小型车载、箱载两用DSNG设计

关键词 / DSNG，编码器，高功放

摘要：主要介绍了小型数字卫星车的主要系统构成，讨论了设计卫星车系统设计思路、主要关键技术点和指标的选取，并介绍了电视宣传中心卫星车的系统主要特点。

概 述

数字卫星新闻采集系统（DSNG）是新一代的电子新闻采集系统（ENG）。新闻记者通过DSNG系统把新闻现场所采集到的视频及音频信号进行数字化、压缩、调制处理后发送到同步通信卫星，再经同步通信卫星转发回电视台总部，电视台可以直接转播或经过编辑后播出。DSNG系统信号传输质量很高，突破了原来传统ENG的地形和应用区域限制，更方便、快捷地采集和转播突发性以及重要的新闻事件。

近几年，各电视台为保持其竞争优势，对新闻采集的时效性要求越来越高，新闻报道的方式向更快、更广、更活、更深的方向发展，新闻制作能力集中体现了各台的综合实力。随着电视宣传中心(以下简称“中心”)综合实力的提高、报道任务的繁重，为了满足解决对国内抢险救灾等突发事件、平时特殊节目等报道的及时传输。中心根据实际应用需求设计一套DSNG系统。

本文结合自身设计的实践从小型数字卫星新闻传输车DSNG系统的关键技术、设计思路及原则、系统介绍等几个方面做一总结，以供同行交流、参考。

设计思路及原则

中心DSNG主要用途是提高在各种特殊环境下新闻以及各类节目传输的效率。在考虑实用的基础上，尽可能确保卫星车系统具备灵活、机动的特点。在技术上首先要保证成熟、安全、适用和高可靠性，同时也要保证工作的实用性和操控性。

车载/箱载式卫星传输系统应满足卫星传送, 提高在各种特殊环境下新闻以及各类节目传输的效率。信号压缩/传输符合MPEG-2/DVB-S国际标准

该DSNG系统平时装载于车上，具有车载站使用方便的优点；在特殊时候，箱载通过公共交通工具运输，系统便于安装具有更大的灵活性。无论车载还是箱载工作方式，要求天线系统可一键式自动寻星功能，系统其它设备只需要在网管软件的控制下，自动可完成所有的准备工作。

应严格控制载重、体积、功率等重要指标，以适应具有机动、灵活，小型化，展开快捷特性，在现场能适应一般气候情况（天气如大风、小雨），运输条件便利等特点。

在技术上首先要保证设备的先进性、成熟、适用和高可靠性，同时也要保证工作的实用性和易操控性。

要具备完善的监控系统，应能实时监测视音频信号源、编码调制输出端、上变频输出端、高功放输出端信号，快速准确判断故障源

车载时，系统设备采用1:1热备份方式；箱载时，系统即可单系统工作又可组合成备份系统工作。

关键技术环节的探讨

便携式或车载式

以集成方式来分，DSNG可分为车载式和便携式两种。便携式系统是将系统模块放在几个依照国际航空运输标准来设计的专用携带箱内，可根据所赴现场的实际情况使用不同交通工具运至现场，具有灵活和活动范围大的特点。车载式DSNG则将所有的设备配置在一辆小型越野车上，一般空间较大，可以同时配置摄像、编辑、供电等子系统。到达现场后，天线对准卫星即可投入工作，机动性强，反应迅速、使用方便、设备安全是它的特点。在大型的新闻采集活动中，车载式还可在现场形成一个小型采编通信指挥中心。

结合军事节目采集节目的特殊性，我们的系统采用的设计方案：结合便携、车载特点，能满足军事节目信息采集，达到既便携方便，又性能稳定、适用性强。

C或Ku波段的选择

C波段的工作频段4GHz~8GHz，带宽为500MHz。C波段DSNG系统的天线口径较大，高功放也要求较大的输出功率。整个系统的体积较大，但传输链路受天气的影响较小。Ku波段的工作频率是12GHz~18GHz。带宽是800MHz。Ku波段DSNG系统体积较小，运输较为方便，但受天气影响大些。但如果选用合适的卫星轨道位置，通过增强功放则Ku波段受天气条件限制的问题可以很好地解决。

备份模块的考虑

由于DSNG系统的工作环境相对比较恶劣，工作地点往往远离本部，且用来采集重要和突发性的新闻事件，容不得出现任何问题和偏差。因此，为保证DSNG的系统可靠性，模块的备份显然是十分必要的。当然，也要考虑到价格和安装空间等因素。

高功放(HPA)

高功放是卫星上行系统中的关键设备，其性能好坏对卫星上行信号质量影响很大。因此高功放的正确选择使用是设计卫星上行系统时需要认真考虑的问题。目前用于卫星上行的HPA，根据用的放大器件不同主要分为三大类：行波管高功率放大器、速调管高功率放大器、固态高功率放大器。

行波管和速调管基本结构相似，行波管具有宽带放大特性，一般可以覆盖C波段500MHz 和Ku波段800MHz。速调管具有窄带放大特性，但是在满足一定带宽的要求下可以获得较大的功率（五腔管有45dB以上），适合于窄带、大功率、固定的业务，DSNG 上一般不用。固态高功率放大器，采用砷化钾金属半导体场效应晶体管，是一种压控器件。

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：

1、功率

具有相同线性的TWTA 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，TWTA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 工作状态下，TWTA 比SSPA有更大的输出功率，但是在MCPC方式下是不可取的。TWTA 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）。但是在相同的三阶交调（IMD）标准要求下，SSPA的功率远低于TWTA，也就是说用户采用较低功率的SSPA就可以达到IMD 指标，系统效率高。

2、安装、体积和散热

SSPA 安装使用麻烦，需用硬波导将两个以上HPA 主机做相位合成。SSPA 高度一般有5U 左右，再加上外置电源，整体体积较大，有22U（波导前还可以安装其他设备，净占15U左右）；TWTA高度有3U左右，加上波导占用10U。TWTA热量在管子内部，发热部位集中，通过精心设计排风管道，可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，因此对车内空调要求高。

3、价格、可靠性和使用维护

至于可靠性，TWTA一般标称寿命是40000 小时（24 小时加电、4 年半），需经常加电以维持真空度，真空度下降、管子的功率下降。实际使用中，固定台站24 小时加电，寿命一般是2 到4 年；DSNG 使用情况下1 到3 年。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几百万小时，而且耐振动、抗冲击，可长期使用无需维护。所以TWTA保修一年，SSPA 保修3 年。SSPA内部都是几个放大器并联使用，即使其中一部分出现故障也不会造成功率彻底中断，这是比较有意义的。

价格方面，SSPA 比TWTA贵50%（TWTA 2 万多美元，SSPA 将近5万美元），但TWTA内一个行波管大概一万美元，长期用SSPA 更合算。

链路计算

卫星通信系统的链路估算是非常重要的，它为系统型号确定提供重要数据，它既是分析系统性能的一个手段，也是设计一个新系统的理论依据。

结合中心节目采集的特点，我们进行了晴天和雨天详细的链路计算。确定了天线采用的直径及高功放的型号和功率。

安装和操作方便性

考虑添置全球定位系统和电子罗盘等，以协助天线对星工作。如果是车载式系统，还应具有天线自动对星等智能化的功能，选择体积小、重量轻、设计紧凑的系统。

系统的可靠性

天线和各功能模块的可靠性要高，整个系统对电源、温度、湿度等电气、自然环境条件的适应性要强。

维修服务

选择各设备模块的供应商以及整个系统的集成商时，要选择占有一定市场份额并具有良好售后服务记录的厂商，以保证用户的系统得到良好的售后技术支持和服务。对于集成商，我们通过公开招标方式，选择满足我们要求的集成商。

系统简介

系统设计充分考虑满足新闻采集的快捷、机动。主要体现在：系统功能强、布局紧凑，既可用于近距离新闻采集报道，又可单独到偏远地方采集信息；最大限度地发挥系统灵活、机动的特点。根据这个系统的特点，系统可分为：信号编解码部分、高功放部分、天线部分、信号分配及监视部分、主站接收天线部分、车体部分、运输箱部分。

系统上行链路由编码调制器、上变频器高功率放大器、天线等组成。其中编码调制器2 台互为备份，特殊情况下可以通过2 路ASI信号复用，同时传输2 路电视信号；结构牢固，安装方便，调整灵活。高功率放大器内包含上变频器模块，2台互为备份。

下行链路由主站接收天线系统组成，输出信号供主站监视和使用。

信号编解码部分

信号编解码部分，主要功能是对输入的电视信号进行压缩、MPEG-2编码、调制，完成信源编码和信道编码，输入信号为模拟信号或数字信号，输出信号是L波段信号。这个设备是保证信号质量的关键设备，选用国际著名厂商以色列Scopus网络技术有限公司的E-1720编码器，支持BISS加扰功能，编码率在1.5Mbps~52Mbps可调。这是一款广播质量的编码器和调制器，支持4:2:2和4:2:0格式编码，多种调制方式可选：QPSK,8PSK,16QAM,COFDM。结构紧凑轻巧，只有1RU高，体积小，重量轻，用户界面友好，专门为DSNG设计的菜单，易操作，特别适用于移动卫星系统。

高功放部分

高功放部分，采用加拿大CPI 的T04UOA型 400瓦室外型行波管放大器，有内置上变频器模块，工作频率范围：Ku频段13.75至14.5GHz，最大输出功率400W，具有电源、射频、冷却异常保护功能和电源、故障中断后的自我恢复功能，这是常用的工作稳定的高功放，这款放大器可工作在摄氏零下40度，体积小，适于搬运。CPI高功放遥控器具有手动和自动工作方式，可以远距离控制和监视高功放的功率、工作状态等，还可切换主备高功放。可在一台高功放发生故障时，自动倒换备份，并具有报警功能。

天线部分

天线部分采用英国Gigasat公司生产的紧凑型的3轴电动车载卫星天线，天线反射体由轻而坚固的碳素纤维构成，重量轻，十分适合在任何车的标准车顶上安装。馈源是快速安装式的，拆卸安装十分方便，且不必使用工具。天线精度高、尺寸小、重量轻、 抗风能力强、使用耐久性好。天线和磁通闸门罗盘，GPS系统、倾角仪构成一个整体，利用GigaSat的STC－100天线控制器进行控制，具有天线自动展开和收藏的功能。天线控制器具有GPS定位和自动计算卫星指向参数的功能，可对天线的极化角、方位角、俯仰角进行精细控制，达到精确定位。同时在应急状况时具有手动调整的可能。GPS定位和天线控制器具有角度显示、驱动限位，可预设置多组卫星参数。

为了使用方便，另外配备了飞行箱式天线，这个天线由六瓣可快速安装的碳素纤维天线反射体组成，质地轻而坚固，特别适合于搬运式使用。

信号分配及监视部分

信号分配及监视部分，包括信号输入输出端口板、视频音频分配放大器、视音频监测系统等。外接口板包括2路模拟视频输入、4路音频输入和2路数字视频输入，IRD 的2路SDI输出，2路模拟视音频输出。视音分选用Netwoek公司的视音分模块和机箱。视音频监测系统包括Gigasat 公司Ku 频段测试转发器，Ku波段输入，L波段输出；美国AVCOM公司PSA-33B 频谱分析仪（工作频率范围9kHz-2.5 GHz）。使用频谱分析仪，通过跳线板对所有IF、L-Band、射频信号进行测试，判断各个通路环节的设备性能及工作状态，并可监测DSNG 系统发射到卫星转发器的载波信号。还包括美国Tek公司的LV5100D型波形监视器，17英寸液晶显示器，瑞鸽公司TL500NP-3三联液晶显示器，LuckSound公司AMS-4VU双四选一切换器，用于分别监视或选择监视链路各点信号。

车体部分

选择路虎发现3车型，该车性能良好，载重量大、通用性好，车内可用空间大，利于改装和安装设备。

小型数字卫星新闻采集转播车由承载车体、车顶平台、天线升降桅杆、电源系统、空调系统、电缆收线系统、停放机械支撑系统、设备机架（柜）、减震系统、照明系统、各种报警系统及内外装饰等组成。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，承载前后轴配重及左右平衡度合理；满足车辆不短于 10年的正常行驶使用时间。依据这些要求，通过卫星车体改造厂进行改造。

运输箱部分

采用高分子密度的复合材料构成，具有坚固、有韧性、不易变形的特点，既是包装运输箱又是设备安装机柜，内部机柜与箱体间有一定的间隙，保护设备，又留有设备散热空间。适合于车内使用，又适合于长途搬运式使用。

结束语

由上面的介绍可以看出，这台应急新闻卫星直播车在机动性、灵活性上是大型转播车无法比拟的。装备的DSNG车采用了国内外著名厂家的产品，具有技术先进性、通用性、标准化、高可靠性，易维护性、兼容性，性价比优等特点，在人员配备上也很精简，一个驾驶员，两个技术员，再配两个记者就可以将随处发生的军事新闻返回电视中心总控室。

作为可持续性考虑，该系统又有很大的升级空间，并且能和多个直播系统进行级联，为大型节目的现场直播提供可操作的余地。今后它必将会为军事节目的实时、准确报道提供有力的保障。■