衛星通信在廣播電視傳輸中的實踐應用

韋漫濤

山西廣播電視臺，山西太原，030021

0 引言

廣播電視衛星傳輸是指利用人造地球衛星作為中繼站，將廣播電視信號從地面發射到衛星，再從衛星轉發到地面接收站或用戶終端的一種通信方式。廣播電視衛星傳輸具有覆蓋范圍廣、容量大、成本低、靈活性高等優點，是實現廣播電視信息化、智慧化、融合化的重要技術手段。隨著5G、云計算、人工智能等新一代信息技術的快速發展，廣播電視衛星傳輸也面臨著新的機遇和挑戰，需要不斷創新和優化，以適應廣播電視和網絡視聽產業的高質量發展需求[1]。

1 我國廣播電視事業發展狀況與衛星通信技術應用價值

我國的廣播電視事業經過幾十年的發展，已經形成了覆蓋全國各地區、各民族、各語種的廣泛傳播網絡，為人民群眾提供了豐富多彩的文化娛樂節目和新聞信息服務。我國的廣播電視傳播方式主要有有線電視、無線電視、衛星電視和網絡電視四種，其中衛星電視是利用衛星通信技術實現的一種高效、便捷、廣覆蓋的傳播方式。衛星廣播電視技術是利用人造衛星作為中繼平臺，將地面廣播電視信號傳送到覆蓋范圍內的接收設備的一種通信方式。衛星廣播電視技術具有覆蓋范圍廣、傳輸質量高、節目多樣、成本低廉等優點，是實現廣播電視信息共享和普及的重要手段。衛星廣播電視技術的發展經歷了從地球靜止軌道（GEO）衛星到中軌（MEO）和低軌（LEO）衛星，從模擬信號到數字信號，從單向傳輸到雙向交互，從單一業務到多媒體融合的演進過程。目前，我國已建成了以GEO衛星為主體、MEO和LEO衛星為補充的衛星廣播電視網絡，形成了以央視為核心、地方臺為支撐、專業頻道為特色的節目供給體系，實現了對全國和部分海外地區的覆蓋服務[2]。

衛星通信技術的覆蓋范圍廣，可以實現跨越大陸、洲際或全球的通信；信息傳輸速率高，可以滿足高清晰度、超高清晰度等多種格式的視頻傳輸需求；抗干擾能力強，可以在復雜的電磁環境中保證通信質量；靈活性高，可根據用戶需求隨時調整通信參數和服務內容；經濟性好，可以節省地面基礎設施的建設和維護成本。為促進我國廣播電視事業發展，應借助衛星通信技術改造節目傳輸網絡，進一步提高廣播電視節目的覆蓋率和質量，使更多的人民群眾能夠享受到優質的廣播電視服務；促進廣播電視節目的多樣化和創新，使廣播電視節目能夠更好地反映社會現實和人民需求[3]。衛星通信廣播電視的優點如表1所示。

表1 衛星通信廣播電視的優點

2 衛星通信在廣播電視傳輸中的主要應用路徑

2.1 4K超高清節目傳輸

隨著科技的發展，衛星通信在廣播電視傳輸中也不斷創新和進步，其中最引人注目的是4K超高清節目傳輸。4K超高清是指具有3840×2160像素分辨率的視頻格式，其畫質比普通高清（HD）提高了四倍，能夠呈現更細膩、更逼真、更震撼的視覺效果。然而，4K超高清節目也帶來了更高的傳輸要求，需要更大的帶寬和更高的編碼效率。為了解決這一問題，衛星通信采用了高階調制、高效編碼、多路復用等技術，提高了信道容量和頻譜利用率，實現了4K超高清節目的穩定和高質量傳輸。例如，歐洲廣播聯盟（EBU）就通過歐洲Astra 3B衛星成功進行了4K超高清節目的實驗性轉播。

首先，需要使用專業的4K攝像機或其他設備拍攝或制作4K超高清節目，然后對其進行編輯、壓縮、編碼等處理，生成符合國際標準的4K超高清節目的數據文件。其次，需要將4K超高清節目的數據文件通過光纖或其他方式傳輸到地面發射站，然后由發射站將其調制為適合衛星通信的信號，并通過天線向軌道上的衛星發送。一般來說，為了保證4K超高清節目的傳輸質量和效率，需要使用較高的頻率和較大的帶寬，例如Ka頻段（26.5～40GHz）或Q/V頻段（40～75GHz）。再次，衛星收到來自地面發射站的4K超高清節目的信號后，需要對其進行放大、轉換、重定向等操作，并通過另一根天線向地面接收站或用戶終端發送。一般來說，為了避免與上行信號產生干擾，需要使用不同的頻段進行下行信號的轉發，例如Ku頻段（10.7～14.5GHz）或C頻段（3.7～6.5GHz）。最后，地面接收站或用戶終端通過天線接收來自衛星的4K超高清節目的信號，并對其進行解調、解碼、解壓等處理，還原原始的4K超高清節目的數據文件，并通過顯示器或其他設備進行播放。由于衛星通信涉及地面和軌道之間的距離，因此會產生一定的時延和衰減。一般來說，衛星通信的時延約為0.25秒左右，而衰減則取決于信號的頻率、帶寬、極化方式等因素。為了減少時延和衰減對4K超高清節目傳輸質量的影響，需要采用一些技術措施，例如使用更強大的發射功率、更靈敏的接收器、更先進的調制編碼技術、更有效的誤碼糾正技術等[4]。

2.2 為數字電視提供穩定節目源

衛星通信是利用人造地球衛星作為中繼站，實現地面站之間的通信。衛星通信具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、抗干擾能力強等優點，適合廣播電視系統的數字電視節目源的傳輸。數字電視是將模擬信號轉換為數字信號，通過壓縮編碼、調制、加密等技術，將音頻、視頻和數據信息以數字形式傳送到用戶終端的一種電視制式。數字電視具有畫質清晰、聲音效果好、節目多樣、互動性強等特點，是廣播電視系統的發展趨勢。首先源地面站可將數字電視節目源通過壓縮編碼、調制、加密等技術處理后，以微波信號發射到衛星上的轉發器。衛星轉發器接收到源地面站發射的微波信號后，進行頻率變換和放大，再以另一頻率的微波信號發射回地面。目的地面站接收到衛星轉發器發射回來的微波信號后，進行解調、解密、解壓縮等技術處理，還原出數字電視節目源。目的地面站將還原出的數字電視節目源通過有線或無線方式分發給用戶終端，如數字電視機、機頂盒等[5]。用戶終端接收到數字電視節目源后，進行解碼、解密等技術處理，顯示出音頻、視頻和數據信息。利用衛星通信技術搭建數字電視節目傳輸網絡的基本流程如圖1所示。

圖1 借助衛星通信技術搭建數字電視節目傳輸網絡的流程

中國中央電視臺（CCTV）就是利用衛星通信為其數字電視提供穩定節目源的一個典型案例。CCTV在北京設有源地面站，將其制作的各類數字電視節目通過壓縮編碼、調制、加密等技術處理后，以微波信號發射到亞太6A衛星上。亞太6A衛星接收到CCTV發射的微波信號后，進行頻率變換和放大，再以另一頻率的微波信號發射回地面。各省市級廣播電視臺設有目的地面站，接收到亞太6A衛星發射回來的微波信號后，進行解調、解密、解壓縮等技術處理，還原出CCTV的數字電視節目源。各省市級廣播電視臺將還原出的CCTV的數字電視節目源通過有線或無線方式分發給用戶終端，如數字電視機、機頂盒等。用戶終端接收到CCTV的數字電視節目源后，進行解碼、解密等技術處理，顯示出CCTV的音頻、視頻和數據信息。這種方式可以覆蓋廣大的地理區域，尤其是偏遠地區，提高了電視節目的普及率和觀看質量[6]。

2.3 為村村通、戶戶通工程提供支持

基于衛星通信技術的廣播電視系統是一種利用人造衛星作為中繼站，將地面發射的廣播電視信號轉發到覆蓋區域的接收終端的傳輸方式。這種系統具有覆蓋范圍廣、建設成本低、運行維護方便等優點，適合解決農村地區廣播電視信號覆蓋問題。為了實現廣播電視村村通、戶戶通工程，即讓農村群眾能夠收聽收看到國家和地方的廣播電視節目，提高農民的文化素養和生活質量，國家采用了基于衛星通信技術的廣播電視系統作為主要的傳輸手段，基本流程如下：廣播電視節目源由國家或地方的廣播電視臺制作，通過有線或無線方式送到衛星直播中心。衛星直播中心對節目源進行編碼、復用、調制等處理，將其轉換為符合衛星傳輸標準的數字信號，并通過地面發射天線向指定的衛星發射。衛星接收到地面發射的數字信號后，進行頻率轉換、放大等處理，并通過衛星發射天線向覆蓋區域重新發射。覆蓋區域內的接收終端，如村委會、農戶等，通過安裝在屋頂或其他位置的小型衛星接收天線接收到衛星發射的數字信號，并通過變頻器、解調器等設備將其還原為原始的廣播電視節目源[7]。接收終端根據需要，可以將節目源通過有線或無線方式分配給多個用戶，實現村村通、戶戶通。

例如某縣現有鄉鎮26個，行政村400個，離縣城最遠的鄉鎮距離約90公里，離鄉鎮所在地最遠的自然村距離約35公里。該縣利用基于衛星通信技術的廣播電視系統，實現了全縣所有行政村和20戶以上自然村的廣播電視覆蓋。該系統由縣級衛星直播中心、鄉鎮級應急廣播系統和村級接收終端組成?？h級衛星直播中心負責接收國家和地方的廣播電視節目源，并通過地面發射天線向亞太6A衛星發射。鄉鎮級應急廣播系統負責接收縣級應急平臺發送的信號，并通過無線分米波方式發送至全鄉所有的大喇叭。村級接收終端負責接收衛星發射的數字信號，并通過有線或無線方式分配給大喇叭、電視機等用戶。該系統不僅提供了豐富多樣的廣播電視節目，還可以實現應急指揮和信息發布功能，有效提高了農民群眾的文化生活水平和防災減災能力。

3 廣播電視衛星傳輸的未來發展趨勢

3.1 構建應急信息傳輸系統

廣播電視衛星傳輸具有抗干擾、抗破壞、抗災害的能力，可以在突發事件或自然災害等情況下，快速恢復或保障廣播電視信號的正常傳輸，為公眾提供及時準確的信息服務。例如，2020年新冠肺炎疫情期間，中國利用亞太6D衛星和亞太9號衛星，向全球免費提供了CCTV的中文國際頻道、英語國際頻道和法語國際頻道等多個頻道的信號，向世界傳遞了中國抗疫的真實情況和聲音。未來，廣播電視衛星傳輸將進一步加強與地面通信網絡的互聯互通，構建多層次、多模式、多場景的應急信息傳輸系統，提高廣播電視在應對各種突發事件中的作用和效果。

3.2 動中通廣播電視信號傳輸

動中通是指在移動平臺（如汽車、火車、飛機、船舶等）上接收和發送廣播電視信號的技術。動中通可以滿足人們在移動環境下獲取信息和娛樂的需求，拓展廣播電視的服務領域和用戶群體。例如，中國在2019年成功實現了基于高軌衛星的高速列車上的4K超高清視頻直播，展示了動中通技術在超高清視頻傳輸方面的突破。未來，廣播電視衛星傳輸將結合5G、超高清視頻、VR/AR等技術，提高動中通信號的質量、穩定性和多樣性，為用戶提供更豐富、更清晰、更沉浸式的動中通體驗[8]。

3.3 大容量信號傳輸

隨著超高清視頻、VR/AR等高帶寬、高數據率的視頻內容的不斷涌現，廣播電視衛星傳輸需要提供更大的容量和更高的速率，以滿足用戶對高清晰度、高流暢度、低時延的觀看需求。例如，中國在2020年成功發射了首顆高通量衛星亞太6D，該衛星采用了高頻段、多波束、星上處理等技術，可支持數千個4K超高清視頻同時播出，大幅提升了廣播電視衛星傳輸的容量和效率。未來，廣播電視衛星傳輸將進一步利用高頻段、大帶寬、高功率、高極化等技術，提升大容量信號傳輸的能力和質量，為用戶提供更優質的視頻服務。

4 結論

綜上所述，衛星通信在廣播電視傳輸中的主要應用路徑有衛星直播、衛星轉播、衛星上行等，其中4K超高清節目傳輸是最新的發展方向。衛星通信具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、畫質清晰等優點，為廣大觀眾提供了更多更好的電視節目選擇。