卫星广播技术及应用前景
2019-11-05 02:52:51
供稿：网友
中心人民广播电台 洪萍
在互联网时代，我们可以听到来自世界各地的CD音质的广播节目。然而，收听网上节目有其非凡要求和不便之处，收听成本也比较高。其实，人们的收听要求是：随时、随地、便携、便宜，并且收听习惯不用改变。有没有什么手段可以满足上述要求呢？
广播技术发展到今天，满足上述收听要求的手段已经成熟并投入实际应用，这就是卫星直播广播，而且它可以实现多媒体直播。
卫星直播广播利用卫星实现广播节目的大范围覆盖，听众可以使用与普通收音机相仿的接收机收听节目。由于节目是以数字方式传送的，音质可以达到CD级，受自然条件的负面影响很小。
一、卫星广播的原理
卫星广播系统由地球同步卫星、广播上行站、数字接收机及地面控制运营网络组成。广播流程如下：
1、电台的信号上行可以通过传统的“总站”方法来实现，即各电台将信号传给一个中心站进行处理，然后再从这里统一传输给卫星的透明转发器部分。另一种方案是选择采用更小、更方便的上行馈送站，通过星上处理转发器将这些不同的信号转换成单一的下行信号，再发送回地面。
2、卫星转发器向地面发送数字广播信号，实现覆盖。无论使用“总站”还是“分站”上行方式，传输到用户端的信号都是完全一样的。
3、地面广播接收机接收、播放节目。
就流程而言，卫星广播与卫星电视基本相同。不同的是：卫星广播接收机无需大型抛物形天线，只要用小型便携式接收机就可以收听广播节目。接收机上带有直径为10cm左右的圆形天线。
卫星广播的特点是方向性不强，这一点与数字卫星电视广播不同。在世界任何地区，如山区、公海、森林都可以很清楚地收听节目，因为直播卫星辐射功率大，覆盖区域内EIRP值高，故其接收系统比一般通信卫星接收系统简单、小巧、价廉。
二、卫星广播的发展
广播在20世纪20年代诞生后，经历了调幅、调频两个发展阶段，正快步进入数字化的第三个阶段。首先登场的是欧洲国家于90年代中推出的DAB（digital audio broadcasting）系统，它成为国际电信联盟（ITU）认可的地面数字音频广播系统。近年来，世界上不少有实力的广播机构纷纷以这一系统正式开播或试播数字音频节目。中国广播媒体动作十分迅速，1996年12月16日在广东佛山广播电视中心进行了DAB首次试播。
时至20世纪末，经国际电信联盟认可的另一套数字音频广播系统已登场亮相。这就是世广卫星集团（WorldSpace）推出的卫星数字音频广播系统。
卫星广播到现在经历了4个阶段：
1、无压缩的数字卫星广播（DSR）：世界上最早的数字声广播，用于直接固定接收，一个卫星转发器可传送16套CD质量的立体声节目。传送的节目通过频率变换也可进入电缆网。但缺点是不能移动接收，没有数据业务，没有进行数据率压缩，因此频谱利用不经济。
2、阿斯特拉卫星数字声音广播(ADR)，与模拟电视节目一起，通过卫星传送，用于直接接收，也可整个转发器完全用于传送声音广播节目。特点是，使用了数字压缩技术，频谱利用率高一个转发器可传送12套(与模拟电视一起传送时)或48套(无电视节目时)达CD质量的立体声节目，缺点是不适于移动接收。
3、数字音频广播(DAB)其特点是：抗衰落能力强，适合于固定便携和移动接收，可利用地面、电缆和卫星进行覆盖，声音质量达CD水平，可工作于不同的波段(从VHF--L波段)，可单频网运行，节约频谱。是多媒体广播，既可传送声音节目，又有大量的数据率可用于数据业。
4、世广卫星数字声广播(Worldspace)，作用范围大：三颗星可覆盖整个南半球。波束多、信道多：每颗卫星有3个波束，每个波束可有96个基本信道。
三、世广卫星广播系统
世广卫星系统是由世广卫星集团投入巨资创建的、目前全世界唯一的为全球提供数字音频和多媒体卫星直播业务的卫星系统。
世广卫星集团于1990年成立，总部在美国华盛顿，是一家提供数字音频和多媒体广播业务的新媒体跨国公司。
该卫星系统有3颗同步轨道卫星组成，分别称为“亚洲之星”、“非洲之星”和“美洲之星”，用于覆盖亚洲、非洲、拉丁美洲以及欧洲的部分地区，覆盖人口超过46亿。其中“非洲之星”已于1998年10月发射成功并投入运行，亚洲之星于2000年3月21日发射成功并投入运行。亚洲之星北波束不但覆盖了全部中国领土，还覆盖蒙古、日本、俄罗斯、朝鲜、韩国、台湾、香港和澳门等国家和地区
在世广系统支持下，人们可以通过轻便的便携式接收机，直接接收由卫星传送的音频节目以及高速传输的图像、文字、数据、软件等多媒体数据。
?世广卫星资源
世广的卫星系统由三颗定位于赤道上空35000公里的地球同步卫星构成。
非洲之星（AfriStar）：定点在东经21度，覆盖非洲、中东、海湾地区及近东部分地区。已于98年10月28日发射成功，并于99年10月投入商业运行。
亚洲之星（AsiaStar）：定点在东经105度，覆盖印度次大陆、中国、日本及印度尼西亚。已于2000年3月22日发射成功。
美洲之星（AmeriStar）：定点在西经95度，覆盖拉丁美洲和加勒比地区。计划于2001年底发射。
每颗星有两种转发器：透明转发器（3个）和处理转发器（3个）。每个转发器产生一个TDM载波，共六个TDM载波。
其中亚洲之星北波束覆盖了全部中国领土。
世广卫星功率高，波束强，每个波束可以传送近一百套数字音频节目或多媒体节目，覆盖大约1400万平方公里的面积。
卫星系统下行使用L波段，广播机构的上行线路使用X波段7025到7075兆赫频段。世广卫星系统通过加大星上有效载荷的技术含量等措施，努力降低接收机的技术要求，从而有效降低了接收机的制造成本。
?世广星上处理
世广的每颗星上有两种通讯载荷。一是有处理功能的载荷，一是透明转发载荷。每一载荷有三个下行TDM载波。
1、处理有效载荷
处理载荷接收来自处理馈送站的6个上行SCPC FDMA基本信道载波组，经变频、基本信道载波区分、解调得到它们的基带信号并与星上时钟同步。根据广播业务需要，基本信道比特由相应的TDM比特流合成器放置在各自的TDM帧的时隙中。TDM比特流经QPSK调制得到中频，经上变频、功率放大得到L波段下行载波。
2、透明有效载波
每个上行TDM载波由透明上行总站发至卫星。每颗卫星上有三个透明转发器，将上行TDM载波下变频为1467-1492MHz频段内的载波，不做任何星上处理或信道转接工作。每个转发器对接收到的TDM载波进行中频变换、载波、变复为L波段、高功率放大后，经天线发送得到下行波束。该下行TDM载波与处理转发器的下行载波完全相同。
?世广接收机及其原理
世广卫星接收机与普通收音机外形相仿，可直接接收卫星广播的数百个节目信道。不同之处在于其“可视性”――可以显示节目频道菜单。这些频道中有保真率低的（相当于中波电台的音质）和保真率高的（相当于最好的CD播放机的音质）。菜单滚动显示可以收到的所有节目。听众可以事先根据自己喜欢的语种和节目类型，自定义一个节目单。例如，一个喜欢收听世界各地各种新闻的讲英语的听众可以将接收机设定为只显示英语新闻节目。世广接收机另一个特点是，可接收声音、数据和图像等多媒体数据，属于便携式多媒体接收机。 世广接收机通过小巧、可分离式天线直接接收卫星的信号。世广使用了专用的StarManTM集成电路芯片，使得接收机小巧、便宜，但是功能强大。
接收机以芯片STARMAN为核心，附加必要的输入、输出器件。其天线内置，也可外接。有的型号除了接收卫星广播，还可接收调频、调幅广播。此外，世广接收机还有以下特点：
1、多波束接收；
2、按照语种和节目类型自动选择接收；
3、信道预置；
4、内置加密技术用于收费业务或定向业务；
5、声音可达到CD音质；
6、具有数据输出接口；
7、提供完整的数据流及辅助业务。
接收机直接接收卫星下行TDM载波。TDM载波由连续的TDM帧组成，帧长138ms，以帧同步码（MFP）开始。每帧还有一个时隙控制通道的（TSCC），内含接收机操作所需的各种信息以便为一个广播信道提取相关的基本信道以及识别波束与TDM载波。接收机可调谐在覆盖区内任一个TDM载波上，然后进行解调、TDM帧同步捕捉与恢复TSSC。利用TSSC信息，识别波束、载波，提取基本信道并重新组合成为接收机用户所选择的广播信道。
每个广播信道都含有一个业务控制头（SCH），其中信息引导接收机从广播信道中选择所需的节目，将节目送至译码器，向接收机液晶显示器发送字符信息及节目标记。
重新组合后的节目信道码经过FEC
