽要求是:隨時、隨地、便攜、便宜,並且收聽習慣不用改變。有沒有什麽手段可以滿足上述要求呢?         廣播技術發展到今天,滿足上述收聽要求的手段已經成熟並投入實際應用,這就是衛星直播廣播,而且它可以實現多媒體直播。         衛星直播廣播利用衛星實現廣播節目的大範圍覆蓋,聽衆可以使用與普通收音機相仿的接收機收聽節目。由于節目是以數字方式傳送的,音質可以達到CD級,受自然條件的負面影響很小。       一、衛星廣播的原理         衛星廣播系統由地球同步衛星、廣播上行站、數字接收機及地面控制運營網絡組成。廣播流程如下:       1、電台的信號上行可以通過傳統的「總站」方法來實現,即各電台將信號傳給一個中心站進行處理,然後再從這裏統一傳輸給衛星的透明轉發器部分。另一種方案是選擇采用更小、更方便的上行饋送站,通過星上處理轉發器將這些不同的信號轉換成單一的下行信號,再發送回地面。       2、衛星轉發器向地面發送數字廣播信號,實現覆蓋。無論使用「總站」還是「分站」上行方式,傳輸到用戶端的信號都是完全一樣的。       3、地面廣播接收機接收、播放節目。         就流程而言,衛星廣播與衛星電視基本相同。不同的是:衛星廣播接收機無需大型抛物形天線,只要用小型便攜式接收機就可以收聽廣播節目。接收機上帶有直徑爲10cm左右的圓形天線。         衛星廣播的特點是方向性不強,這一點與數字衛星電視廣播不同。在世界任何地區,如山區、公海、森林都可以很清楚地收聽節目,因爲直播衛星輻射功率大,覆蓋區域內EIRP值高,故其接收系統比一般通信衛星接收系統簡單、小巧、價廉。       二、衛星廣播的發展         廣播在20世紀20年代誕生後,經曆了調幅、調頻兩個發展階段,正快步進入數字化的第三個階段。首先登場的是歐洲國家于90年代中推出的DAB(digital audio broadcasting)系統,它成爲國際電信聯盟(ITU)認可的地面數字音頻廣播系統。近年來,世界上不少有實力的廣播機構紛紛以這一系統正式開播或試播數字音頻節目。中國廣播媒體動作十分迅速,1996年12月16日在廣東佛山廣播電視中心進行了DAB首次試播。         時至20世紀末,經國際電信聯盟認可的另一套數字音頻廣播系統已登場亮相。這就是世廣衛星集團(WorldSpace)推出的衛星數字音頻廣播系統。         衛星廣播到現在經曆了4個階段:         1、無壓縮的數字衛星廣播(DSR):世界上最早的數字聲廣播,用于直接固定接收,一個衛星轉發器可傳送16套CD質量的立體聲節目。傳送的節目通過頻率變換也可進入電纜網。但缺點是不能移動接收,沒有數據業務,沒有進行數據率壓縮,因此頻譜利用不經濟。         2、阿斯特拉衛星數字聲音廣播(ADR),與模擬電視節目一起,通過衛星傳送,用于直接接收,也可整個轉發器完全用于傳送聲音廣播節目。特點是,使用了數字壓縮技術,頻譜利用率高一個轉發器可傳送12套(與模擬電視一起傳送時)或48套(無電視節目時)達CD質量的立體聲節目,缺點是不適于移動接收。         3、數字音頻廣播(DAB)其特點是:抗衰落能力強,適合于固定便攜和移動接收,可利用地面、電纜和衛星進行覆蓋,聲音質量達CD水平,可工作于不同的波段(從VHF--L波段),可單頻網運行,節約頻譜。是多媒體廣播,既可傳送聲音節目,又有大量的數據率可用于數據業。         4、世廣衛星數字聲廣播(Worldspace),作用範圍大:三顆星可覆蓋整個南半球。波束多、信道多:每顆衛星有3個波束,每個波束可有96個基本信道。       三、世廣衛星廣播系統         世廣衛星系統是由世廣衛星集團投入巨資創建的、目前全世界唯一的爲全球提供數字音頻和多媒體衛星直播業務的衛星系統。         世廣衛星集團于1990年成立,總部在美國華盛頓,是一家提供數字音頻和多媒體廣播業務的新媒體跨國公司。         該衛星系統有3顆同步軌道衛星組成,分別稱爲「亞洲之星」、「非洲之星」和「美洲之星」,用于覆蓋亞洲、非洲、拉丁美洲以及歐洲的部分地區,覆蓋人口超過46億。其中「非洲之星」已于1998年10月發射成功並投入運行,亞洲之星于2000年3月21日發射成功並投入運行。亞洲之星北波束不但覆蓋了全部中國領土,還覆蓋蒙古、日本、俄羅斯、朝鮮、韓國、台灣、香港和澳門等國家和地區         在世廣系統支持下,人們可以通過輕便的便攜式接收機,直接接收由衛星傳送的音頻節目以及高速傳輸的圖像、文字、數據、軟件等多媒體數據。       ?世廣衛星資源         世廣的衛星系統由三顆定位于赤道上空35000公裏的地球同步衛星構成。         非洲之星(AfriStar):定點在東經21度,覆蓋非洲、中東、海灣地區及近東部分地區。已于98年10月28日發射成功,並于99年10月投入商業運行。         亞洲之星(AsiaStar):定點在東經105度,覆蓋印度次大陸、中國、日本及印度尼西亞。已于2000年3月22日發射成功。         美洲之星(AmeriStar):定點在西經95度,覆蓋拉丁美洲和加勒比地區。計劃于2001年底發射。         每顆星有兩種轉發器:透明轉發器(3個)和處理轉發器(3個)。每個轉發器産生一個TDM載波,共六個TDM載波。         其中亞洲之星北波束覆蓋了全部中國領土。         世廣衛星功率高,波束強,每個波束可以傳送近一百套數字音頻節目或多媒體節目,覆蓋大約1400萬平方公裏的面積。         衛星系統下行使用L波段,廣播機構的上行線路使用X波段7025到7075兆赫頻段。世廣衛星系統通過加大星上有效載荷的技術含量等措施,努力降低接收機的技術要求,從而有效降低了接收機的制造成本。       ?世廣星上處理        世廣的每顆星上有兩種通訊載荷。一是有處理功能的載荷,一是透明轉發載荷。每一載荷有三個下行TDM載波。       1、處理有效載荷         處理載荷接收來自處理饋送站的6個上行SCPC FDMA基本信道載波組,經變頻、基本信道載波區分、解調得到它們的基帶信號並與星上時鍾同步。根據廣播業務需要,基本信道比特由相應的TDM比特流合成器放置在各自的TDM幀的時隙中。TDM比特流經QPSK調制得到中頻,經上變頻、功率放大得到L波段下行載波。       2、透明有效載波         每個上行TDM載波由透明上行總站發至衛星。每顆衛星上有三個透明轉發器,將上行TDM載波下變頻爲1467-1492MHz頻段內的載波,不做任何星上處理或信道轉接工作。每個轉發器對接收到的TDM載波進行中頻變換、載波、變複爲L波段、高功率放大後,經天線發送得到下行波束。該下行TDM載波與處理轉發器的下行載波完全相同。       ?世廣接收機及其原理         世廣衛星接收機與普通收音機外形相仿,可直接接收衛星廣播的數百個節目信道。不同之處在于其「可視性」――可以顯示節目頻道菜單。這些頻道中有保真率低的(相當于中波電台的音質)和保真率高的(相當于最好的CD播放機的音質)。菜單滾動顯示可以收到的所有節目。聽衆可以事先根據自己喜歡的語種和節目類型,自定義一個節目單。例如,一個喜歡收聽世界各地各種新聞的講英語的聽衆可以將接收機設定爲只顯示英語新聞節目。世廣接收機另一個特點是,可接收聲音、數據和圖像等多媒體數據,屬于便攜式多媒體接收機。 世廣接收機通過小巧、可分離式天線直接接收衛星的信號。世廣使用了專用的StarManTM集成電路芯片,使得接收機小巧、便宜,但是功能強大。         接收機以芯片STARMAN爲核心,附加必要的輸入、輸出器件。其天線內置,也可外接。有的型號除了接收衛星廣播,還可接收調頻、調幅廣播。此外,世廣接收機還有以下特點:       1、多波束接收;       2、按照語種和節目類型自動選擇接收;       3、信道預置;       4、內置加密技術用于收費業務或定向業務;       5、聲音可達到CD音質;       6、具有數據輸出接口;       7、提供完整的數據流及輔助業務。         接收機直接接收衛星下行TDM載波。TDM載波由連續的TDM幀組成,幀長138ms,以幀同步碼(MFP)開始。每幀還有一個時隙控制通道的(TSCC),內含接收機操作所需的各種信息以便爲一個廣播信道提取相關的基本信道以及識別波束與TDM載波。接收機可調諧在覆蓋區內任一個TDM載波上,然後進行解調、TDM幀同步捕捉與恢複TSSC。利用TSSC信息,識別波束、載波,提取基本信道並重新組合成爲接收機用戶所選擇的廣播信道。         每個廣播信道都含有一個業務控制頭(SCH),其中信息引導接收機從廣播信道中選擇所需的節目,將節目送至譯碼器,向接收機液晶顯示器發送字符信息及節目標記。         重新組合後的節目信道碼經過FEC
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