楊春寶 安徽廣播電視臺(tái)

播控中心衛(wèi)星接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

楊春寶 安徽廣播電視臺(tái)

本文主要介紹了播控中心衛(wèi)星接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。系統(tǒng)以高效安全為出發(fā)點(diǎn)，采用光纖與電纜兩種傳輸方式，運(yùn)用L波段矩陣靈活調(diào)配衛(wèi)星天線和接收機(jī)資源。用功分器隔離開(kāi)總控接收機(jī)與收錄接收機(jī)等方法，設(shè)計(jì)出滿足使用需求的衛(wèi)星接收系統(tǒng)，可為其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)此類(lèi)系統(tǒng)作參考。

衛(wèi)星天線 光纖傳輸 L波段矩陣 衛(wèi)星接收機(jī)

一、引言

衛(wèi)星接收系統(tǒng)在電視臺(tái)中的地位越來(lái)越重要，大型活動(dòng)的直播、SNG信號(hào)傳輸?shù)榷茧x不開(kāi)衛(wèi)星接收。近年來(lái)各電視臺(tái)對(duì)外來(lái)節(jié)目素材和室外直播活動(dòng)的需求逐漸增多，這同時(shí)對(duì)衛(wèi)星接收業(yè)務(wù)提出了更高的要求。借安徽廣播電視臺(tái)搬遷至天鵝湖新廣電中心的契機(jī)，播控中心設(shè)計(jì)出一個(gè)即高效又安全的衛(wèi)星接收系統(tǒng)。

二、系統(tǒng)架構(gòu)

衛(wèi)星接收系統(tǒng)要具有使用便捷、容易維護(hù)的特點(diǎn)，信號(hào)的正常接收是安全播出的重要保障。特別是一些衛(wèi)星傳輸?shù)闹匾?jié)目一旦發(fā)生播出事故，后果可能十分嚴(yán)重，因此衛(wèi)星接收系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須周密考慮，應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的各種情況，有充足的應(yīng)急備份手段，使整個(gè)衛(wèi)星接收系統(tǒng)有很高的可靠性保證。

我臺(tái)播控中心老的衛(wèi)星接收系統(tǒng)采用的是高頻頭過(guò)功分器連接多臺(tái)衛(wèi)星接收機(jī)的接收方式，采用單本振雙極化高頻頭，高頻頭供電取自衛(wèi)星接收機(jī)。由于使用了功分器，高頻頭工作電壓取決于各接收機(jī)輸出的最高電壓，實(shí)際只能接收一路單極化信號(hào)，接收另一個(gè)極化信號(hào)需要另外一面天線，一臺(tái)接收機(jī)一旦電壓設(shè)置錯(cuò)誤，則可能會(huì)影響到其他接收機(jī)。一個(gè)高頻頭故障也會(huì)影響到多臺(tái)接收機(jī)接收。由于采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式，系統(tǒng)靈活性較差，對(duì)于一些臨時(shí)衛(wèi)星接收任務(wù)有時(shí)要重新拔線接線。系統(tǒng)內(nèi)未配置電動(dòng)天線，無(wú)法完成一些固定天線外可接收的衛(wèi)星信號(hào)。用于節(jié)目錄制的收錄接收機(jī)與直接參與播出的總控接收機(jī)共用衛(wèi)星天線，安全性得不到保障。

圖1 衛(wèi)星接收系統(tǒng)架構(gòu)圖

基于系統(tǒng)高效和安全兩個(gè)方面的考慮，結(jié)合衛(wèi)星接收技術(shù)發(fā)展的新趨勢(shì)，播控中心新的衛(wèi)星接收系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路如下：（1）根據(jù)天線場(chǎng)地情況，以高質(zhì)量接收為目的，確定光纖傳輸和電纜傳輸兩種傳輸方式；（2）拋棄原有的接收機(jī)與高頻頭點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，引入L波段矩陣靈活調(diào)配衛(wèi)星天線和接收機(jī)資源；（3）采用功分器將總控接收機(jī)與收錄接收機(jī)分開(kāi)，收錄接收機(jī)接在L波段矩陣輸出端，受控于矩陣，總控接收機(jī)單獨(dú)手動(dòng)控制，這樣可防止L波段矩陣切換可能對(duì)總控接收機(jī)造成影響。衛(wèi)星接收系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1。

下面分為室外系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)兩部分作詳細(xì)介紹。

三、室外系統(tǒng)

3.1 傳輸方式

安徽廣電新中心主樓有46層，播控中心機(jī)房位于裙樓的第7層，從第7層開(kāi)始采取每層縮進(jìn)式的建筑結(jié)構(gòu)，新聞中心的演播室采用了6層7層連通挑高設(shè)計(jì)，演播室上空周?chē)鷽](méi)有主梁承重，所以8樓平臺(tái)（7樓新聞中心頂部）不能安裝衛(wèi)星天線?？紤]到傳輸距離的條件，分配給衛(wèi)星天線接收的場(chǎng)地是7樓平臺(tái)和9樓平臺(tái)。經(jīng)過(guò)測(cè)量從7樓平臺(tái)最遠(yuǎn)處到機(jī)房衛(wèi)星接收設(shè)備的機(jī)架位置約為200米，最近處約為160米，這么遠(yuǎn)的距離使用射頻電纜傳輸會(huì)對(duì)信號(hào)造成較大的衰減，即使采用射頻電纜加線性放大器，接收效果也不令人滿意。因此我們考慮使用光纖傳輸。由于采取縮進(jìn)式建筑結(jié)構(gòu)，9樓平臺(tái)經(jīng)弱電井到機(jī)房的距離要比7樓近很多，最遠(yuǎn)處約為100米，最近處約為60米，可采用同軸電纜加線性放大器傳輸，可以滿足使用需求。

3.2 衛(wèi)星天線

根據(jù)7樓平臺(tái)和9樓平臺(tái)的空間位置，結(jié)合目前和今后衛(wèi)星接收信號(hào)的需求，按照廣電總局關(guān)于安全播出的規(guī)定，我們規(guī)劃安裝22面衛(wèi)星接收天線。考慮到樓頂載荷和防風(fēng)性能等要求，我們選用20面3.7m固定網(wǎng)狀天線，電動(dòng)天線作為機(jī)動(dòng)使用天線，接收性能要求較高，選用了2面4.5m的板狀天線。大樓施工時(shí)在7樓和9樓平臺(tái)預(yù)留了承重柱，天線的底座都固定在這些承重柱上，并在外圍澆鑄混凝土，保證天線基座的牢固，對(duì)于尺寸較大的板狀天線的基座進(jìn)行了特殊加固。高頻頭的選用對(duì)信號(hào)輸出質(zhì)量至關(guān)重要，我們選用了接收效果較好的單極化單輸出的高頻頭，除電動(dòng)天線外每面固定天線均配置雙極化饋源，安裝水平垂直極化高頻頭各一個(gè)，電動(dòng)天線的極化控制器可調(diào)整高頻頭極化角，只需安裝一個(gè)高頻頭，共計(jì)42個(gè)高頻頭。高頻頭所需工作電源，7樓天線由光發(fā)設(shè)備提供，9樓天線由機(jī)房?jī)?nèi)集中供電器提供。

表1 衛(wèi)星天線配置表

由于主樓采取了每層縮進(jìn)式建筑結(jié)構(gòu)，使得9樓平臺(tái)由于主樓樓體遮擋無(wú)法接收南偏東的衛(wèi)星信號(hào)，因此我們將2面電動(dòng)天線和6面接收南偏東的固定天線放置在7樓平臺(tái)，接收南偏西的14面天線放在9樓平臺(tái)。根據(jù)我臺(tái)的衛(wèi)星接收使用現(xiàn)狀，規(guī)劃C波段天線11面，Ku波段天線11面，重點(diǎn)使用的衛(wèi)星還增加了備份天線，如中星6A號(hào)和中星6B號(hào)C波段是中央臺(tái)及省級(jí)衛(wèi)星信號(hào)源，主要用于收錄系統(tǒng)節(jié)目錄制和中央臺(tái)新聞聯(lián)播高標(biāo)清信號(hào)轉(zhuǎn)播，因此各配置3面天線；中星10號(hào)、亞洲7號(hào)和亞洲5號(hào)Ku波段是我臺(tái)及合作單位最常用的SNG信號(hào)源，其中亞洲7號(hào)使用頻率最高，因此各配置了2面、4面和2面天線；2面電動(dòng)接收天線3軸可調(diào)，可以作為其他固定天線的備份；中星6B號(hào)衛(wèi)星因?yàn)闆](méi)有Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，故沒(méi)有配置天線。衛(wèi)星天線具體配置如表1。

3.3 光發(fā)設(shè)備

光發(fā)射機(jī)可以將衛(wèi)星天線高頻頭LNB接收的衛(wèi)星信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)全透明，高質(zhì)量、長(zhǎng)距離的傳輸。由于7樓平臺(tái)天線場(chǎng)到機(jī)房距離較遠(yuǎn)，所以我們采用光纖傳輸方式。在光發(fā)設(shè)備的選擇上，之前準(zhǔn)備將野外型光發(fā)機(jī)箱放置與衛(wèi)星天線下方，但考慮到長(zhǎng)期戶外工作環(huán)境和極端惡劣天氣可能會(huì)對(duì)光發(fā)機(jī)箱的工作狀態(tài)造成影響，我們?cè)?樓平臺(tái)上的樓梯間建了一個(gè)約3平方的小機(jī)房安放設(shè)備，所需的工作電源從供電機(jī)房配電柜經(jīng)過(guò)UPS接至室外小機(jī)房。野外型光發(fā)機(jī)箱采用IP65全天候防水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最高支持6塊熱插拔式L波段光發(fā)模塊，使用 100-220VAC雙電源供電。我們使用了3臺(tái)光發(fā)機(jī)箱，預(yù)留4個(gè)光發(fā)模塊擴(kuò)展能力。光發(fā)模塊自帶13/18V可選直流電壓輸出，可以給7樓平臺(tái)衛(wèi)星天線高頻頭供電， 內(nèi)置高動(dòng)態(tài)范圍激光器， 工作波長(zhǎng)1310nm， 輸出增益可調(diào)，以補(bǔ)償傳輸時(shí)的光纖損耗。天線高頻頭下來(lái)的射頻電纜進(jìn)光發(fā)模塊輸入口，輸出為接口類(lèi)型FC的光信號(hào)，所有的光信號(hào)通過(guò)光纖成端盒經(jīng)光纜傳輸至機(jī)房。為了保證設(shè)備正常工作，在小機(jī)房?jī)?nèi)還安裝了一臺(tái)空調(diào)，空調(diào)電源與設(shè)備電源相互獨(dú)立，保證設(shè)備的正常工作。

3.4 防雷設(shè)計(jì)

衛(wèi)星接收天線架設(shè)在室外建筑物的頂端或平臺(tái)，容易遭受到雷電的襲擊，影響天線正常接收。如果在前端附近發(fā)生雷擊，則會(huì)在機(jī)房?jī)?nèi)的金屬機(jī)箱和外殼上感應(yīng)出高電壓，危及設(shè)備及人身安全。為保證衛(wèi)星接收系統(tǒng)正常工作，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)增加防雷措施。防雷系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，我們請(qǐng)了專(zhuān)業(yè)防雷公司設(shè)計(jì)安裝。

所有衛(wèi)星接收天線的接地使用扁鋼焊在一起，這樣就形成了一個(gè)接地網(wǎng)。避雷針與接地網(wǎng)相連，避雷針的高度根據(jù)實(shí)際情況按“滾球法”計(jì)算選用了5.5m的優(yōu)化避雷針，避雷針與天線之間的水平間距大于3米，并對(duì)避雷針底座采取了澆鑄混凝土的加固措施。避雷針通過(guò)接地扁鋼與女兒墻上預(yù)留的的避雷帶連接。播控中心機(jī)房?jī)?nèi)的所有設(shè)備，輸入、輸出電纜的屏蔽層，金屬管道等都需要接地，設(shè)備接地與交流供電系統(tǒng)的地線在總接地處連接通過(guò)地板下鋪設(shè)的銅條與大地相連。為防止將雷電引入7樓平臺(tái)小機(jī)房，還在小機(jī)房?jī)?nèi)安裝了電源防雷器。

四、室內(nèi)系統(tǒng)

4.1 光收設(shè)備和供電器

光接收機(jī)的功能就是恢復(fù)出光纖傳輸后由光載波所攜帶的信息，與光發(fā)射機(jī)共同完成光纖傳輸?shù)娜蝿?wù)。我們選用的光收設(shè)備采用插卡式模塊設(shè)計(jì)，帶有增益控制和工作指示燈，每個(gè)模塊配置1路光纖輸入、1路射頻輸出，光纜經(jīng)成端盒分出光纖尾纖，進(jìn)光收模塊的輸入，輸出的就是射頻信號(hào)。每個(gè)機(jī)箱尺寸為3U，機(jī)箱采用雙電源互為備用供電，最多可插8個(gè)光收模塊。我們使用了2個(gè)機(jī)箱，14個(gè)光收模塊，預(yù)留了2個(gè)光收模塊的備份擴(kuò)展能力。

在早期的衛(wèi)星接收系統(tǒng)中，LNB工作所需的供電都是通過(guò)接收機(jī)直接供電，由于系統(tǒng)使用了具有隔直流的L波段矩陣，因此要在系統(tǒng)配置LNB集中供電器。光纖傳輸方式中已經(jīng)有光發(fā)設(shè)備給LNB供電，射頻電纜傳輸方式中我們采取在機(jī)房?jī)?nèi)LNB使用集中供電器給LNB供電。LNB集中供電器機(jī)箱采用雙電源互為備用供電，接口類(lèi)型為F頭，每臺(tái)可提供16個(gè)輸出18V直流電源，各輸出口獨(dú)立工作，我們使用了2臺(tái)，預(yù)留4個(gè)輸出口備份擴(kuò)展能力。

4.2 線放器和功分器

由于射頻電纜傳輸還存在一定衰減，為保證信號(hào)接收質(zhì)量，我們?cè)谙到y(tǒng)中加入了高增益的線性放大器，它可以補(bǔ)償在同軸電纜傳輸中所導(dǎo)致的電平損耗，其面板電位器可調(diào)節(jié)增益值。

我們還選用了工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、基本上無(wú)噪聲的無(wú)源二路功分器，功分器各端口輸入輸出電平具有良好的一致性及優(yōu)異的隔離度。功分器將信號(hào)一分為二，一路直接進(jìn)參與播出的總控衛(wèi)星接收機(jī)，另一路進(jìn)L波段矩陣分配給需要切換輸入源的收錄衛(wèi)星接收機(jī)。通過(guò)功分器將總控接收機(jī)和收錄接收機(jī)隔離開(kāi)來(lái)，這樣避免了L矩陣切換可能對(duì)參與播出的總控接收機(jī)造成的影響，對(duì)播出安全起到保障作用。受制于矩陣輸出口限制，所能接的衛(wèi)星接收機(jī)數(shù)量較少，加入功分器還可擴(kuò)展衛(wèi)星接收機(jī)的接入數(shù)量。

4.3 L波段矩陣

系統(tǒng)中配置了一臺(tái)32*32的L波段矩陣，可以靈活調(diào)配衛(wèi)星天線和接收機(jī)資源，收錄衛(wèi)星接收機(jī)經(jīng)常會(huì)連續(xù)接收來(lái)自不同衛(wèi)星的信號(hào)收錄任務(wù)，需要L波段矩陣切換信號(hào)源，這對(duì)于收錄系統(tǒng)的運(yùn)行是非常高效的。我們將收錄接收機(jī)全部接在L波段矩陣輸出端，矩陣的各項(xiàng)控制全部交給收錄系統(tǒng)完成。L波段矩陣帶雙路自備份電源，采用無(wú)源背板設(shè)計(jì)，支持矩陣級(jí)聯(lián)擴(kuò)展，輸入輸出板卡支持熱插拔，有兩塊熱插拔自備份控制板卡，實(shí)時(shí)相互檢測(cè)對(duì)方的狀態(tài)，每塊控制板卡有以太網(wǎng)口和串行接口兩種控制方式。主機(jī)控制面板采用觸摸液晶屏設(shè)計(jì)，可以方便地查看每一路輸出狀態(tài)和進(jìn)行路由切換。為防止L波段矩陣故障，我們?cè)诰仃囕斎胼敵龆诉€配置了跳線排用來(lái)應(yīng)急使用。

表2 系統(tǒng)內(nèi)衛(wèi)星接收機(jī)主要功能

4.4 衛(wèi)星接收機(jī)

系統(tǒng)內(nèi)供配置了40臺(tái)接收機(jī)，其中總控接收機(jī)20臺(tái)，收錄接收機(jī)20臺(tái)，總控接收機(jī)主要用于CCTV高標(biāo)清衛(wèi)星信號(hào)、SNG信號(hào)和大型活動(dòng)直播衛(wèi)星信號(hào)的接收，參與播出；收錄接收機(jī)主要用于接收每日中央臺(tái)、省級(jí)衛(wèi)視、新華社及臨時(shí)接收任務(wù)等節(jié)目信號(hào)的接收，不參與播出。所有接收機(jī)都為高標(biāo)清兼容，分為RX8200和D2000兩種型號(hào)，RX8200的高級(jí)功能為額外付費(fèi)可選項(xiàng)，根據(jù)我臺(tái)實(shí)際使用需求進(jìn)行了購(gòu)買(mǎi)部分高級(jí)功能。RX8200支持4路L波段輸入，對(duì)于一面天線下來(lái)的兩路信號(hào)，水平信號(hào)接在INPUT1和垂直信號(hào)接在INPUT2，可以通過(guò)輸入選擇需要的信號(hào)源。D2000為DVB-S版本，主要任務(wù)是接收AVS+信號(hào)。兩種接收機(jī)都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，如參數(shù)調(diào)整、狀態(tài)查看等，主要功能如表2。

圖2 天線調(diào)星簡(jiǎn)圖

五、系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)硬件搭建完成后，接下來(lái)就是對(duì)系統(tǒng)調(diào)試。除了將各硬件設(shè)備按照要求正確安裝和配置外，天線調(diào)星和接收機(jī)操作是非常重要的兩方面。

5.1 天線調(diào)星

我們將高頻頭下來(lái)的饋線通過(guò)功分器一分為二，一路進(jìn)衛(wèi)星接收機(jī)，接收機(jī)輸出電壓要打開(kāi)，給高頻頭供電，高頻頭才能正常工作。另一路進(jìn)頻譜儀，天線調(diào)星簡(jiǎn)圖如圖2所示。根據(jù)所在地的經(jīng)緯度，通過(guò)查詢得知要調(diào)星天線的方位角和俯仰角，將天線初步固定，此時(shí)天線方位和俯仰還有一定的調(diào)整范圍。在頻譜儀中輸入要調(diào)星的信標(biāo)頻率，選擇較小帶寬，然后耐心地小范圍晃動(dòng)天線并觀察頻譜儀，當(dāng)信標(biāo)出現(xiàn)時(shí)再細(xì)心調(diào)整天線，直到信標(biāo)電平值為最大時(shí)鎖定天線，記錄下電平值，再看另一極化信標(biāo)電平值情況。通過(guò)多次耐心調(diào)整天線方位角和俯仰角，使兩個(gè)極化信標(biāo)電平值都較大的時(shí)候，鎖定天線，調(diào)星完成。系統(tǒng)中有電動(dòng)天線，我們細(xì)心調(diào)整電動(dòng)天線的方位角、俯仰角和極化角，得出來(lái)的信標(biāo)電平值可以作為調(diào)整固定天線的參考。

5.2 接收機(jī)操作

衛(wèi)星接收機(jī)的操作關(guān)系到能否接收到并解碼出所需要的視音頻信號(hào)。除了傳統(tǒng)的面板操作外，還可以通過(guò)Web瀏覽器進(jìn)行操作，這種操作方式更為高效便捷。我們將所有的衛(wèi)星接收機(jī)組成一個(gè)局域網(wǎng)，給每臺(tái)接收機(jī)分配了一個(gè)IP地址，并配置了一臺(tái)管理計(jì)算機(jī)。打開(kāi)瀏覽器，輸入要訪問(wèn)的接收機(jī)IP地址，就可以看到操作界面網(wǎng)頁(yè)。面板上所有功能都可以在瀏覽器中實(shí)現(xiàn)，并且功能菜單導(dǎo)航相比面板菜單更加清晰，便于使用。我們可以在瀏覽器中查看接收機(jī)狀態(tài)、設(shè)備信息、故障報(bào)警等信息，還可以設(shè)置輸入輸出各項(xiàng)參數(shù)、選擇解碼服務(wù)、解密已加密的節(jié)目等。對(duì)于常用的節(jié)目參數(shù)還可以預(yù)設(shè)在接收機(jī)里，下次用到時(shí)可以直接調(diào)出來(lái)，瀏覽器操作界面如圖3。

圖3 接收機(jī)瀏覽器操作界面

六、 結(jié)語(yǔ)

衛(wèi)星接收系統(tǒng)自建成以來(lái)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合要求，除每日衛(wèi)星節(jié)目收錄和轉(zhuǎn)播中央臺(tái)信號(hào)外，還經(jīng)歷了百余場(chǎng)直播的考驗(yàn)，運(yùn)行高效穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目的，為我臺(tái)節(jié)目生產(chǎn)和安全播出提供了重要保障。