数字卫星转播车系统设计

数字卫星转播车系统设计
顾卫东 崔永鑫 顾云
本文作者顾卫东先生，南京广播电视台总工办设备管理科科长；崔永鑫先生，总工办主任；顾云女士，副主任。

关键词：DSNG卫星链路 转播车 系统 设计
如今对新闻时效性要求越来越高，新闻报道向更快、更广、更活、更深、更近的方向发展。

为了满足新闻节目制作和2005年“十运会”报道的需要，南京广播电视台于2004年4月购置了一辆5讯道数字卫星新闻采集(DSNG)转播车，本文从DSNG系统设计、视音频系统设计、车体改装设计三方面作一介绍，供同行参考。

DSNG系统的设计
卫星传输链路采用Ku波段，信号压缩／传输采用MPEG-2/DVB-S国际标准。

设计容量为一路模拟复合或SDI串行数字分量视频、4路模拟或AES/EBU数字音频(4路单声道或2路立体声)及辅助数据链路。

该系统目前传送数字标清或模拟电视节目，将来通过编码器升级后可传输高清电视节目。

DSNG系统的组成
如附图所示，DSNG卫星系统上行链路由天线、高功率放大器、上变频器、编码调制器等组成；其中编码调制器2台互为备份，特殊情况下可以通过2路ASI 信号复用，同时传输2路电视信号；高功率放大器、上变频器关键点互为备份。

∶功率分配器、数字卫星解码器、频谱分析仪等组成。

下行链路由LNB、14
方案设计中，DSNG天线系统选用美国VertexRSI 1.8m SMK-LT Ku频段车载式碳纤维天线及RCI公司RC3000天线控制器，二者配合使用，实现天线自动展开、收藏、精确寻星功能，预设置18组卫星参数；高功放设备选用美国CPI公司VZU6994AC低相位噪声型行波管高功放，保护倒换开关选用CPI公司
NUB1100，在高功放发生故障时，自动将故障功放切换到假负载上，使用备份功放；上变频器选用VertexRSI UCB13-004-2，在本振故障的情况下可自动切断射频输出，具有电平控制功能；编码调制器选用Tandberg公司的E5714，支持统计复用和BISS加密功能，码率在1.5～50Mb/s可调，内置QPSK中频输出调制器，输出频率70MHz，满足系统设计要求；IRD综合接收解码器选用Tandberg公司TT1260 QPSK数字电视解码器，支持码率1.5～50Mb/s，支持BISS解密功能。

另外，还配有TML公司Ku频段13050测试转发器、Agilent公司E4411B频谱分析仪，可以对卫星链路进行检测。

DSNG系统卫星链路分析和计算
(1)卫星转发器租用带宽计算
数字视音频信号经MPEG-2编码器编码后，传输码流送到DVB调制器进行一系列加扰和调制变成70MHz卫星中频信号。

为了确保视音频传输质量，DVB 编码、调制器的参数设置为：一路视频信号8.000Mb/s；2路立体声0.512Mb/s；低速数据0.064Mb/s，数据开销5%；FEC前向纠错3/4；R.S.编码204/188；调制方式QPSK；滚降系数0.35。

根据这些数据进行计算：
总数据率为(8.000+0.512+0.064)×1.05=9.00Mb/s
传输速率为9.00×(204/188)×(4/3)=13.02Mb/s
QPSK调制器信号的符号率为13.02Mb/s×(1/2)bit=6.51Mbaud/s
采用35%的滚降平方根奈奎斯特滤波，信号中频带宽为：6.51×1.35= 8.789MHz
实际租用带宽BT=9MHz
(2)亚太2R Ku波段卫星转发器及地面站参数
卫星位置Qs=76.5ºE；工作在Ku波段；转发器带宽BTS=54MHz；等效全向辐射功率EIRPS=54.7dBW；饱和功率通量密度SFD=-88.27dBW/m2；品质因素GS/T=7.61dB/Kº；转发器输入补偿IPBi=10dB，输出补偿IPBo=4dB。

地面站位置(南京)：Qr=118.78ºE，W=32.04ºN；DSNG发射天线直径D T=1.8m；DSNG天线发射增益G T=46.51dB@F1=14.25GHz；电视台接收天线直径D R=2.4m，效率N1=0.6，增益G R=47.72dB@F2=12.5GHz；品质因素G R/T=26.5dB/Kº
(3)DSNG系统卫星链路计算
天线仰角EL=arctg{[cosW·cos(Qr-Qs)-0.1512695]/sinarccos[cosW·cos(Qr-Qs)]} =31.42?天线方位角AZ=arctg[tg(Qr-Qs)/sinW]=59.74鸈
天线离卫星距离D=42164.6·[1.023 -0.302cosW·cos(Qr-Qs)]/2=38496km
上行链路损耗LU=92.45+20LgD+ 20LgF1=207.3dB(F1=14.25GHz)
下行链路传播损耗LD=92.45+ 20LgD+20LgF2=206.1dB(F2=12.5GHz)
考虑转发器输入回退IPBi=10dB时，计算实际租用带宽为9MHz情况下，卫星转发器推至饱和时，DSNG卫星站上行天线发射端口所需功率为：
EIRPT=SFD-10LgBTS/BT-IPBi+ 10Lg4ΠD2=-106.05+162.7=56.65dBW
考虑DSNG发射天线，馈线系统损耗1dB，计算高功放所需最大输出功率为：
P T=EIRPT-G T+馈线系统损耗= 56.65-46.51+1=11.14dBW
采用400W高功放，高功放行波管法兰口饱和输出功率340W= 25.31dBW。

为避免非线性，应回退3dB，计算雨衰储备裕量=25.31-3-11.14=11.17(dB)，上行链路可用度高达99.97%。

上行链路的(C/T)U=EIRPT+G S/T-L U=-143.04dBW/Kº
下行链路的(C/T)D=EIRPS-10LgBTS/BT-IPBo+G R/T-L D=-136.68dBW/Kº
(C/T)sys=-149.94dBW/Kº
E b/N o=(C/T)sys-(-228.6)-10×Log总信息率=-149.94-(-228.6)-10×Log(8576000) =9.323dB
根据以上链路计算，证明本系统配置可以满足各种条件下高质量视音频传输的要求。

视频系统设计
系统设计为5个讯道，其中2个讯道为有线摄像机LDK-300，2个讯道为无线摄像机LDK-300，一个讯道为车顶遥控摄像机Canon NU-700。

系统主通道为Kayak-DD-1数字制作切换台，应急播出通道为TTN-BDS-1602数字视频切换矩阵。

考虑卫星车空间有限，设计中选用了Miranda Kaleido-Alto-AD多画面分割器和42"大屏幕等离子显示器替代传统的监视器，Kaleido-Alto-AD可显示10路信号，通过应急切换矩阵监测通道，可以根据实际需要，调度所需显示的其他信号。

系统中4台有线、无线讯道摄像机选用的是Thomson公司的产品，特别值得一提的是，其CCU高度仅2RU高，同时具有6路SDI输出、5路模拟输出，既可节省空间占用，还省去了视分等周边设备。

可选的三同轴、无线摄像机适配器支持有线、无线传输方式。

摄像机无线系统采用小波压缩方式，调制采用DVB-T COFDM传输技术，图像传输延时小，抗干扰、抗路径能力强，通过移动式天线管理单元级联方式，传输距离更长。

这些特点特别适合新闻采集。

视频切换台是整个视频系统的核心设备，选用的是Thomson公司的产品，它具有紧凑的控制面板，主机只有2U高，特别适合在车体比较小的新闻采集车上安装，强大的功能满足直播、异地联播的需要。

模拟/数字视频分配器、数字分配监视器、A/D和D/A编解码器、帧同步等周边设备统一选用Thomson 8900TF-V系列产品，其为双电源，同一机箱内支持各种板卡混插，模块化设计，支持热插拔，结构紧凑，占用空间小。

数字录像机按照本台新闻中心现有录制格式，选用了松下DVCPRO50 AJ-D955。

音频系统设计
调音台是整个音频系统的核心，本DSNG转播车音频系统采用了Sony MX-P61型模拟调音台。

由于调音台输入路数有限，设计中就利用音频跳线板来扩充调音台的输入路数，需要时可通过音频跳线连接。

调音台输出PGM信号分别送给DSNG系统的视音频编码器、2台录像机CH1-CH4、A/V盒、通话系统，AUX输出送给电话耦合器。

车内配有4通道无线话筒，配合摄像机采访使用。

音频系统设计充分考虑到新闻采访实时、快捷的需要，例如通过有线、无线摄像机的CCU音频输出信号，可方便地把现场采访的声音信号传回到调音台，便于新闻现场直播；可以通过车外接口板输入，便于接入话筒、现场解说，还可以拾取现场同期声信号；通过A/V综合电缆，方便地把一级调音台的信号送到转播车的同时，也可以把转播车上的音源信号送到现场。

其它系统设计
通话系统设计
采用美国Clear-Com公司的Party-Line系统。

选用一台MS-440 4通道通话主站供导演使用；选用一台IF4-B4进行2线-4线转换，实现2线通话系统与4台转播车摄像机的连接；选用WBS-670单通道无线通话系统实现与现场人员的通信。

4个通道的分配分别是：摄像、A V、无线、预留转播车级联。

导演通过MS-440通话主站，可与4个小组人员分别或同时通话，确保导演对所有岗位都有绝对的调度权。

Tally系统设计
数字切换台通过TCU-100S Tally控制器，控制摄像机和多画面分割器的信源Tally灯指示。

新闻车预留Tally控制器的输入/输出接口，满足两车级联需要。

转播车车体选择
经反复比较，选用了德国奔驰公司V ARIO 815D厢式车。

车体自重3910kg，允许载重3580kg，满足DSNG和A V设备、工作人员整体承载要求。

整车尺寸7210mm×2180mm×2850mm；内部尺寸4930mm×1900mm×1930mm，车体大小适中，行驶灵活。

转播车主要特点
南京台DSNG转播车的特点主要体现在：系统功能强，布局紧凑，既可配合大型转播车用于卫星传输，又可单独作为转播车参与节目制作；配有2个有线讯道、2个无线讯道和一个车顶全天候遥控摄像机，使用灵活，与DSNG配合，能满足各种突发新闻的现场采集和直播任务；无线摄像机在视/音频(不含返送视频)、通话、Tally等传输方面实现与车内CCU无缝连接，确保系统最大限度满足节目制作、现场直播的需要；车内配有现场EFP航空箱、便携式调音台，便于节目制作；车外接口板上留有充分的视/音频、同步、通讯、通话、网络、Tally控制等信号接口，可满足今后系统扩展和两车级联需要。

该卫星转播车投入使用后，经历了“世界名城博览会”等多次大型现场直播的
考验，实践证明系统设计合理。

（全文完）
来源：《世界广播电视》
出版日期：2005年6月。