厦门大学 硕士学位论文 “动中通”移动卫星电视直播系统的设计与应用 姓名：尹仲祺 申请学位级别：硕士 专业：无线电物理 指导教师：肖明波

应用予广播电视领域的卫星传输技术近年来彳导到了长足发展，相应地如现 了众多卫星直播车，但其中的大多数功能简单，设计雷同，无法充分满足曰益 复杂的电视直播的需要。本项研究工作分析了现有卫星巍播技术的现状，提出

在现有静止状态卫星传输技术的基础上，设计实施一套具有在高速运动中实现 电视信号卫星传输的直播系统。我们提出了厦门电视台动中通移动卫星电视直

播系统的设计方案，文中阐述了动中通的关键技术，对卫星传输链路进行了详

细鲍计算，为系统设计提供了理论依据，并通过对计算结果的分析确定了卫星

传输设备的选型；同时对车体改造及视音频系统方案也做了介绍。最后，以该 系统在２００８年的厦门国际马拉松直播中的应用实例验证了动中通技术的先进 性。通过１年多的实际运行及多次重大电视直播活动的使用情况表明，该系统 技术先进、稳定可靠，不仅实现了既定蛉功能，还提供了一个移动电视直播的 完整解决方案。文章最后也指出了研制中的不足和今后研究的方向。

现场直播；动中逶；数字微波

ｈｌ ｔｈｅ ｌａｓｔ ｆｅｗ ｙｅａｒｓ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ，ｍａｎｙ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｌｉｖｅ ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ ｖｅｈｉｃｌｅｓ

ｃｏｍｍｉｓｓｉｏｎ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｍｏｓｔ

ｏｆ ｔｈｃｒｎ ｏｎｌｙ ｈａｖｅ ｓｉｍｐｌｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅ

ｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｙ

ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ

ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ

ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ ｌｉｖｅ

ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ．Ｉｎ

ｐｒｏｊｅｃｔ，ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ

ｔｈｅ ｓｔａｔｕｓ ｑｕｏ ｏｆ ｔｈｅ

ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｌｉｖｅ

ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ

ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ

ｓｙＳｔｅｍ ｔｈａｔ Ｃａｎ ａｃｃｏｍｐｌｉｓｈ

ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ

ｈｉｇｎ―ｓｐｅｅｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ

ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｇｅｏｓｔａｔｉｏｎａｒｙ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ

ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｅ

ｔｈｅ ｔｈｅｓｉｓ，

ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｍｏｂｉｌｅ ｌｉｖｅ ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ

ｗｅ ｄｉｓｃｕｓｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｂｉｌｅ ｏｆ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ

ｓａｔｅｌｌｉｔｅ，ａｎｄ

ａｌｓｏ ｆｉｇｕｒｅ ｏｕｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐｒｏｊｅｅｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ

ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ．Ｗｅ

ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ

ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ

ｓｅｌｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｉｎｔｒｏｄｕｔｅｄ ｔｈｅ

ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ ａｎＭｙｚｉｎｇ

ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｗｅ ａｌｓｏ

ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ

ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ ａｎｄ ａｕｄｉｏ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ

ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄ ｂｙ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ２００８ ＸｉａＭｅｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒａｔｈｏｎ．Ｔｈｉｓ

ｔｕｒｎｓ ｏｕｔ ｔｏ ｂｅ

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ，ｆｒｏｍ

ｏｆ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ

ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ．Ｉｔ

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ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ

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ｍｏｂｉｌｅ ｌｉｖｅ

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ｏｕｔ ｔｈｅ ｐａｒｔｓ

ｔｈａｔ ｎｅｅｄ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ ａｓ

ｆｕｔｕｒｅ ｗｏｒｋ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌｉｖｅ ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ；Ｍｏｂｉｌｅ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ．

Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｄｉｇｉｔａｌ

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年解密后适用本授权书。

（请在以上相应括号内打“√，，）

随着电视在社会生活中的普及，电视新闻已成为人们了解国内外大事的重要途径

之一。进入新世纪以来，电视媒体之间的竞争日益加剧：中央台和地方台在竞争，省

台和市台也在竞争，为了提高节目收视率，就必须改变过去单调的节目形式，走节目

创新之路，与国际接轨。面对互联网媒体的崛起，必须提高电视新闻节目的快速反应

能力，增加电视新闻量，改变新闻节目的直播形式。随着数字技术、卫星新闻采集技

术的大量应用，电视直播技术越来越成熟，现场直播作为报道新闻事件的最快捷高效

的电视手段，已经成为各大电视台扩大影响，提高节目竞争力的重要报道形式。唯有 提高新闻事件的快速反应能力和现场制作手段，才能在激烈的媒体竞争中占有一席之

地【ｌ】。鉴于这种情况，为了增强在复杂条件下的信号传输能力，同时也为了提高一年

一度的厦门国际马拉松赛电视直播的效果，厦门电视台决定建设一套移动卫星电视直

播系统，利用地球同步卫星来实现新闻及其它现场电视信号的移动传输

１．１我国电视新闻现场直播技术概况

众所周知，新闻是“易碎品＂，新闻媒体尤其是电子媒体对于时效性的要求越来
越高，随着现在传播技术的日新月异，新闻的定义也在发生着改变，过去我们称新闻是 “对新近发生的事实的报道＂。以现在的电子传播技术，对正在发生的事实进行报道早 已经不是难事。而我们对消息在时效方面的表述也从过去的“近日＂、“昨日刀、“今日＂．

变成“刚刚”或者是“现在＂，让正在发生的新闻事实直接呈现在受众面前，去除了传

播者对新闻事件的二次加工和过滤，让事件原生态地展现在观众面前，受众与传播者可

以平等地同时了解、感受新闻事件的发展、变化，并对新闻事件作出更加真实、客观的 评价，从而实现了受众与新闻事实的零距离接触。这就是电视现场直播的魅力。当观众 观看电视屏幕上出现“直播＂字样时，表明此时看到的是该台记者发自新闻事件相关地

点的现场报道，此时此刻的吸引力是无与伦比的。虽然目前我国对现场直播的内容是严 格控制的，但如果电视台从维护社会稳定的大局出发，严格把握口径，掌握尺度，在遵 守宣传纪律的基础上充分报道，还是能够取得良好的宣传效果和社会效果［２】。近几年

“动中通”移动卫星电视直攒系统的设计与应用

来，我国的电视新闻现场报道方兴未艾，如何让现场电视信号实时且高质量地传输到电 视台是确保新闻效果的重要课题，目前应用最广泛的信号传输手段是传统的ＥＮＧ形式： 所谓ＥＮＧ指的是电予新闻采集。在电视新闻现场直播报道中，利用ＥＮＧ设备或 ＥＮＧ电视转播车采集现场的视音频信号，通过微波或光纤传输到电视台新闻演播室直 接播出。ＥＮＧ有几种主要形式：

一般是采用点对点便携式微波进行传送，收发点之闻不能有障碍物阻挡，受客观 地形条件的限制比较大。这种传输手段需要的设备少，机动灵活。但是在大中城市里， 直播现场同电视台之间往往受地形或建筑物阻挡，必须进行微波中继接力，这就会带来 一些相关的供电、场所的问题；同时，城市中高大建筑物所带来的多径损耗和中继损耗

２、组建微波城域嬲 这种技术的核心是采雳先进的ＯＦＤＭ微波，利用其一定的绕射能力，在城市里选 取多幢高楼，使其能够覆盖大部分城区的微波信号，褥用将光纡将每幢高楼的接收信号 传送到广电中心。这种方法的效果比较理想，缺点是投入大，且必须随着城市建设不断

在卫星传输技术没有大量应用之前，电视新闻现场直播报道大多采用ＥＮＧ的形式， 这种直播方式对技术的要求较高，技术入员需要做好多方面的技术保障工作：通讯联络、 现场信号的采集、传输、接收和播出。而且由于新闻枣件发生的时间、地点一般都难以 确定，某些现场可能运离城市中心，这时以多点微波中继或光纤为传输手段的ＥＮＧ就 无用武之地，丽利用卫星新闻采集系统就不会受这方面的限制。

１．２．１数字卫星额闻采集系统（ＤＳＮＧ） 近年来，卫星通信得到迅猛发展，它具有传输距离远，覆盖面广，信号质量好，信 息容量大，对地理环境要求低的特点。相应地，ＤＳＮＧ技术在电视传输领域得到了大力

发展。ＤＳＮＧ是Ｄｉｇｉｔａｌ
ＳａｔｅｌｌｉｔｅＮｅｗｓ

Ｇａｔｈｅｒｉｎｇ四个英文单词的缩写，意为：数字卫

星新闻采集。即技术人员在壹播现场将采编好的视音频信号通过卫星上行设备传送到地 球同步卫星的过程。装载全套ＤＳＮＧ设备的专用车，珂称力卫星新闻车，车顶装有抛物

面天线，可调整方向对准同步轨道上的同步通信卫星。它作为一个移动式发射站，可随时 将所在现场的信号通过卫星传到电视台，信号既可以直接播出也可以进入演播室进行 二级切换后播出。这一手段给电视新闻带来的最大变化是现场即时实况报道，让观众同 步目睹新闻的发生，展现新闻事件的过程，给观众最真实的感受。

因而ＤＳＮＧ成为现场直播重要的技术支持手段，

尤其是实现了与事件相关的多点

直播。它使电视新闻时效产生质的提高，实现了受众与新闻事件的零距离接触。卫星新

闻车的装备包括摄像、编辑、传输设备，工作效率很高，只需接通线路，调整天线，就

能直接与卫星接通，实现即时播出，机动性非常强。因此，迫于新闻竞争残酷的压力， 很多发达国家和地区的电视台对于ＤＳＮＧ的运用十分普遍，尤其对于新闻播出来说，更 是不可缺少的利器。ＤＳＮＧ数字卫星新闻采访车除了配备数字摄录编辑设备外，还主要 配备卫星上行、通讯、发电等设备，具有很高的科技含量。

随着电子技术的不断发展，广电专业设备在保持广播级的视音频指标的同时， 也向小型化、轻量化发展，这为ＤＳＮＧ设备的普及提供了条件，在国内，已经有不少 中大型电视台配备了ＤＳＮＧ设备。

一、ＤＳＮＧ系统的基本组成

从广义上讲，ＤＳＮＧ是一个完整的系统，它的构成与一般卫星通信系统基本相
同，主要分为空间和地面两个部分。空间部分包括卫星空间站和它的地面控制设施， 一般由某个卫星公司运行。ＤＳＮＧ系统的卫星是地球同步轨道通信卫星，卫星的地面 控制设施对卫星提供轨道参数测控、姿态调整、转发器状态调整和寿命预测等技术支 持。卫星的寿命在十年以上、最先进的通讯卫星寿命可达１５年以上。地面部分主要 由卫星上行站构成，即我们一般所称的“ＤＳＮＧ”。卫星上行系统包括抛物面卫星天线、 高功率放大器、上变频器、编码器、高频头、解码器以及备份倒换设备和技术监测设

备等。一个ＤＳＮＧ系统的信号处理和传送流程如图１．１所示。下面对该流程作简单说

明： １、编码调制器 新闻现场的视音频信号送至编码器，由编码器对视音频信号进行ＭＰＥＧ．２压缩 编码， 通常ＤＶＢ．Ｓ／ＭＰＥＧ．２编码器有两种方式：４：２：２

ｐｒｏｆｉｌｅ和４：２：０

Ｐｒｏｆｉｌｅ。一般来说，信号回传电视台后经解码直接播出的用４：２：０ ｍａｉｎ Ｐｒｏｆｉｌｅ就可以

“动孛逶”移动卫星电视直播系统的设计与应用

满足要求了。４：２：２

ｐｒｏｆｉｌｅ比４：２：０

Ｐｒｏｆｉｌｅ大概要多１５％的码率需求，但色

度信息量大，可以提供更好的灏质，如果还有后期编辑需要则要考虑。大多数雳户主 流的配置都是采用同时支持ＭＰＥＧ－２

ＭＰ＠ＭＬ及４：２：２Ｐ＠ＭＬ的编码器，音频

编码支持ＭＰＥＧ－２的第一层和第二层编码，压缩玛率１．５Ｍｂｉｔ／ｓ到５０Ｍｂｉｔ／ｓ可调。编 码器将信号进行ＭＰＥＧ．２压缩编码后输出至ＱＰＳＫ调制器，信号在ＱＰＳＫ调制器中进 行一系列扰码和调制菇，输出７０ＭＨｚ或１４０ＭＨｚ中频信号。

编码调铡器输出的７０ＭＨｚ或１４０ＭＨｚ孛频信号送入上交频单元进行频率变换， 输出Ｃ或Ｋｕ波段的射频信号。

上变频器输出的射频信号在高功放中进行功率放大，根据实际情况输出几十瓦至

数百瓦功率的信号输国给卫星发射天线。 ４、天线

Ｋｕ波段卫星数字广播上彳亍系统所使用的上行天线波束半功率角度很窄，对天线 的机械精度和跟踪精度提出了更高的要求。对单波段而言，天线系统宜选择材质为碳

纤维，尤其ＤＳＮＧ车载站的应用存在着全天候王作的要求及运输过程中经常颠簸的

?特点，一般的铝合金天线都易变形，造成旁瓣特性下降，而碳纤维则能更好的长期保 证其性能。碳纤维天线整体强度强，质量轻，反射面制作精度高，具有低的旁瓣辐射 和高的ＥＩＲＰ值，并能在高风速时保持优良的操作特性。

卫星转发器接收到地面ＤＳＮＧ系统上行的信号后经处理放大厝将信号通过星载

天线向地球的特定区域发射。～般来说，绝大部分的转发器都是“透明＂的。
电视台的卫星接收天线接收到由卫星转发器转发的信号后，输出至卫星接收机，

接收机对信号进行解调输出视音频信号，可用于新闻直播或进行更深入的编辑处理。

图卜１ ＤＳＮＧ系统信号流程图

“动孛逶”移动卫星电视直播系统豹设计与应用

ｌ、以ＤＳＮＧ的表现形式来分，可分隽飞行籀和车载两种，所谓飞行籍指的是符 合广电专业设备标准宽度（１９英寸）的便携箱，它具有轻便，易拆装、便于运输的特 点，专业设备可以透过标准的枧架螺丝方便地固定在飞行箱内。整套的设备往往由足 个飞行箱组成，到了目的地后，只需进行简单的箱体间的接口就可以组成一套完整系 统。车载则是将所有设备装在改装蜃鲶小型汽车上。 ２、以ＤＳＮＧ的频段来分，可分为使用Ｃ波段和Ｋｕ波段两类。Ｃ波段的工作频 段为４ＧＨｚ～８ＧＨｚ，带宽为５００ＭＨｚ。Ｃ波段雨衰小，但是有部分频率与地面微波中 继线路所分配的频率相重叠（４ＧＨｚ～６ＧＨｚ）。Ｋｕ波段的工作频率是１２ＧＨｚ，－．１８ＧＨｚ， 带宽为８００ＭＨｚ。Ｋｕ波段的频率较高、波长短，受地面无线电干扰夺，在效率和增 益相同的情况下，Ｋｕ波段天线口径较Ｃ波段小。正因为Ｋｕ波段系统设备体积较小， 特别是天线圈径较小，安装车体可以选择小型、轻便型的车辆，以满足、机动灵活的 要求，特别适合ＤＳＮＧ，同时购置成本低。但因Ｋｕ波段波长短，雨衰对它的影响大，

为补偿雨衰的影响需簧较大的功率余量。 三、ＤＳＮＧ系统的技术特点

与传统的ＥＮＧ设备相毙，ＤＳＮＧ系统在技术上有了本质的提态，具体表现在：

１、大大提高了视音频信号的传输质量

－传统嚣微波或光纤的传输方式，在长距离传输时往往要用到中继接力，丽每个中

继环节都必须解出视音频信号送往下一级发射机调制后进行下一级传输，往往会造成 信号劣化。谣通过卫登传输的方式，由予转发器是“透明’’的，所以信号损失基本可

以忽略不计，同时，也很容易实现高清信号的传输。 ２、较强的抗干扰健 通过卫星传输，不会受到地面微波频段的干扰，众所周知，地顽无线电的情况是 非常复杂的，包括许多违规使用的情况，而卫星频段目前来看还比较干净，基本上是

３、传输环境要求低 便携式微波要求发射接收之间的距离一般在几十公里之内，而且中间不能有障碍 物遮挡；而光纤虽然可以实现长距离传输，但这种方式首先要求传输地附近有光纤节

点，同时要协调光路上的各个环节，必须做到每个环节的配合良好才能保证传输。而

卫星传输只要求天线能“看到＂卫星即可，一般来说，看到天空总是比较容易的，即 使在大城市里高楼林立的情况下，一般也能找到一个合适的地方。

１．３．１需求的提出 随着电视转播水平的提高，单一、小范围、固定场景的画面已经很容易地实现了 采集、传输。但对于大型活动，例如花车游行、大型体育比赛，特别是多场景、长距 离、大场面、移动的竞赛项目（如马拉松、公路竞走、公路自行车、铁人三项、高尔 夫、赛艇、汽车拉力赛等），由于受到现场环境和转播设备数量的限制，凭借常规设 备和现有技术是难以完成现场转播任务的，技术的关键在于如何让转播设备具有在高
速运动中的信号采集和传输的能力。 １．３．２移动直播技术的现状

１、美国ＮＢＣ电视台的移动卫星转播车

美国ＮＢＣ电视台在２００４年的伊拉克战争中曾经使用了移动卫星转播车（ＬＭＳＶ，
Ｌａｎｄ Ｍｏｂｉｌｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ

Ｖｅｈｉｃｌｅ），可以在最高时速１００公里的高速移动状态下通过卫星

进行ＭＰＥＧ．２视频信号的传送。图１．２为移动卫星转播车的侧视图。

图卜２移动卫星转播车（ＬＭＳＶ）侧视图

“动中通”移动卫星电视壹搔系统的设计与应雳

该移动卫星转播车的电子系统由以下４部分组成：ＣＯＦＤＭ微波传送系统、天线

及叁动跟踪系统、基带系统、ＩＦｆＲＦ中频尉频系统。

ｌ、ＣＯＦＤＭ微波传送系统 此系统包括ＣＯＦＤＭ发射机和接收机。ＣＯＦＤＭ发射机安装在前方的Ｍ。８８坦克 上，将坐在坦克上的摄像师拍摄到的视频信号和记者报道时的音频信号发射出去。 ＣＯＦＤＭ使焉２ＧＨｚ的发射频率。接收机安装在ＬＭＶＳ移动卫星转播车上，接收扶毽 克上传来的信号，并可解调输出为数字或模拟视音频信号，随后送入ＭＰＥＧ。２编码调 制器进行编码调制，ＭＰＥＧ－２编码调制器采焉ＤＶＢ．Ｓ标准，ＱＰＳＫ调制方式。
２、天线及自动跟踪系统

卫星天线采用直径ｌ。２米ＫＵ频段的天线，应震速率感应、伺服驱动稳定技术， 这种技术普遍应用于军事及商用船只等移动载体上的通信。同时采用相控阵式（３ＰＳ 电子罗盘，包括两个距离固定豹ＧＰＳ天线，透过速度、时间和距离等参数，在时速 １０．５０英里的状态下计算出非常精确的汽车所在位置。同时车上还配置两个陀螺仪（一 个是电子的，一个是机械麴）雳戮提高天线的指惑精度。另外，天线的馈源系统采用 的是一种特殊的圆锥扫描馈源，在工作时是旋转状态。这种旋转馈源驱动天线对准卫

星信号的中心波束，提供类似步迸跟踪的方式进行卫星跟踪。

基带系统与中频／射频系统使用的都是广电领域的通用设备，这里不再一一介绍。 该系统被用于伊拉克战争的薪闻现场直播，传送的信号带宽经过大幅压缩，实际蘧面 质量只有家用ＶＨＳ录像带的水平，但这却是在极为恶劣的使用环境中的一次非常成

１．３．３国产移动卫星车系统 国产移动卫星车的首次尝试应该是２００２年在北京举行的中日友好马拉松接力比 赛的现场直播，当时的卫星车系统实际上是一套卫星宽带多媒体通讯系统，这是国内 第一次使用移动卫星通讯车进彳亍体育赛事的现场直播。在袁播过程审，马拉松转播车 通过微波将比赛的视频信号传到卫星车，卫星车在移动状态下将解调下来的视音频信 号进行数字压缩编码焉，经上交频、功率放大后送往天线进行信号传送。 该系统的关键技术在于它利用陀螺仪、转台、相应的控制系统和计算机调整天线 的方向，使天线在动中通车移动过程中始终指向所对的卫星，从而实现移动巾的信号

传送，在实际使用中图像质量主观评价为３级。 北京的这次尝试铁技术上证明了在广电领域中使用移动逶讯技术的可行性。僵这 次传输的信号质量并不高，这个系统还不能满足广播级视音频信号的采集传送的质量

以上这两种直播系统均是利用移动卫星通讯技术进行电视直播。在认真研究了这 两耱查播系统后我们发现，无论是美国较为成熟麴ＬＭＳＶ还是在匿内还处予实验性 质使用的移动直播系统，它们在结构上有一些相同的特点值得我们在设计工作中借 鉴：一、它们都是使用微波技术将采集到的视音频信号传送到卫星举上，这是因为在 移动状态下进行短距离的无线信号传送，微波是最适合的传输方式；二、它们都是使 用小型车作为卫星通信系统的载体；三、它们与传统ＤＳＮＧ最大盼不阂在于它镪具备 在移动状态下通过卫星进行信号传输的能力。 麸上述这几种具有代表性的卫星直播系统的会绍，我们可以对电视直播技术下一 步的发展方向作一番大胆的预测，未来的电视直播系统将实现机动灵活性与安全可靠

性的完美结合；未来的电视直播需要的是把移动卫星通信技术与广播电视技术有机的 结合起来，建立一种能够在移动状态下不间断的采集和传输广播级视音频信号的直播 系统，这也就是我们此次设计的方向。
论文全文共分为七章。 第一章分析了我国电视新闻现场报导技术以及ＤＳＮＧ技术的现状，并举例介绍了 国内外移动直播技术应用的情况。

第二章对介绍了动中通系统的设计目标和总体思路，分柝了系统中的关键技术，

并对总体构成及各部分功能进行了介绍

第三章对卫星传输链路上的各项参数作了详细的计算，依据计算结果得墩系统所

需配置，同时对上星系统的设计进行了详细介绍

第四章详细贪绍了新闻采集和信号传输两个予系统的具体设计实施方案。

第五章介绍了车体的设计及改造的方案。

第六章分缨了动中通系统在２００８年厦门国际马拉松电视直播的应用以及为此所 做的一些完善。

“动孛逶”移动卫星电视直播系统的设诗与应用

第七章对本系统进行了总结，评价了动中通系统的实际使用情况，提出了研制中 的不足和今慧研究的方向。 本系统的激光捷联惯导技术为军用保密技术，已经尽可能地做了非密化处理，但 由予技术保密性要求，有一些技术细节仍不便在论文中给豳。

２．１设计目标及总体思路

２。｛。ｌ设计目标 １、设计目标： 在静止或高速移动状态下将采集酶广播级电视信号逶过卫星转发器传输到世赛
各地。 ２、设计要求：

ｌ、电视信号传输质量应符合国家广电总局相关技术标准，电视图像／声音主观评

２、ＤＳＮＧ设备构成遵循符合国际电联（１１ｒＵ．Ｒ）ＳＮＧ统一技术标准和建议，符 合ＧＢｆｒｌ２５０３．１９９５《电视车通用技术条件》的有关规定。

３、卫星天线系统廒取得国际通讯卫星组织和泛美、亚洲、亚太等卫星通信公司 的入网资格。

４、系统具备同时传输２路电视信号的能力，能够方便的由ＳＣＰＣ方式转换为

ＭＣＰＣ方式进行信号的传输，以满足大型直播活动的需要。

５、信源编码采用ＭＰＥＧ－－２标准，信道编码和调制传输按照欧洲的ＤＶＢ―Ｓ标

准。系统设计的总体要求是卫星传输采用Ｋｕ波段，信号压缩，传输采用 ＭＰＥＧ．２／ＤＶＢ．Ｓ国际标准。容量为ｌ路视频、４路音频及辅助数据链路。视频信号可

为６２５／５２５行ＰＡＬ／ＮＴＳＣ制式模拟复合信号或ＳＤＩ串行数字分量信号。音频信号可为

模拟平衡输入信号或嵌入ＳＤＩ信号中传输的数字音频信号。

６、信号压缩采用豳际标准ＭＰＥＧ．２ ４：２：０、４：２：２，信号编码及调制采用ＤＶＢ．Ｓ

标准，前向纠错码ＦＥＣ为３／４，ＲＳ纠错编码为（１８８，２０４）。 ２．１．２总体思路

在设计目标的指导下，结合我台现有的８００ＭＨＺ ＯＦＤＭ移动微波系统，克服传 统卫星车只具备简单的采集、传输功能的缺点，使用两部车互相配合，分工明确，实

“动孛通”移动卫星电视直播系统的设计与应用

现信号采集、传输专业化，满足中小规模活动现场直播的要求。用于传输的卫星车配 备移动上星传输系统，同时配备简单翰视音频系统，信号采集车配备小型特技切换台 等设备构成完整的视音频采编系统，信号采集车通过８００Ｍｈｚ ＯＦＤＭ数字移动微波将 信号送往卫星车，实现距离６公里左右的第一级信号传输，再由卫星车切换爝实现最 终信号上星。这样，在保证机动灵活的同时又使系统具备了小型转播车的功能，能够 完成新闻、体育、娱乐等多种形态节髫的直播和制作。

２．２系统中的关键技术

在“动中通＂移动卫星电视直播系统中，视音频采编技术基本与其他电视转播车 无异，关键技术在于高速运动中的卫星传输技术。采用窄带传输语音、低分辨率视频 的移动卫星传输实验在国内已有实用技术，僵作为可靠的成熟产品在国内乃至亚洲的 专业广电领域中尚未有实际案例。因此，系统的关键技术在于如何实现电视信号的“动

实现“动中通”要解决的核心问题有两个，一是克服车体在运动过程中，对天线 产生的摇摆、冲击、颠簸等全频带的干扰，使天线在车体运动中快速准确的对准卫星， 二是在天线对准卫星后的移动通信问题，包括如何克服或减ｄ＇Ｅｈ于多径效应、多普勒效 应和阴影效应对通信系统的影响，使通信效率最高。解决这两个问题的核心在于天线的

２．２．１天线自动跟踪的实现方法

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图２－１天线囱动跟踪的主要模式［４】

图２－１列出了天线伺服跟踪系统的主要实现方法。目前应用最广泛的是单脉冲跟

踪与惯导这嚣释方案。酋者越传统的单脉冲跟踪技术为主，陀螺阻尾为辅，其特点是：

系统简单，成本低，但天线稳定效果差，遇到遮挡后易丢失信号，无法满足对信号高 质量的要求。另一种方案是应用高精度惯导系统测量载体运动，实现天线的高精度自 主定位定向，无需任何外部信息，完全不受地域或环境变换的影响。为通讯系统提供 当前的地理和航向等信息，使运动中的天线始终对准卫星，再利用单极化信标信号修 正天线的缓慢漂移来实现高质量的信号传输，系统相对复杂，成本较高，但天线稳定

效果好，能始终保持自主对星，不怕遮挡。基于广播电视领域对信号传输质量及安全

性的要求，我们选择了后一种方案，即采用激光捷联惯导系统作为天线控制系统，直 接安装在卫星车上，在卫星车不断运动的过程中自动解算载体所处的地理坐标，实时 测量载体运动状态，自动完成天线与卫星对准与跟踪，通过卫星信标信号完成天线漂 移修正，实现载体天线移动状态下的不间断卫星通讯。 ２．２．２稳定环节

在不考虑跟踪环节对扰动的抑制时，主要是依靠稳定环节的作用。可以在载体的

质心处放一姿态测量装置，通过坐标变换便可求出天线的方位、仰角，从而使天线稳

定地对准目标。采用该种方法主要应考虑以下问题，首先是天线座各个轴与姿态传感

器之间的安装误差。该误差将直接影响天线的指向精度。该误差要想精确标定显然是 不方便的。其次还应考虑到天线的动态误差。这一点当然是采用任何方式都不可避免 的。姿态传感器本身的测量精度也直接影响到天线的指向精度。最后，由于低成本惯

性器件的零漂及高精度惯性器件的成本问题也是一个重要因素。 将惯性器件直接安装在天线上构成两轴稳定方式简便易行，将速率陀螺安装在天 线座上，分别感受摇摆的方位，及俯仰速度信息。将该信号加入伺服系统构成稳定环 节来实现天线的稳定。除此以外，还可以采用物理稳定平台的方法。通常是设置两个

轴分别对应首摇及横滚。在每个轴线上安装惯性器件及倾斜传感器通过控制系统使得 平台相对于大地是水平的。在平台上再安置方位俯仰座架用于跟踪。在该种方式中稳

定功能与控制功能是分离的并且横摇、纵摇、方位和俯仰这四个主要分量由各自的轴

独立的控制，因此，其跟踪精度相对较高。其缺点是成本也较高。

座架型式可有二轴座架、三轴座架、四轴座架。二轴座架是最简单的一种形式。

它又分为ＥＩＩＡＺ座架Ｙ／Ｘ座架。二轴座架的优点是结构简单、控制量少。缺点是对

“动中通”移动卫星电视直撬系统的设计与应用

ＥＵＡＺ型式而言在高仰角时，对Ｙ／Ｘ座架在低仰角时载体姿态的变化会引起过高的 速度及加速度。为解决该问题可采用三轴座架。三轴座架又可分为：ＥＩＪＡＺＩＸ型，Ｅ口 ＥＵＡＺ型及Ｙ憎／Ｘ型式。以ＥＬ／Ｅ ＩＪＡＺ型座架为例，它主要适用于海轮等纵横滚较 大的场合。ＡＺ，ＥＬ轴完成对方位、仰角误差的跟踪，ＥＬ，交叉轴根据倾斜传感器的 值进行稳定，保证接收机ＡＺ，ＥＬ信号在各转动轴上的投影。克服船体摇摆带来的方 位大的速度。 ２。２。４旋转关节 在具有旋转天线的动中通卫星通信系统中，为了将高频能量由固定发射机传输到 转动天线上，这时天线和传输线之间必须用旋转关节连接。旋转关节在雷达装置中己 大量使用。旋转关节类型很多，常见的类型有：全同轴线型；以同轴线作为过渡器的 旋转关节；以豳波导作为过渡器的旋转关节等。对它们的要求是： （１）结构上转动灵活。 （２）转动时不影响馈线和天线之阆电磁能量的传输，所以要求关节转动时，驻波的

变化限制在一定范围内。在工作频带内，一般要求ＶＳＷＲ－－＜Ｉ．２５以下。 （３）要能承受一定的峰值功率和平均功率。

（４）插人损耗要小，一般要求小于０．３ ｄＢ。 （５）若传输线需要充气，在关节部分需要加装密封机构，既要防止漏气，又要保证

２．３动中通移动卫星电视直播系统结构及功能分析

动中通移动卫星电视蛊播系统出信号采集子系统和卫星传输子系统组成，其中信 号采集子系统主要包括信号采集、切换、微波传输等功能模块；卫星传输子系统则主

要由微波接收、信号处放、卫星上行模块组成。系统的工作流程如图２．２。

圈２－２动中遁系统工作示意圈

圈的左边是信号采集子系统，它相当于一个三讯道的小转播车，信号采集工具为 一台无线摄像机和２台有线电缆摄像机组成，车体内配备索尼蓝光盘录像机，可以播 敖事先录制鲟的素材，霹时帧阕步机可以对辩来信号进行同步处理麓进入系统，在特 技切换台上，导演可以对摄像信号、放相机信号、外来信号进行选择、切换、或者进 行特技处理。为了确保信号安全，所有信号同时还经过一令１６＂２的应急切换矩阵， 作为主切换台的应急备份，二者通过一个２选１的应急倒换开关进行选择。输出的信

号送往８００Ｍｈｚ ＯＦＤＭ微波进行传输。 图的右边是卫星传输子系统，两台８００ＭＨＺ ＯＦＤＭ微波接收机在接收到信号后，

经过解调得到数字ＳＤＩ视频和横拟格式音频信号，经过处理放大后进入切换器，与自 身配备的摄像机所采集信号一起在切换台供导演进行二级切换，所采集子系统配置的 特技切换台不同的是：这个切换器没有特技功能，仅能进行简单的信号切换。

在实际应用中，根据不同的需要，可以只应用其中的一个子系统。例如，在非直

播的小型活动中，如访谈类节目、小空闻内的娱乐节霹等，可以只利用信号采集系统 进行信号的制作和录制，再将录制后的信号带回电视台利用功能强大的后期编辑设备 进行复杂编辑。丽卫星传输子系统可以配合大型电视转播车，将前者的信号传输上翌 星，例如中超联赛或者大型文体活动的鱼播。而如果两个系统联合使用，最大能扩展 到８讯道，已经接近大型转播车ｌＯ讯道的信号采集能力。这样，大大扩展了系统酌

“动中逶”移动卫星电李雯直播系统的设计与应用

图２－３信号采集子系统信号流程图

图２－４卫星传输子系统信号流程图

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从前面两个子系统的信号流程图可以看出，移动卫星直播系统主要是由信号采 集、信号处理、微波传送、卫星上行等死个功能模块组成，丽这里所愚到的信号采集 和处理技术属于广播电视领域内的普遍应用，该系统的主要特点体现在移动微波传送 和移动卫星传输两个功能摸块上，在微波传送模块我们设计使用８００Ｍ ＯＦＤＭ数字微 波系统，这种数字微波可以应用于城市复杂环境中高质量视音频信号的传送；移动卫 星传输模块则使用“动孛通＂移动卫星通信系统，这是本系统最大的特点，它可以在 移动的状态下实现广播级视音频信号的上、下星传送、接收工作，是亚洲地区广电领 域酋个投入实际使用的移动卫星传输系统。在下一章中将通过对卫星通信链路的详细 计算和分析，确定卫星上行所需的设备配备，并介绍卫星传输系统的实际构成。

在移动卫星直播系统的设计中，必须要根据未来可能使用卫星的参数和传送节目 的方式，进｛亍详细的卫星上、下行链路计算。计算结果直接决定了卫星传输部分的设 计和设备的选型。可以说卫星链路计算是设计移动卫星直播系统最重要的步骤之一。 作者根据厦门地区最常用的亚洲３Ｓ卫星的相关参数，主持了卫星传输系统上、下行 链路的计算工作，并以计算结果为依据，参与了卫星系统的方案设计及选型工作。 链路计算的主要簦标是根据地面上行站和卫星转发器的参数，计算出地西上行站 所应达到的ＥＩＲＰ，进而确定配置高功放的上行发射功率，并计算上下行链路的品质 因数以确定设备的选型【５】。在本章中将誊先介绍地葱上行站和卫星转发器的有关传输 参数的定义，而后再结合厦门电视台移动卫星直播系统的实例进行卫星链路的计算，

最盾给出卫星传输系统的实际构成。

３．１卫星车载上行站主要传输参数

３。｛．｛天线增益 天线增益是相对于一个各向同性的辐射源（例如点源）而言，由点源辐射出的电 磁波在空间各个距离点源相等的位置上单位立体焦内得到的功率是一样的，藤由天线 辐射出的电磁波的功率则集中到空间某～指定的方向上，因此在该指定方向上单位立
体焦内得到的功率的益处是天线增益贡献的。天线增益的定义为：在输入功率相同的

情况下，该天线向指定方向每单位立体角内辐射出的功率与各向同性天线在每单位立

体角内辐射的功率的比值。

通常把最大辐射方向上的增益定义为天线增益，用Ｇ来表示【６】。在工程上，天线 的增益通常采用分贝为单位，其表达式为：

Ｇ＝ｌｏｌ醇罟Ａ?移）（ｄＢ）（３－－１）

式中Ｇ为天线增益，单位为ｄＢ；旯为天线的工作波长，单位为ｍ；Ａ为天线口面

面积，单位为ｍ ２。天线的口面蕊积是萋直于电波传播方向上的天线的横截谣面积。

“动孛通”移动卫星迤视壹撩系统的设计与应用

天线的口面面积越大，天线的增益也就越高。刁为天线的朗面效率。从理论上分析， 天线静口面效率最大值约为８３％，两实际上天线的口面效率通常在５０％．７０％之闻【７】。 对于圆形口面的卫星天线来说，其增益的表达式为：

Ｇ：２０１９（娶＋１０１９ｒ／（ｄＢ）

式中Ｄ为圆形天线的直径，单位为１１１。由上式可知，天线的增益与口两直径的 对数成正比，与天线工作波长的对数成反比。 ３．１。２自由空闰路径损耗 自由空间路径损耗［８】是指在自由空间，一个无损耗的各向同性辐射源到与其路径 长度相等的距离处的理论损耗，它可以表示为：

其中ｄ为路径长度，单位为ｍ。

噪声功率可以雳绝对温度来表示：

其串Ｎ为噪声功率（Ｗ），ｋ为波尔兹曼常数，ｋ－－１．３８Ｘ１０．２８Ｊ／Ｋ，Ｔ必绝对温度 （Ｋ），Ｂｎ为等效噪声带宽［９】［１０】。

３．２卫星转发器主要传输参数

卫星转发器的三个主要参数为等效全向辐射功率ＥＩＲＰ、燕质因素Ｇ／Ｔ、饱和通 量密度ＷＳ［１ １］［１２］，其中Ｇ／Ｔ值和ＷＳ反映了卫星接收系统在其服务区内的性能，与 卫星接收天线的增益分布线性相关；ＥＩＲＰ反映了转发器的下行功率，与卫星发送天 线的增益分布线性相关。除此之外，还有功率通壁密度和输入输出回退等参数［１３】。 ３．２。１等效全向辐射功率ＥＩＲＰ ＥＩＲＰ表示的是有效各向同性辐射功率。它等于天线输入端口的发射功率与天线 增益之和，是卫星转发器最重要豹参数之一，它反映了卫星的辐射能力，在进行卫星
线路的工程计算时，这项参数是必不可少的。
ＥＩＲＰ＝Ｉ ＯｌｇＰ（Ｗ）－Ｌｔ＋Ｇ（ｄＢＷ）

式中，Ｐ指的是卫星行波管放大器的输出功率，Ｌｔ表示行波管至卫星天线之间的

功率损耗，包括馈线损耗、接入损耗等，而Ｇ指的是卫星天线的增益。在这三个参数 中，行波管的输出功率Ｐ和各种损耗Ｌｔ是常数，而卫星天线的增益是随着接收地点 的改变而改变的，所以同一颗卫星在不同地区的等效全向辐射功率也是不同的，在工 程上为了便于使用，通常将卫星的等效全向辐射功率标在地图上，并称之为卫星的波

束图。 在工程设计中，我们一般是通过波束图确定本地区的等效全向辐射功率，然后再 进行下一步的工作。比如，图３．１就是亚洲３Ｓ卫星Ｋｕ波段ＥＩＲＰ的波束图。 亚洲３Ｓ卫星Ｋｕ波段转发器在厦门地区的有效全向辐射功率为：ＥＩＲＰ＝５３ｄＢｗ。

图３―１亚洲３Ｓ Ｋｕ波段东亚波束ＥＩＲＰ地面覆盖图

３．２．２品质因素Ｇ／Ｔ值

品质因素是衡量系统接收性能好坏的重要指标，它反映了卫星转发器接收弱信号 能力的大小。品质因素又称系统优值，通常记为Ｇ／Ｔ，它的定义为：

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Ｇ／Ｔ＝天线接收增益／系统噪声温度 用对数形式来表达为：

Ｇ，ｒ＝Ｇ?１０１９（Ｔａ＋Ｔｔ）（ｄＢ／Ｋ）

在上式中，Ｇ／Ｔ为品质因数，单位为ｄＢ依，Ｇ表示卫星天线在上行频率的增益， 髓为天线的等效噪声温度，虱为卫星转发器的等效嗓声温度，嗓声温度的单位为Ｋ。 ３。２。３饱和通量密度翳 为了从卫星转发器｛！譬到最大的输出功率（饱和功率），要用必要强度的电波来照 射卫星，这时到达卫星的必要输入功率就是卫星转发器的总灵敏度。～般采用单一电 波照射卫星，转发器对于单一电波饱和输出时所需的单位面积的输入功率，称作饱和

饱和通量密度反映了卫星转发器对上行功率的需求量，指的是当转发器被推到饱 和工作点时，上行载波在接收天线口面所达到的通量密度，单位为ｄＢＷ／ｍ

ＷＳ＝Ｃｏｎｓ＋Ａｔｔｎ．Ｇ／Ｔ

式串Ｃｏｎｓ为反映转发器增益的计算常数，一般在一１００至－－９０之间，数值越小，

就反映出转发器的增益越离；Ａｔｔｎ为转发器的增益调整量，可被地面遥控改变，用予 调整ＷＳ的灵敏度。在实际工作中，卫星公司会根据转发器运行的实际情况设置一定 的衰减或是增益，选定一个合适的饱和功率通量密度使转发器工作在最佳状态，并不 让转发器工作在最灵敏饱和功率通量密度值上，以此向用户给出一个数值供系统设计

３．２．４功率通量密度 卫星发射獭的电磁波到达地面时的功率通璧密度，记为∥，单位为ｄＢＷ／ｍ ２，它

反映了卫星信号到达地面时的强度： ≯＝ＥＩＲＰ－－２０１９ｄ（ｍ）一１０１９（４茏＇）一△Ｌ（ｄＢＷ／ｍ２）

式中，ｄ为卫星至地面的距离，△Ｌ为在电波传输过程中蠢于各种原因而产生的附加

损耗，如褥衰和大气的吸收衰减等等，单位为ｄＢ。

３．２．５输入回退与输出回退 在卫星节露信号的传输路径上，要经过如上／下变频器（ＵＣ∞Ｃ）、高功率放大器 （ＨｐＡ）、低噪声放大器（ＬＮＡ）等许多非线性部件。对卫星转发器和地面站的上／下 变频器、低嗓声放大器，可以通过控制其输出功率使它们王作在线性状态。 所谓放大器的输入回退是指单载波饱和输入功率与多载波工作时放大器实际工 作点所对应的总输入功率的比值，用ＢＯｉ（ｄＢ）表示。输出回退是指单载波饱和输出功 率与多载波工作时放大器的实际工作点所对应的总输出功率之比，用ＢＯｏ（ｄＢ）表示。 对予卫星转发器的输入露退和输出暖退，毒予转发器戒本昂贵，星上的赢功放是 其中的一个关键部件，对于卫星功率资源起决定作用。如果卫星的ＨＰＡ回退太小， 交扰谲制产物会超过指标规定；露遐太大时会造成卫星功率资源的浪费。透此，输入 回退和输出回退的选取是卫星传输链路设计的一个重要环节，它不仅关系到卫星节目 信号的传输质量，而且对整个网络的容量、效率和经济性有很大的影响［１４１。在实际 工程链路计算中，转发器的输入回退和输出回退由卫星公司提供数据。

功率和带宽都是转发器的重要资源，用户所分配的载波功率通常与其租用的带宽 相平衡，载波的下行ＥＩＲＰ等于转发器饱和ＥＩＲＰ与载波输崽圈退值之差。

卫星通信系统的链路计算是非常重要的，它为卫星通信系统的设计、维护、运行、
测试等工作提供数据，是分析系统性能指标、进彳亍系统设计的重要理论依据。基本上

卫星通信系统链路计算的任务有两个，～是根据卫星转发器和上行站的基本参数，计 算系统的通信性能；二是根据卫星转发器的基本参数和对系统通信性能和容量的要 求，设计上行站设备配置方案及基本参数。 在进行卫星链路计算时，卫星转发器参数会蛊接影响到整个卫星通信系统的设计 和运行质量。工程上关心的是上行站的ＥＩＲＰ、Ｇ／Ｔ值、ｃ／ｒ值与卫星转发器参数之间 的关系［１５１［１６１。这些关系可以从下面的计算公式中体现出来。 ３．３．１上行链路［Ｃ／Ｔ］Ｕ

上行链路载波噪声Ｌ｝：［ｃｒｒ］ｕ可以表示为： 【Ｃ／Ｔ］ｕ＝［ＥＩＲＰ］ｅ－［Ｌｕ］＋［Ｇ／Ｔ］ｓ

“动中逶”移动卫星电视直播系统懿设计与应用

其中，【Ｅ１ＲＰ］ｅ为卫星上行站发射的ＥＩＲＰ值（ｄＢＷ），．［Ｌｕ】为上行自由空间路径

损耗（趱＞，【Ｇ玎】ｓ为翌星品质因数Ｇ／Ｔ筐（ｄＢ／Ｋ）。

另外，上行载波噪声温度比还可用转发器输入端工作通量密度妒来表示。由于功 率通量密度定义为单僚面积上有效各向同性辐射功率，可以表示为：
’４１ｒｄ２（３－－１０）

其中，ｄ表示路径距离。上式用对数表达为

［（ｏ］－－－－［ＥＩＲＰ］．［Ｅｌ＋１０１９（第

因此，上行载波噪声湿度眈又可以表示失：

凳 【Ｃ／Ｔ］ｕ＝［Ｇ／Ｔ］ｓ＋１０１９（４万卜【≯】ｓ（３－－１２）

其中，驴为卫星转发器输入端工作通量密度（ｄＢＷ／ｍ ２）。

３。３．２下行链路【Ｃ／Ｔ］ｄ 与上行链路［Ｃ／Ｔ］ｕ相似，下行链路载波噪声温度比为： 【Ｃ／Ｔ］ｄ－－［ＥＩＲＰ］ｓ一［Ｌｄ］＋［Ｇ／Ｔ］ｅ

其中，【ＥＩＲＰ］ｓ为卫星的ＥＩＲＰ值（ｄＢ），［Ｌｄ］为下行自由空间路径损耗（ｄＢ／Ｋ），

【Ｇ／Ｔｌｅ为上行站的品质因数。 ３．３．３全链路总［ｃ／Ｔ】

［Ｃ／Ｔ］［Ｃ／Ｔ］。【Ｃ／ｒ】ｄ［Ｃ／Ｔ］Ｉｕ［Ｃ／丁】，

由于转发器互调噪声电平取决于载波的数量、电平以及转发器行波管工作点，为 了减少转发器所产生的互调噪声，需适当减小转发器的输入功率通量密度和转发器的 输出功率，随着这两个数值的减小，［Ｃ／Ｔ］ｚｕ将有所提高，但【Ｃ／卅“和【ｃ／硐ｄ则下降， 反过来为提高【Ｃ／明“和【ｅ／弱矗，将提离转发器的输入功率通量密度稷转发器的输出 功率，这将导致互调噪声增加，［ｃ厂ｒ】脚下降。因此在工程中必须找到一个转发器的 最佳工作点，使得总的载波噪声温度比为最大。

链路计算的主要任务是确定卫星上行站的ＥＩＲＰ，以便选择卫星天线和配置高功 放的上行发射功率，并计算上下行链路的品质因素以确定设备的选型。以下计算以使
用亚洲３Ｓ卫星的ＫＵ波段转发器为例。

３．４．１亚洲３Ｓ卫星刚波段转发器参数

卫星位置：东经１０５．５。； 卫星ＫＵ波段转发器带宽：５４ＭＨｚ； 卫星ＫＵ波段等效全向辐射功率ＥＩＲＰ：厦门地区５３ｄＢＷ：

卫星ＫＵ波段饱和通量密度ＷＳ．厦门地区－－９２ｄＢＷ／ｍ ２（卫星公司给定）；

卫星ＫＵ波段接收系统品质因素（Ｇ／Ｔ）８：厦门地区６ｄＢ／Ｋ（卫星公司给定）； 卫星ＫＵ波段转发器输入输出回退比：３ｄＢ： 输出回退： 输入回退：
Ｂｏｏ＝ＴｄＢ Ｂｏｉ＝Ｂｏｏ＋３＝７＋３＝１０ｄＢ。

３．４．２厦门台动中通卫星车技术参数 地理位置：卫星车主要活动范围在厦门及周边地区，在此以厦门地区的地理坐标 来进行链路计算。厦门地区地理坐标为：东经１１８．１０、北纬２４．４６０；

上行载波中心频率：ＫＵ波段的上行频率范围为１４．０―１４．５ＧＨｚ，在计算过程中 暂取１４．２５ＧＨｚ为上行中心频率； 下行载波中一Ｉｉ，频率：ＫＵ波段的下行频率范围为１２．２５―１２．７５ＧＨｚ，在计算过程 中暂取１２．５ＧＨｚ为下行中心频率； 占用转发器带宽：９ＭＨｚ； 数据率：８Ｍ； 前向纠错ＦＥＣ：３／４； 车载１．２米天线： 上行频率为１４．２５ＧＨｚ的增益为Ｇｕ＝４３．７５ｄＢ： 下行频率为１２．５ＧＨｚ的增益为Ｇｄ＝４２．８５ｄＢ： Ｇ厂１’－２３ｄＢⅥ协（：

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台内接收使用４．５米天线： 下行频率为１２．５ＧＨｚ的增益为Ｇｄ＝５３．１８ｄＢ；

Ｇ厂Ｉ量３５．３８ｄＢＮＷＫ。

３．４．３雨衰计算 雨衰指的是由于降雨对电波产生的衰减，这是因为当电波穿过降雨的区域时，雨 漆会对电波产生吸收和散射的作用焉造成的。惑衰的大小与焉滴半径与波长的比值有 着密切的关系，丽震滴的半径则与降雨率有关。一般雨滴的半径约在Ｏ．０２５ｅｍ．０．３ｃｍ 之间，在Ｋｕ波段内，电波的波长在２．５ｃｍ左右，因此在Ｋｕ波段雨衰的影响较大。 下图即为亚洲３Ｓ卫星ＫＵ波段的雨衰图。从该图中可以看出，我国雨衰最大的地区 为东南沿海，而西北地区的雨衰是比较小的。

亚洲３ｓ串厦雨囊量分布图（１０５．５Ｂ轨位，１４．５６Ｉｔｚ，水平极化，９９．冁可阁度，单位为ｄＢ）

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图３－２亚洲３Ｓ ＫｌＪ波段中国雨衰图

由图３．２可以对各地的雨衰值作一个大概的估计。但在系统设计时，为了确定链 路的有效性，建立链路余量，必须进行雨衰的计算以预测降雨衰减的大小。

表３－１ ＩＴＵ发布的各雨区点降雨率Ｒｐ（ｍｍ／ｈ）与年时间百分比ｐ％之间的关系

０．００１ ０．００３ ０．０１ Ｏ．０３ ０．１ Ｏ．３ １．０ Ａ ２２ １４ ８ ５ ２ Ｏ．８ Ｏ．１ Ｂ ３２ ２１ １２ ６ ３ ２ ０．５ Ｃ ４２ ２６ １５ ９ ５ ２．８ Ｏ．７ Ｄ ４０ ２９ １９ １３ ８ ４．５ ２．１ Ｅ Ｆ ７８ ５４ ２８ １５ ８ ４．５ １．７ Ｇ ６５ ４５ ３０ ２０ １２ ７ ３ Ｈ ８３ ５５ ３２ １８ １０ ４ ２ Ｊ ５５ ４５ ３５ ２８ ２０ １３ ８ Ｋ １００ ７０ ４２ ２３ １２ ４．２ １．５ Ｌ １５０ １０５ ６０ ３３ １５ ７ ２
１２０ ９５ ６３ ４０ ２２ １１ ４

Ｎ １８０ １４０ ９５ ６５ ３５ １５ ５

Ｐ ２５０ ２００ １４５ １０５ ６５ ３４ １２

４１ ２２ １２ ６ ２．４ Ｏ．６

对于ＤＳＮＧ上行站而言，保证上行、下行链路年可用率均为９９．９％即可满足要求。 按照ｒｒＵ发布的亚洲地区雨区的划分，厦门地区属于Ｎ区，通过表３．１可查得，在全 年０．１％的时间里，Ｎ区的降雨率Ｒｐ为３５ｍｍ／ｈ。 影响雨衰大小的主要因素，除了本地区的降雨率外，还有降雨区云层厚度、降雨

区范围、雨滴大小、电波频率和极化方式等。１１ｒＵ推荐的降雨衰减计算公式为［１７］－

Ａｒ（ｄＢ）＝ａ×Ｒｐ６×Ｌｅ

式中ａ×Ｒｐ６表示雨区单位长度的衰减，单位为ｄＢ／ｋｍ，其系数ａ、ｂ与工作频率、 雨滴大小、极化方式有关。如果使用在１４ＧＨｚ频段以垂直极化方式上行，在１２ＧＨｚ 频段以水平极化方式下行的传输方式为例，则可查表得到以下数值：

表３－２系数与频率的对应关系 频

１２ １４ Ｏ．０１８８ ０．０３３ １．１２７ １．１３

式中Ｌｅ表示有效路径长度。有效传输路径长度Ｌｅ与实际传输路径长度Ｌｓ近似

“动中通”移动卫星电视壹播系统的设计与应用

Ｌｅ＝磴ｘＥｓ （３一１６）

式中印表示缩减因子，它是年降雨时间百分比和降雨区范围ＬＧ的函数，其值的 计算如下表所示：

表３―３缩减因子数ｒｐ值表

９０／（９０＋４辜ＬＧ）

８０／（１ ８０＋ＬＧ）

实际传输路径长度Ｌｓ在天线嚣焦鐾≥５０时可以表示为：

Ｌｓ＝（Ｈ－Ｈｏ）／ｓｉｎｅ

式中薹差表示当地０℃等温线高度，Ｈｏ表示上行站平均海拔高度，Ｅ必上行站天 线仰角。Ｈ按近似公式计算，在上行站所在纬度◇≤２３０时，Ｈ＝５ｋｍ；

Ｈ＝５．０。０７５ｘ（◇．２３０）。厦门的地理坐标为托纬２４．４６。，逶过计算可得到Ｈ＝４．９ｋｍ。根 据公式计算可以算出，车载上行站在厦门地区对豫洲３ｓ卫星的仰角为５８．０７０，厦门

平均海拔高度为６３。２ｍ，经过计算可得Ｌｓ＝５。７５４ｋｍ。 降雨区范围ＬＧ与Ｌｓ的关系式为：

ＬＧ＝５．７５４ｘｃｏｓ５８．０７０＝３．０４３ｋｍ。根据上表可得，在要求可用度９９．９％时，缩减因

子ｒｐ＝１ ８０／（１ ８０＋ＬＧ）＝ｏ．９８３。 有效传输路径长度Ｌｅ＝ｒｐｘ

５．７５４＝５．６５６ｋｍ。

在可用度９９．９％的条件下，Ｒｐ＝３５ｍｍ／ｈ，上行频率为１４ＧＨｚ，ａｖ＝０。０３３，ｂｖ＝１．１３， 上霉亍雨衰Ａｕ（ｄＢ）＝ａｖｘ 下行频率为

ｇｐ扣ｘ Ｌｅ＝１０．３７ｄＢ； １２ＧＨｚ， ａｈ＝Ｏ．０１８８， ｂｈ＝１．１２７，

Ａｄ（ｄＢ）＝ａｈＸ劫触Ｘ／２；５．８５ｄＢ。

３．４．４公式计算 一、天线仰角和方位角的计算 由于车载卫星上行站是通过静止卫星来传输信号的，所以在一个范围相对小的区 域内，卫星天线的方位角和仰角是相对固定的【１８】。计算天线的方位角和仰角是卫星 链路计算的基本问题，是后续一系列计算的基础。天线的方位角和仰角由卫星的轨道

位置和上行站所在区域的经纬度所决定。 １、车载卫星上行站与卫星之间的距离ｄ：
．≈３６６１９．６２ｋｍ

式中：矽＝１１８．１。一１０５０．５。＝１２．６。

Ｒ＝６３７８ｋｍ（赤道半径） Ｈ＝３５７８６ｋｒｎ（卫星至地球赤道高度） ２、车载卫星上行站至卫星的仰角伊。

～／ｉ－（ｃｏｓ＃ｅｏｓＯ）２。。

式中：矽＝ｌ １８．１。一１０５．５。＝１２．６。

Ｒ＝６３７８ｋｍ（赤道半径） Ｈ＝３５７８６ｋｍ（卫星至地球赤道高度） ３、车载卫星上行站至卫星的方位角吼

伊’。～１［矧…６。（３－－２１）

通过上式计算所得出的妒’。值是以正南方向为基准的方位角，按国家规定卫星天

“动中逶”移动卫星电视直搔系统的设计与应臻

线的方位角应以正北为基准，因此，位于北半球的上行站对卫星实际的方位角应按以

Ａ、当卫星位于上行站以东的位置时，方位角纯＝１８０。一妒‘。 Ｂ、当卫星位于上行站以西的位置时，方位角纯＝１８０。＋妒ａ

所以厦ｆｌ建区的卫星上行站方位角‰＝１８０。＋爹露＝２０８．３６。

根据式（３―３）分别计算上行和下行损耗。

式中：ｄ为车载卫星上行站与卫星间的距离；当上行频率ｆ＝１４．２５ＧＨｚ时，

＝１０１。（一０．０２１

（２）下行路径自融空间损耗：

式中：ｄ为车载卫星上行站与卫星间的距离；当下行频率ｆ＿１２。５ＧＨｚ时下行载波 波长九：０．０２４ｍ。

＝１０１。（一０．０２４

上面的计算是假设电磁波在自由空间中传输的条件下进行的，而实际上由于在大 气中还存在着各种气体、水蒸气和电离层带来的影响，所以在实际传输时，还要考虑 大气衰减的影响【１９】。大气衰减的强度取决于频率、地面上行站的仰角和上行站与卫 星间的距离及传输路径上的大气环境。在传统的Ｃ波段，大气衰减可忽略不计，在 ＫＵ波段大气衰减应按０．３ｄＢ计算，这是在平均的气湿度和仰角大于１０。时的测量值

（参见ＣＣＩＲ第５６４号报告）。在考虑到大气衰减：Ｌａ＝Ｏ．３ｄＢ的情况下，上下行路径 衰减应为： 上行路径衰减：Ｌｕ＝Ｌ１＋Ｌａ＝２０６．８１＋０．３＝２０７．１ｌｄＢ； 下行路径衰减：Ｌｄ＝Ｌ２＋Ｌａ＝２０５．６５＋ｏ．３＝２０５．９５ｄＢ。 ３、雨衰

根据上一节关于雨衰的计算可知，在满足可用度为９９．９％的条件下，１４ＧＨｚ频段

的上行雨衰为１０．２１ｄＢ；１２ＧＨｚ频段的下行雨衰为７．９３ｄＢ。 ４、收发端设备间的损耗 从收发端设备到天线间的馈线损耗Ｌｔ约为ｌｄＢ。 三、车载卫星上行站应达到的Ｅ Ｉ ＲＰｕ［２０］

ＥＩＲＰｕ：Ｗｓ＋Ｌｕ．１０１９（等）一ＢＯｉ一１０１９（５４／９）（３―２２）

＝－－９２＋２０７．１１―４４．５３―１０―７．７８＝５２．８０ｄｂｌＷ 四、高功放功率 由于载体所限，卫星天线只能选择１．２米口径的环焦天线。根据厂家报告，我们 台选择的１．２米环焦天线在１４．２５ＧＨｚ的频率上增益为４３．７５ｄＢ。 Ｐ仁ＥＩＲＰｕ．Ｃ｝ｔ＋Ｌ卢５２．８０．４３．７５＋１＝１０．０５ｄＢＷ Ｐ＝９．９５Ｗ 由于在满足可用度为９９．９％的条件下，１４ＧＨｚ频段的上行雨衰为１０．２１ｄＢ，再考 虑天线罩损耗ｌｄＢ，系统储备３ｄＢ，选用的高功放饱和输出功率应不小于：

１０．０５ｄＢ＋１０．２１ ｄＢ＋１ ｄＢ＋３ ｄＢ－－２４．２６ ｄＢ （３．２３）

当选择７５０Ｗ高功放时，高功放行波管法兰口饱和输出功率约为６５６Ｗ，换算成 分贝为２８．１７ｄＢＷ。为避免非线性应回退３ ｄＢ，则最大线性输出为２８．１７―３＝

“动孛逶”移动卫星电视妻播系统的设计与应用 ２５．１７ｄＢＷ。

根据计算结果，应选择７５０Ｗ的高功放，即可满足系统的要求。 五、上行链路的ｃ／Ｔ值 根据式（３．９），以及式（３。２２）的计算结果，可得到上行链路的Ｃ／Ｔ值为：

（Ｃ／Ｔ）ｕ＝ＥＩＲＰｕ＋（Ｇ／Ｔ）ｓ－Ｌｕ＝５２．８０＋６―２０７．１ １＝－１４８．３１ｄＢＷ／Ｋ

六、下行链路的Ｃ／Ｔ值 采用ＳＣＰＣ方式、带宽为９Ｍ，卫星转发器的Ｅ１ＲＰ值：

ＥＩＲＰｓ＝５３―７－７。７８＝３８。２２ｄＢＷ

根据式（３―１３），另外再考虑在满足可用度９９．９％条件下，１２ＧＨｚ频段的下行雨 衰僮为７．９３ｄＢ，可褥到下行链路的ｅ玎值：

（Ｃ／Ｔ）ｄ＝Ｅ１ＲＰｓ?－Ｌｄ??Ａｄ＋（Ｇ／Ｔ）ｒ

式中，ＥＩＲＰｓ为卫星ＫＵ波段有效全向辐射功率；

Ｌｄ为下行路径损耗； Ａｄ为下行雨衰量； Ｂｏｏ为转发器的输出回退； （Ｇ／Ｔ）ｒ为卫星地匿接收系统酶晶质因数。

当使用车载１，２米天线自发自收时，下行链路Ｃ僵值为：

（Ｃ／Ｔ）ｒ１＝３８．２２―２０５．９５－７．９３＋２３＝－１

当使用电视台４．５米天线接收时，下行链路Ｃ厂ｒ值为：

（Ｃ／Ｔ）ｒ２＝３８．２２―２０５．９５―７．９３＋３５．３８＝－１ ４０．２２ｄＢＷ 七、交调值 （Ｃ／Ｔ）ｉ＝９４．３－Ｂｏｏ＋ｌＯｌｇｋ＝９４．３―７―２２８．６＝－１４１．３ｄＢＷ／Ｋ
根据式（３?１４），忽略［ｃｍ】ＩＭ值进行计算可以得到系统总链路的Ｃ／Ｔ值：

寥／≯】；志＝Ｆ７７羔’＋Ｆ／ｒ￡１＋矗／Ｆ】，

当使用１．２米接收天线时： （Ｃ／Ｔ）ｓｙｓｌ＝－１５３。５６ｄＢＷ／Ｋ

当使用４．５米接收天线时： （Ｃ／Ｔ）ｓｙｓ２＝－１４９．５３ｄＢＷ／Ｋ

九、信号门限 １、数字信号的门限Ｅｂ／Ｎｏ值

在ＤⅦ一Ｓ系统中，误比特率与Ｅｂ／Ｎｏ门限之间的关系在下表中给出，该表是

数字卫星链路的计算依据。

表３－４ ＤｖＢ―Ｓ系统的误码性能要求 内码编码率 Ｅｂ／Ｎｏ门限

１／２ ４．５ ２／３ ５．Ｏ ３／４ ５．５ Ｓ｜６ ６．Ｏ ７／８ ６．４

本系统中使用的内码编码率（ＦＥＣ）为３／４，按照上表可得Ｅｂ／Ｎｏ门限应为５．５ｄＢ。

２、系统应达到的Ｃ／Ｔ值 （Ｃ／Ｔ）ｔｈ＝（Ｅｂ／Ｎｏ）ｔｈ＋１ ０１９ｋ＋１ ０１９Ｒｂ ＝５．５－２２８．６＋ｌＯｌｇ（８Ｍ）
＝－１ ５４．０７ｄＢＷ／Ｋ

从前面计算可以得出：当使用１．２米接收天线时，在保证上下行链路可用度均为

９９．９％的条件下，系统仍有约Ｏ．５ｄＢ的余量，在晴天时系统余量则达到８ｄＢ以上；当 使用４．５米接收天线时，在保证上下行链路可用度均为９９．９％的条件下，系统余量约 为４．５ｄＢ，在晴天时系统余量则达到１２ｄＢ以上。

根据链路计算的结果可以得出这样的结论：在满足节目传输及上下行链路可用度

均为９９．９％的前提下，使用１．２米卫星天线进行信号上行时须配置７５０Ｗ高功放；在 此基础上接收天线无论是使用１．２米天线还是４．５米天线均能满足节目信号传输质量 的要求。

“动孛逶”移动卫星电视直播系统的设计与应用

３．５上星系统结构及设备选型

图３－３卫星传输系统图

卫星传输系统可以分为上行链路和下行链路两个部分。 ｌ、上行链路工作流程

来自摄像机或其他信号源的模拟格式或数字ＳＤＩ视、音频信号输入至编码器，

视频信号采用ＭＰＥＧ．２的４：２：２ Ｐ＠ＭＬ或４：２：０ＭＰ＠ＭＬ编码方式，音频采黑

ＭＰＥＧ．２的第１和第２层的编码方式对视、音频信号进行编码，总的压缩码率可调。

信号编码詹蠡编码调制器进行一系列扰码和ＱＰＳＫ调制，输出７０ＭＨｚ孛频信号送入

Ｋｕ频段上变频单元，变换为Ｋｕ波段１４Ｇ的射频信号，经高功放推动后进入天线发

射至卫星转发器。由于广播电视行业的特殊性，对宣播信号的安全性要求极高，因此，

在关键环节，编码器、上变频器、高功放等关节都是ｌ：１的热备份，在主设备故障

的时候能在第一时闻舞动或手动切换备瘸设备。

２、下行链路工作流程 天线接收的卫星信号经ＬＮＢ放大和变频螽，输出Ｌ波段信号 （９５０ＭＨｚ。１４５０ＭＨｚ），经Ｌ波段功分器分配后，一路送至频谱分析仪供技术员监测， 一路送给信标接收机，完成卫星的信标信号锁定、鉴相，并将其转换成与功率成正比 的直流信号送给伺服控制系统，确保天线对准卫星工作，获得最佳天线增益。 ３。５。ｌ上行主要设备选型；

在选择编码器及调制器时我们主要考虑其稳定性、可靠性和兼容性。因为翌星传 输往往是多家接收单位共同接收，对接收单位来说，什么样的接收机都有，如果兼容性 不好就会带来诲多不必要的麻烦。我们在实际中有遇到过菜一晶牌的某一型号编码器， 就是因为其兼容性不好，造成多种接收机无法正常解调信号。另外，系统的稳定性和可 靠性对一个移动工作站来说也是不言面喻的。经过前期的试验以及多方比较羼，选用了 Ｔｉｅｍａｎ公司的模块化标清编码器一一－－ＴＥ６０００Ａ。这是一款专为ＤＳＮＧ而设计的 ＭＰＥＧ－２编码器，钮括编码、调制和复用三个功能模块，可以对一路外来的ＡＳＩ流及本 机编码模块输出的ＡＳＩ流进行复用，并且留有１个ＤＶＢ／ＡＳＩ接口，可外接其他编码器， 使系统具备灵活扩展的能力。具有多种格式的视频输入：模拟，ＰＡＬ或ＮＴＳＣ，或串行 数字（ＳＤＩ）５２５／６２５。输入的两路立体声音频信号可以是模拟的信号或数字的ＡＥＳ／ＥＢＵ。 编码方式可选择４：２：２ＳＰ＠ＭＬ或４：２：０ＭＰ＠ＭＬ，压缩数据输出为ＤＶＢ ＭＰＥＧ－２传输流或 ＡＴＳＣ兼容传输流。同时可以实现ＭＣＰＣ的操作方式，传输多路信号。备编码器选用的 是ＳＥ４０００，由于是作为主编码器的冗余，因此功能较少，可以配合主编码器实现ＭＣＰＣ

方式的传输。两台编码器均采用ＲＳ码（２０４，１８８），前向纠错ＦＥＣ为３／４，ＱＰＳＫ调制， 输出７０Ｍ中频信号。 ２、上变频器 上交频器采用ｌ：１热备份方式，由两台ＣｏｍＳｔｒｅａｍ的ＳＦＣ．１４５０Ａ和倒换开

关构成系统。其作用主要为以下三个方面：一是进行频率变换，将输入的７０ＭＨｚ中 频信号，上变频为Ｋｕ波段信号，二是频率选择，通过改变上变频器综合器的频率来

实现射频频率的选择，三是信号电平的放大和控制，上变频器具有一定的增益并能对

发送电平进杼调节，保障高功敖有适当的驱动功率。对上变频器的一般要求是输入信

“动中逶”移动卫星电视壹播系统的设计与应用

号频率采用７０Ｍ中频或Ｌ波段高频信号（与编码器配套），输出Ｋｕ波段 １４。０ＧＨｚ．１４．５ＧＨｚ卫星上行频率，频率可选择，调谐步长为１２５ＫＨｚ或更小，要求具 有极低相位噪声，高频率稳定度（达１０―９级以上）、高可靠性等特点，输出载波在 本振故障时蜀自动关断，输入、输出电平可调，疲有一定的输出功率增益，并能对发 送电平进行调节，保障高功放有适当的驱动功率，单边带相位噪声符合ＩＥＳＳ３０８、

琵ＳＳ３０９标准，还必须具备￡波段或７０ ＭＨｚ中频监测电平输出墨，便于翌星接收机

解调对编码调制和上变频设备的监测。我们所选用的ＳＦＣ １４５０Ａ，它的标准输出功率

是登前市场上所有机架安装上变频器中最高的。箕Ｐｌ输出功率超过＋１０ ｄＢｍ，在设

备安装中，可以不再需要使用线路放大器。而且还具有独立可调的输入和输出衰减器，

可提供５０ ｄＢ的总增益控制，可戮通过调节输入衰减器傻变频器懿中频功率的电平达

到最佳，确保在输入信号功率变化在３０ ｄＢ以上时也能拥有最佳的性能。输出功率的

可调范围超过２０ ｄＢ，可以进一步确保杂散信号改变与交频器增益无关，同时它的线

性度和群时延失真的指标也比较优秀，这一点在多载波或ＤＶＢ的应用中也非常重要。

高功放（ＨＰＡ）：是卫星上行车系统中的关键设备，其性能好坏对卫星上行信

号质量影镌缀大。蠢耨用于卫星上行的ＨＰＡ，在中小功率及宽带应用领域，主要在 行波管（ＴｗＴＡ）和固态高功放（ＳＳＰＡ）之间选择。二者的区别主要有： ｌ、功率 具有相同线性的”聊ｒＡ和ＳＳＰＡ相比，ＳＳＰＡ的饱和输出功率要比ＴＷＴＡ

饱和输出功率低３ｄＢ左右，在单载波（ＳＣＰＣ）情况下，由于ＨＰＡ可工作在近饱和

点输出，ｎ胴Ａ不仅不会对视、音频信号产生较大影响，反而有利于获得更大的功

率推动。也就是说，在ＳＣＰＣ Ｉ作状态下，西阴陵比ＳＳＰＡ有更大的输出功率。西翮陵

最大功率可以达到４００Ｗ以上，ＳＳＰＡ一般只有１００Ｗ，通过双机相位合成可达到 １７０Ｗ左右（有３０Ｗ的叠加损耗）。但是在相同瓣三阶交调（ＩＭＤ）标准要求下，ＳＳＰＡ

的功率远低于ｍＡ，也就是说用户采用较低功率的ＳＳＰＡ就可以达到ＭＤ指标，

系统效率高。 ２、使用环境

孙孵Ａ对海拔高度敏感，在高海拔地区，空气稀薄会造成散热不良，并且由于气

压低的影响，绝缘变差，容易发生高压电源放电（俗称打火），容易损伤行波管。这

是艄ＨＰＡ王作高度限制在１００００英足（３０４８米）的原嚣，

有这种问题。 ３、安装、体积和散热

ＳＳＰＡ安装和使用较麻烦，需用硬波导将两个以上ＨＰＡ主机做相位合成。

鳃铲稻热量在管子内部，发热部位集中，通过精心设计排风管道，酉以较容易解决

散热问题。ＳＳＰＡ是大面积均匀发热，必须靠整机对流解决，无法使用专用风道，因 诧对车蠹空调要求高。 ４、价格、可靠性以及维护 至于可靠性，∞酮阪一般标称寿命是４００００小时（２４小时加奄、４年半），需 经常加电以维持真空度， ＳＳＰＡ使用大电流１２Ｖ低电压工作方式，ＧａＡｓ场效应管

的寿命一般都在凡百万夸时，维护相对篱单。价格方面，ＳＳＰＡ比ＴＷＴＡ贵５０％（刚弘

２万多美元， ＳＳＰＡ将近５万美元）。

综合考虑各方面因素，我们最终选用了美国ＸｌｅＯＭ公司１：１

ＸＴＤ．４００Ｋ行波管（”胍Ａ）７５０瓦和４００瓦功率放大器做ｌ：１不对称备份。高功放

控制器选用ＸＴＣ．１ｌｌＤ４，可以控制包括：交流电ＯＮ／ＯＦＦ、高压ＯＮ／ＯＦＦ、灯丝预热、 故障复位；在面板上可监视多个项目：射频输出功率、螺旋电流、行波管温度、阴极 电压等各种参数，同时可以在主备高功放之闻鱼动或手动切换。

ＤＳＮＧ下行链路 １、下行链路下变频低噪声放大器（ＬＮＢ）

要求输入ＫＵ波段（１ ０．７０ＧＨｚ－－１２．７５ＧＨｚ）灵敏度高、低噪声和高频率稳定

度，输出Ｌ波段卫星接收下变频信号，与卫星收发天线配套。 ２、功分器（１分４） 对功分器的要求是适合Ｌ波段分配，带１．２路馈电，高隔离度、反射损耗，宽频

３、ＩＲＤ综合接收解码器（含解扰的卫星解码接收机）： 必须符合ＤＶＢ－Ｓ／ＭＰＥＧ－２标准，支持ＱＰＳＫ／８ＰＳＫ

ＭＰ＠ＭＬ和４：２：２

Ｐ＠ＭＬ数字信号进行解码，符号率：１Ｍｂ／ｓ－４５Ｍｂ／ｓ，与编码调制器配套支持并配备

“动中逶”移动卫星电视直播系统的设计筠应用

ＢＩＳＳ或ＲＡＳ通用解扰，可对误码率Ｅｂ／Ｎｏ进行监控，具有液晶显示操作面板，具有 数字（Ｓ Ｄ薹）、模拟复合视频，２路以上（含２路）模拟立体声音频、ＡＳＩ码流等输 出接口，视音频指标应达到广播甲级指标。 ４、频谱分析仪 频谱分析仪是在频率域对信号进行分析、测量的仪器。在对卫星信号的监测方面 尤冀便利。诸如一个转发器上有多少节鬻《载波），每个载波占据的带宽，信号的功率 电平，有无反极化干扰，有无异常干扰，有无互调信号，等等，都可以清晰地显示出 来。通过观察下行信号的频谱，可以方便缝调整接收天线的指向和极化焦，从面使天 线准确地对准卫星，提高接收质量。我们选用的是安捷伦ＦＳＨ３手持式频谱分析仪 ３。５。３天线伺服系统

组成 我们选用的是ＴＤＲ４０２２。

“动中邋”天线惘服系统主要由八部分组成：激光捷联惯导系统、稳定控制与导航 计算机、伺服转台、天线、信标接收机、主控计算机、ＧＰＳ接收设备、手动控制调整器。

组成原理框圈如图３．４掰示：

“动中通＂天线伺服系统

１、激光捷联惯导系统 激光捷联惯导系统是目前国内先进的惯性导航和姿态测量系统．正逐步应用 于航空航天领域。在“动中通“通讯车上它是车体和天线的方位、水平姿态以及运动 状态测量的核心设备。内部包括三只激光陀螺、三只石英加速度计和相应电路。由于 激光陀螺固态性、线性好的特点，使激光捷联惯导系统具有测量精度高，抗冲击振动 能力强，工作寿命长．启动时间短等优点。 ２、稳定控制与导航计算机 稳定计算机使用专业工控机，英特尔至强ＣＰＵ。接口电路主要包括ＩＭＵ数据 采集电路（ＤＳＣ）、伺服电机驱动电路（ＭＤＣ）等。

伺服转台采用航天惯性器件标定用三轴转台技术，为外、中、内三轴结构。

外轴控制天线方位，中轴控制天线俯仰，内轴控制极化角。高精度交流伺服电机安装

在外、中、内轴上。转台的旋转定位由稳控计算机驱动伺服电机控制。

４、．主控计算机 主控计算机通过串口与稳控计算机通讯．从Ａ／Ｄ卡采集信标电压。操作人

员可以通过主控程序界面完成天控系统各项工作流程。

５、天线 在通过对几种卫星天线的比较后，我们发现环焦天线是比较合适的一种选择。 环焦天线是中小型卫星天线通信中广泛应用的一种双反射面天线，这种天线结构紧 凑，具有良好的输入驻波特性。它的主面有一个副面照射不到的区域，可以消除馈源 对副面反射场的反作用；它没有主面反射后再投射到副面的能量，因此减小了遮挡： 且只要馈源的口径不大于副面的直径，馈源的遮挡就永远小于副面的遮挡。而且由于 副面的倒转反射，馈源中心能量密度大的区域分布到主面面积大的边缘部分，提高了 １：３面场分布的均匀性；环焦天线副面反射到馈源的能量很小，从而大大发送了馈源的 输入驻波特性；副面和馈源可以靠得很近，从而减小了副面尺寸，简化了支撑结构，

从而可以实现紧凑的天线结构，减小天线的纵向尺寸；环焦天线主面的反射射线不再 投射到副面上，因此，其遮挡比卡塞格伦天线和格里高利天线小得多。基于环焦天线

具有以上特点，结合载体对天线尺寸的限制，在本系统中应选用１．２米口径的环焦天

“动中通”移动卫星电视直播系统的设谚与应题

线。在设计中，我们将天线及其伺服系统、激光陀螺捷联惯导系统均安装在车体后部 的天线舱内，切除天线舱预部的玻璃钢，安装对ｌ（毽频段信号衰减较小的玻璃钢防护 罩（衰减小于Ｏ．８ｄＢ），同时使用衰减较小的波导及关节（小于０．２ｄＢ），尽可能的减

系统使用的天线主要性能指标如下： 发射天线增益：Ｇｔ＝４３。６＋２０１９（ｆ／１４）（ｄＢ）；

接收天线增益：Ｇｒ＝４２．５＋２０１９（ｆ／１２）（ｄＢ）；

晶质嚣数：Ｇ船≥２３ｄＢ／Ｋ；

极性交互干扰抑制度：≥３５ｄＢ；

收／发隔离度：≥７０ｄＢ； 极化方向：线极化；

转台最高跟踪转速：≥６０ ｏ／ｓ，

静态对星精度：优于Ｏ．１ 动态跟踪精度：优于０．２

初始对星时间：《１８０ｓ； 重捕时间：≤１０

卫星信号遮蔽稳定时间≥３０ｍｉｎ；

天线方位焦３６０。连续可调，俯仰焦调节范围３０。到９０。，极化角±９０。连续可

调。 ２、系统工作原理

激光捷联惯导系统中的激光陀螺和石英加速度计精度非常高．可以精确测量 当地重力加速度和地球转速．从而计算出车体的方位和姿态角，以此为根据驱动天线 指向卫星一一这就是捷联惯导系统初始对准的过程。当车开动后，其方位、姿态和位 置不断变化．这时激光捷联惯导系统进入导航模式，实时精确测量方位和姿态的变化； 设方位为掣，俯仰为ｅ，横滚为Ｙ，则通过激光捷联惯导系统精确测量计算可得从车 体坐标系到天线坐标系得姿态角，即天线相对车体得姿态用矩阵来表示为：

０９ｎｉｓ‘∥ 《＝｛∞ｓ厂。。ｓｌｎ，｝［１．ｏ，ｏｃＩｉ

０ ｃｏｓｙ 儿 ０ ｙｎｉｓ０。ｕ。ｓｏｃｓｉｎＯ蓼ｃｏｓ８ｆ ｌｏ ／ ｎｉｓ

｝＝ ．ｓｉｎ？ｃｏｓ８ｌ

ｌ ｃｏｓｙｃｏｓｌｃ，＋ｓｉｎｙ。ｓｉｎｆ７’ｓｉｎｖ

－ｃｏｓ）ｓｉｎ｛ｃ，＋ｓｉｎｇ‘ｓ哦扫。ｃｏｓｖ

Ｉｓｉｎｙ’ｃｏｓｖ――ｃｏｓｙ’ｓｉｎＯ＋ｓｉｎｖ

－ｓｉｎｒｓｉｎｖ－ｃｏｓ７ｓｉｎ＆ｏｓＶ

用Ｃ：反推出转台需转动得方位Ｖ，俯仰０，横滚Ｙ，将这些卫星相对车载 坐标系的姿态信息解算后通过专用接墨传给转台控制计算机，转台控制计算机通过实 时比对卫星姿态与转台姿态得出误差信号，对信号处理后分别给转台方位、俯仰和极 化三个轴系的控制器发如控制指令。电机动作后使天线始终指向卫星方向，这样就可 以维持天线的指向。 显然．只要激光捷联惯导系统不停止工作，车体的方位和姿态便可实时测出， 根据方位姿态的变化信息，稳控计算机解算处理后反向驱动支承天线的方位和俯仰轴 电机维持天线指向不变。由于在天线的指恳稳定过程中不使用卫星信号。因此卫星信 号的遮档或因其他原因造成的信号丢失都不会影响天线的指向。采用惯性组合平台组 成的动基座上的天线稳定系统不怕遮挡。不怕翌星信号的短时中断；只要天馈系统芷 常．随时可恢复通讯。另外系统还通过ＧＰＳ定位系统对惯组漂移进行修正和抑制．使

其误差不累积，并限制在一定范围蠹（０。５０）。

总之，在天线伺服系统中有三个措施保证天线对星跟踪。首先是惯性组合及 导航系统，它起到了瞬态和短瘸期稳定作用；第五是ＧＰＳ与惯组构成组合导航系统， 修正抑制惯组漂移，在长时间范围内保证天线对星的较为准确的跟踪：第三是信标修 正。它构成了整个天线稳定系统的最终闭环．在天线初始对星和动态跟踪时，馒天线

精确对星，实现静态对星０．１００，动态跟踪０．２００的天线对星指标［２１】。

为了便于使用。提高系统可靠性，在天线伺服系统中加入了手动控制器。它 独立于由主控计算机和捷联惯组组成的天线伺服控制系统。有独立的操控面板、数显 装置、永平姿态传感器、电磁罗盘。它的核心控制器是离露靠ＰＬＣ控制器，触摸屏 操作，内存有二十颗以上卫星数据，可半自动找星，也可岚接按动方向和俯仰键驱动

天线转动，实现手动找星，再掇据信标规的信号避行精确瓣准。

“动孛通”移动卫星电视直播系统鲍设计与应用

作为卫星移动盥播系统的载体，车辆的选型以及车体改造是非常关键的。作者 主持了车体的设计及改造工作，认为从系统的设计目标和总体思路出发，车体的选型 既要满足承载设备的重量，又要保持足够的机动性；车体改造既要符合设备安装、使 用的要求，又不能对车体造成结构性破坏，从而影响车辆的安全、行驶性能。

４．１总体要求及遵循标准

为了满足多类型节目的制作、直播的需要，拟将系统的传输、采集功能相对分 开，分别使用２部汽车作为卫星传输系统和现场信号采集系统的载体，实现功能专业

化，既可以通过两车联用实现中型节目的制作和直播，也可以单独使用，满足小型节 霉的需要。

整车的有效承载重量应满足ＤＳＮＧ及相关制作设备、工作人员整体承载要求， 车内设备分布均匀，承载前后辅配重及左右平衡度合理；满足车辆不短于１０年的芷 常行驶使用时间。并具备用户在购买后向交通管理部门办理移动许可和上牌证所需的

证明文件及一切合法手续。

车体设计、改装遵循的标准：

《电视车逶用技术条件ＧＢ／Ｔ１２５０３。１９９５））

１９７。２００３数字卫星新闻采集通用技术规范》

《广播电视演播系统的视音频和脉冲设备安全要求ＧＢ９３７８．８８》

污染标准为欧洲．ＩＩＩ级

车蠹装饰环保标准：Ｇ彭１６１２７／ＧＢ５０３２５．２００ｌ

４．２卫星传输车车体选型与车体改造

４．２．１车体选型 卫星传输车不仅装载了电子系统，还有天线、转台、发电机等机械部件，因此 首先要求车体载重量大，同时有足够空闻，有较高的离地闻隙。为确保系统的机动性，

车体也不能过大。国内的卫星车多选择奔驰８１５Ｄ以及福特的厢式货车，属于民用级 的车体，乘坐舒适牲较好，但底盘较低且越野性能一般。经过反复选型，我们最终确 定了囡产的依维柯单排座厢式货车，它的底盘高，越野性能较好，载重量大，同时也 是军用越野车２０４５的原型车，具有较高的可靠性。其主要参数如下：柴油发动机， 排量２．８，外形尺寸（ＭＭ）：５９８０／２０００／２７５２，车箱内部尺寸：３６４０／１８２０／１７８５，额定 载质量：２６５０ＫＧ，轴躐（Ｍ醚）：３３１０，最大功率（ＫＷ／ｈｐ／ｒｐｍ）：８７（１１８）／３６００， 最低离地间隙为２６ＣＭ。 ４。２。２车体改造 车体改造的基本要求是满足中国大陆道路条件要求，不影响向交通管理部门办 理移动许可和上牌证，在满足设各使用的前提下最低限度破坏改装车体。

整车分独立的三个仓：驾驶仓、操作仓、天线与发电机设备后仓。为确保操作 人员的安全，在操作仓与天线后仓之间使用密闭钢板做隔断，实现电磁屏蔽，最大限 度保障人身安全。整个车体布局情况如图：

卫星车（依维柯）车体结构图

“动中通”移动卫星电视直播系统的设计与应用一

２、动中通天线的安装 由于天线必须在一定范围内皇由转动，因此切除车体顶都震部的原玻璃钢覆 面，安装低衰减的弧形玻璃钢罩，罩内安装抛物面卫星天线。保证天线可以在不小于 ３００仰角的范围内运动；采雳玻璃钢罩的好处是对信号的衰减小，强度大，重量轻， 且防雨、防尘、密封。在保证足够仰角的同时尽量控制车体的总高度（不高于３．４５

３、停放机械支撑系统 壶子加装设备藤总体质量较大，长时间停放时对轮胎和悬挂系统都会有一定影 响，同时也为了保证静止工作时减少人员上下车对天线姿态的影响，配置了一套电动

车体平台加装空调外机。露时放嚣各种天线，包括微波接收天线、ＧＰＳ、无线

通话（车载对讲机及ＧＳＭ座机天线）、摄像机微波天线等，对车顶做了加强措施，以 便予人员上车体进行天线及空调维护。

加装了３个电动收、放线缆盘，可｜以将１００米左右的电缆、视音频线绕在上面，

用于短距离的有线信号传输。

４。３信号采集车车体选型及车体改造：

４。３。１车体选型 作为信号的主要采集工具，要求该车在遇到卫星车无法进入的恶劣环境时，可 以单车进入后利用ＯＦＤＭ微波传回卫星车。因此，对其越野性能有着特别高的要求。 最终选定了悍马Ｈ２越野车，它的内部空间很大，蔼且十分方正，非常有利于摆放标 准设备机柜。越野性能强大，能在５０厘米深的河水中行驶，跨越４０厘米高的台阶或
岩石。悍马几乎没有前悬部分，后悬也徽短，因此使它的接近角达到７２度，而离去

角亦可达到３７．５度。轮距为１８４４毫米，这一尺寸保证了在任何路面上它都拥有良好 的附着性能。考虑到越野路况的复杂性，悍马的排气管设计为益凸形，箕最高部份在

左后轮的上部，然后跨过后轮向下，再横置安排在尾部。这样一方面可以在通过障碍

物和越野时避免排气管受损，另～}