卫星通信在广播电视传输中的实践应用

韦漫涛

山西广播电视台，山西太原，030021

0 引言

广播电视卫星传输是指利用人造地球卫星作为中继站，将广播电视信号从地面发射到卫星，再从卫星转发到地面接收站或用户终端的一种通信方式。广播电视卫星传输具有覆盖范围广、容量大、成本低、灵活性高等优点，是实现广播电视信息化、智慧化、融合化的重要技术手段。随着5G、云计算、人工智能等新一代信息技术的快速发展，广播电视卫星传输也面临着新的机遇和挑战，需要不断创新和优化，以适应广播电视和网络视听产业的高质量发展需求[1]。

1 我国广播电视事业发展状况与卫星通信技术应用价值

我国的广播电视事业经过几十年的发展，已经形成了覆盖全国各地区、各民族、各语种的广泛传播网络，为人民群众提供了丰富多彩的文化娱乐节目和新闻信息服务。我国的广播电视传播方式主要有有线电视、无线电视、卫星电视和网络电视四种，其中卫星电视是利用卫星通信技术实现的一种高效、便捷、广覆盖的传播方式。卫星广播电视技术是利用人造卫星作为中继平台，将地面广播电视信号传送到覆盖范围内的接收设备的一种通信方式。卫星广播电视技术具有覆盖范围广、传输质量高、节目多样、成本低廉等优点，是实现广播电视信息共享和普及的重要手段。卫星广播电视技术的发展经历了从地球静止轨道（GEO）卫星到中轨（MEO）和低轨（LEO）卫星，从模拟信号到数字信号，从单向传输到双向交互，从单一业务到多媒体融合的演进过程。目前，我国已建成了以GEO卫星为主体、MEO和LEO卫星为补充的卫星广播电视网络，形成了以央视为核心、地方台为支撑、专业频道为特色的节目供给体系，实现了对全国和部分海外地区的覆盖服务[2]。

卫星通信技术的覆盖范围广，可以实现跨越大陆、洲际或全球的通信；信息传输速率高，可以满足高清晰度、超高清晰度等多种格式的视频传输需求；抗干扰能力强，可以在复杂的电磁环境中保证通信质量；灵活性高，可根据用户需求随时调整通信参数和服务内容；经济性好，可以节省地面基础设施的建设和维护成本。为促进我国广播电视事业发展，应借助卫星通信技术改造节目传输网络，进一步提高广播电视节目的覆盖率和质量，使更多的人民群众能够享受到优质的广播电视服务；促进广播电视节目的多样化和创新，使广播电视节目能够更好地反映社会现实和人民需求[3]。卫星通信广播电视的优点如表1所示。

表1 卫星通信广播电视的优点

2 卫星通信在广播电视传输中的主要应用路径

2.1 4K超高清节目传输

随着科技的发展，卫星通信在广播电视传输中也不断创新和进步，其中最引人注目的是4K超高清节目传输。4K超高清是指具有3840×2160像素分辨率的视频格式，其画质比普通高清（HD）提高了四倍，能够呈现更细腻、更逼真、更震撼的视觉效果。然而，4K超高清节目也带来了更高的传输要求，需要更大的带宽和更高的编码效率。为了解决这一问题，卫星通信采用了高阶调制、高效编码、多路复用等技术，提高了信道容量和频谱利用率，实现了4K超高清节目的稳定和高质量传输。例如，欧洲广播联盟（EBU）就通过欧洲Astra 3B卫星成功进行了4K超高清节目的实验性转播。

首先，需要使用专业的4K摄像机或其他设备拍摄或制作4K超高清节目，然后对其进行编辑、压缩、编码等处理，生成符合国际标准的4K超高清节目的数据文件。其次，需要将4K超高清节目的数据文件通过光纤或其他方式传输到地面发射站，然后由发射站将其调制为适合卫星通信的信号，并通过天线向轨道上的卫星发送。一般来说，为了保证4K超高清节目的传输质量和效率，需要使用较高的频率和较大的带宽，例如Ka频段（26.5～40GHz）或Q/V频段（40～75GHz）。再次，卫星收到来自地面发射站的4K超高清节目的信号后，需要对其进行放大、转换、重定向等操作，并通过另一根天线向地面接收站或用户终端发送。一般来说，为了避免与上行信号产生干扰，需要使用不同的频段进行下行信号的转发，例如Ku频段（10.7～14.5GHz）或C频段（3.7～6.5GHz）。最后，地面接收站或用户终端通过天线接收来自卫星的4K超高清节目的信号，并对其进行解调、解码、解压等处理，还原原始的4K超高清节目的数据文件，并通过显示器或其他设备进行播放。由于卫星通信涉及地面和轨道之间的距离，因此会产生一定的时延和衰减。一般来说，卫星通信的时延约为0.25秒左右，而衰减则取决于信号的频率、带宽、极化方式等因素。为了减少时延和衰减对4K超高清节目传输质量的影响，需要采用一些技术措施，例如使用更强大的发射功率、更灵敏的接收器、更先进的调制编码技术、更有效的误码纠正技术等[4]。

2.2 为数字电视提供稳定节目源

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，实现地面站之间的通信。卫星通信具有覆盖范围广、传输速度快、抗干扰能力强等优点，适合广播电视系统的数字电视节目源的传输。数字电视是将模拟信号转换为数字信号，通过压缩编码、调制、加密等技术，将音频、视频和数据信息以数字形式传送到用户终端的一种电视制式。数字电视具有画质清晰、声音效果好、节目多样、互动性强等特点，是广播电视系统的发展趋势。首先源地面站可将数字电视节目源通过压缩编码、调制、加密等技术处理后，以微波信号发射到卫星上的转发器。卫星转发器接收到源地面站发射的微波信号后，进行频率变换和放大，再以另一频率的微波信号发射回地面。目的地面站接收到卫星转发器发射回来的微波信号后，进行解调、解密、解压缩等技术处理，还原出数字电视节目源。目的地面站将还原出的数字电视节目源通过有线或无线方式分发给用户终端，如数字电视机、机顶盒等[5]。用户终端接收到数字电视节目源后，进行解码、解密等技术处理，显示出音频、视频和数据信息。利用卫星通信技术搭建数字电视节目传输网络的基本流程如图1所示。

图1 借助卫星通信技术搭建数字电视节目传输网络的流程

中国中央电视台（CCTV）就是利用卫星通信为其数字电视提供稳定节目源的一个典型案例。CCTV在北京设有源地面站，将其制作的各类数字电视节目通过压缩编码、调制、加密等技术处理后，以微波信号发射到亚太6A卫星上。亚太6A卫星接收到CCTV发射的微波信号后，进行频率变换和放大，再以另一频率的微波信号发射回地面。各省市级广播电视台设有目的地面站，接收到亚太6A卫星发射回来的微波信号后，进行解调、解密、解压缩等技术处理，还原出CCTV的数字电视节目源。各省市级广播电视台将还原出的CCTV的数字电视节目源通过有线或无线方式分发给用户终端，如数字电视机、机顶盒等。用户终端接收到CCTV的数字电视节目源后，进行解码、解密等技术处理，显示出CCTV的音频、视频和数据信息。这种方式可以覆盖广大的地理区域，尤其是偏远地区，提高了电视节目的普及率和观看质量[6]。

2.3 为村村通、户户通工程提供支持

基于卫星通信技术的广播电视系统是一种利用人造卫星作为中继站，将地面发射的广播电视信号转发到覆盖区域的接收终端的传输方式。这种系统具有覆盖范围广、建设成本低、运行维护方便等优点，适合解决农村地区广播电视信号覆盖问题。为了实现广播电视村村通、户户通工程，即让农村群众能够收听收看到国家和地方的广播电视节目，提高农民的文化素养和生活质量，国家采用了基于卫星通信技术的广播电视系统作为主要的传输手段，基本流程如下：广播电视节目源由国家或地方的广播电视台制作，通过有线或无线方式送到卫星直播中心。卫星直播中心对节目源进行编码、复用、调制等处理，将其转换为符合卫星传输标准的数字信号，并通过地面发射天线向指定的卫星发射。卫星接收到地面发射的数字信号后，进行频率转换、放大等处理，并通过卫星发射天线向覆盖区域重新发射。覆盖区域内的接收终端，如村委会、农户等，通过安装在屋顶或其他位置的小型卫星接收天线接收到卫星发射的数字信号，并通过变频器、解调器等设备将其还原为原始的广播电视节目源[7]。接收终端根据需要，可以将节目源通过有线或无线方式分配给多个用户，实现村村通、户户通。

例如某县现有乡镇26个，行政村400个，离县城最远的乡镇距离约90公里，离乡镇所在地最远的自然村距离约35公里。该县利用基于卫星通信技术的广播电视系统，实现了全县所有行政村和20户以上自然村的广播电视覆盖。该系统由县级卫星直播中心、乡镇级应急广播系统和村级接收终端组成。县级卫星直播中心负责接收国家和地方的广播电视节目源，并通过地面发射天线向亚太6A卫星发射。乡镇级应急广播系统负责接收县级应急平台发送的信号，并通过无线分米波方式发送至全乡所有的大喇叭。村级接收终端负责接收卫星发射的数字信号，并通过有线或无线方式分配给大喇叭、电视机等用户。该系统不仅提供了丰富多样的广播电视节目，还可以实现应急指挥和信息发布功能，有效提高了农民群众的文化生活水平和防灾减灾能力。

3 广播电视卫星传输的未来发展趋势

3.1 构建应急信息传输系统

广播电视卫星传输具有抗干扰、抗破坏、抗灾害的能力，可以在突发事件或自然灾害等情况下，快速恢复或保障广播电视信号的正常传输，为公众提供及时准确的信息服务。例如，2020年新冠肺炎疫情期间，中国利用亚太6D卫星和亚太9号卫星，向全球免费提供了CCTV的中文国际频道、英语国际频道和法语国际频道等多个频道的信号，向世界传递了中国抗疫的真实情况和声音。未来，广播电视卫星传输将进一步加强与地面通信网络的互联互通，构建多层次、多模式、多场景的应急信息传输系统，提高广播电视在应对各种突发事件中的作用和效果。

3.2 动中通广播电视信号传输

动中通是指在移动平台（如汽车、火车、飞机、船舶等）上接收和发送广播电视信号的技术。动中通可以满足人们在移动环境下获取信息和娱乐的需求，拓展广播电视的服务领域和用户群体。例如，中国在2019年成功实现了基于高轨卫星的高速列车上的4K超高清视频直播，展示了动中通技术在超高清视频传输方面的突破。未来，广播电视卫星传输将结合5G、超高清视频、VR/AR等技术，提高动中通信号的质量、稳定性和多样性，为用户提供更丰富、更清晰、更沉浸式的动中通体验[8]。

3.3 大容量信号传输

随着超高清视频、VR/AR等高带宽、高数据率的视频内容的不断涌现，广播电视卫星传输需要提供更大的容量和更高的速率，以满足用户对高清晰度、高流畅度、低时延的观看需求。例如，中国在2020年成功发射了首颗高通量卫星亚太6D，该卫星采用了高频段、多波束、星上处理等技术，可支持数千个4K超高清视频同时播出，大幅提升了广播电视卫星传输的容量和效率。未来，广播电视卫星传输将进一步利用高频段、大带宽、高功率、高极化等技术，提升大容量信号传输的能力和质量，为用户提供更优质的视频服务。

4 结论

综上所述，卫星通信在广播电视传输中的主要应用路径有卫星直播、卫星转播、卫星上行等，其中4K超高清节目传输是最新的发展方向。卫星通信具有覆盖范围广、传输速度快、画质清晰等优点，为广大观众提供了更多更好的电视节目选择。