江澄 国家广电总局科技司
中国从1985年开始利用通信卫星向全国传送中央电视台的节目,开始了中国卫星广播电视的新纪元,在中国人民广播电视史上写下了光辉的一页。通信卫星在广播电视中的应用,从根本上解决了我中央广播电视节目和省级广播电视节目过去完全依赖传统的地面无线传输方式(微波、差转、短波等)的困惑。15年来,我国卫星广播电视传送的领域愈来愈大,技术上也得到了长足的进步,并已跻身到世界上应用卫星数字压缩技术传送广播电视节目的先进行列。卫星在我国广播电视传送中的广泛应用,大大提高了各地转播中央和省级广播电视节目信号源的质量,对迅速扩大广播和电视的人口覆盖率作出了突出贡献。
1.我国卫星广播电视应用的情况
至1999年10月,我国已有中央电视台的8套节目,中央人民广播电台和国际台的32路声音广播节目,以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过通信卫星向全国传送。中央电视台的9套节目和国际台的若干套节目通过通信卫星传至世界五大洲。国家教委举办的3套教育电视台节目也已上通信卫星播出。
除国家教育卫星电视外,目前我国广播电视节目共使用了11颗通信卫星(亚太1A、亚洲2号、亚洲3号、鑫诺1号、亚太2R、泛美2号、泛美3号、泛美4号、泛美5号、银河3R和热鸟3号)的27个转发器(其中Ku频段11个,C频段16个)。
目前,我国已建成的广播电视卫星地球站共31座,地面卫星收转台站15万多个。与1985年上卫星时相比,我国广播电视人口覆盖率已由68.3%和68.4%上升为1998年底的88.2%和89%。
2我国卫星广播电视应用的特点
我国卫星广播电视应用已走过15个年头,其发展主要特点如下。
2.1应用领域从中央级电视到全国各省、自治区、直辖市的电视节目
1985年中央电视台节目首先通过通信卫星传送。1986年国务院批准新疆维吾尔自治区的电视节目通过卫星向全自治区传送,从根本上解决了地旷人稀的这一边缘省份电视节目传送难的问题。1988年4月,我国“东方红2号甲”卫星发射成功,之后国务院又先后批准西藏和四川的电视节目上星传送。1991年5月“亚洲1号”卫星发射,云南、贵州的电视节目也被批准上星。1993年7月我国购进“漂星”——“中星5号”后,又有浙江、山东的电视节目上星。以上中央电视节目和7个省级电视节目上星,发挥了明显的社会效益和经济效益。为改善本省(自治区)的电视覆盖效果,扩大本省(自治区、直辖市)电视台的影响,其余各省级电视台纷纷要求上星播出。1995年11月“亚洲2号”卫星发射成功,原广电部买断了3个Ku频段转发器,租用了4个C频段转发器。1997年元旦开始,辽宁、广东、广西、湖南、湖北、河南、青海、江西、福建、内蒙古、安徽、江苏、陕西、黑龙江、北京和山西的电视节目陆续上星。1997年8月,国务院领导批准所有省、自治区、直辖市的电视节目均可上星传送。从1998年10月起,宁夏、重庆、上海、甘肃、河北、天津、吉林的电视陆续上星。1999年10月海南的电视上星,标志着全国所有省级台节目全部通过卫星播出。
过去,发展地面无线广播电视,后来发展有线电视,都是从我国经济发达的中央直辖市和东部省份开始的。而我国卫星电视传送则完全与之不同。中央电视节目上卫星的目的,首先是向边远省、自治区和多山的贫困地区提供优质的电视信号节目源。而省级电视上卫星,也首先考虑新疆、西藏、云南、贵州等经济欠发达的省份。这既体现了国家对老少边穷地区的关怀,又充分显示了卫星广播电视所具有的覆盖面积大、传送节目质量好、投资省、见效快等优点。
2.2应用领域从电视扩大到声音广播、数据广播,今后还将开发多工业务
新疆和西藏的电视节目上卫星传送后,为解决本自治区的声音广播节目的传送,当时就采用了模拟电视的副载频传送方式,将声音广播节目与电视节目同时传送。1991年“亚洲1号”卫星上天后,中央台和国际台30路声音广播节目用数字MUSICAM技术,通过卫星的C频段传送,在卫星地面收转站需使用Φ6m抛物面天线及专用卫星接收设备接收,价格较贵,难以普及。1993年11月,我国采用数字NICAM728技术,在传送中央电视台第一、二套模拟电视节目的同时,分别将中央台第一、二套单声道节目和第三套立体声节目送上卫星传送。在各地收转中央电视台第一、二套节目的同时,只需配置一台NICAM728接收设备(不到2000元),将插头接到卫星地面接收机的基带插口,便可以方便地取得优质的中央台广播节目信号源。1997年“亚洲2号”卫星投入运行后,中央台和国际台32路声音广播节目,改用Ku(FSS)频段转发器仍用MUSICAM技术传送,使收转这些节目的卫星地面收转站的接收天线口径比C频段时小很多。1997年以来,十几个省的广播节目与电视节目一起,采用MPEG-2/DVB-S数字压缩标准传送,同时还可传送数据。
2.3卫星应用频段从C频段发展到Ku频段
从1985年到1995年,我国卫星广播电视均使用通信卫星的C频段转发器传送。随着Ku频段卫星技术日臻成熟,工作在Ku频段的通信卫星转发器不断增加。从1996年6月起,我国广播电视节目陆续使用Ku频段传送,最早是中央电视台,以后几个省(直辖市)广播电视节目也上了Ku频段转发器。目前,中央电视台的9套节目分别通过亚洲2号卫星、鑫诺1号卫星、银河3号R卫星和热鸟3号卫星的Ku频段向国内外传送;北京、山西、河北、天津的广播电视节目上了亚洲2号Ku频段转发器;西藏广播电视节目上了亚太2号R卫星的Ku频段转发器播出。1999年元月试验播出的“村村通”卫星直播平台也使用Ku频段。
1996年以来,我国开始应用Ku频段来传送广播电视节目的实践,使我们对Ku和C频段通信卫星传送广播电视节目的技术特点有了具体感受,并从Ku频段上行系统的设计、地球站的设计与建设、雨衰的影响和Ku频段卫星接收设施的研制、使用上都积累了一定的经验。
2.4 卫星广播电视传送技术从模拟发展到数字
1995年以前我国主要用模拟技术通过卫星传送电视节目,1991年只在“亚洲1号”卫星的C频段转发器上用MUSICAM数字技术向数量不多的卫星收转站传送中央的30路声音广播节目。
进入20世纪90年代,国际上数字压缩技术日益成熟,并走向实用。MPEG2/DVB标准已被国际电联推荐。DVBS几乎成为全世界卫星数字视频广播的制式。我国从1995年11月开始进行卫星电视节目传送从模拟向数字技术过渡的实践,继中央电视台于1995年用Digicipher1将几套节目数字压缩传送以后,1997年元旦开始中央电视台和省级电视台陆续采用DVB/S通过通信C频段和Ku频段转发器以数字压缩技术进行传送。1999年我国确定采用DVB/S为国家标准。至今,除浙江、山东、四川、云南、贵州5个省的电视节目用模拟传送外,其余26个省、自治区和直辖市的广播电视节目均采用数字压缩技术方式传送。中央电视台还采用数字压缩技术,通过泛美2号、3号、4号、5号卫星和热鸟3号卫星向全世界传送国际频道、戏曲频道等节目。目前,国家广电总局的“村村通”卫星直播试验平台也使用了DVB/S国标。以上,使我国在采用卫星数字压缩技术进行广播电视节目传送方面进入了世界先进行列。
在各地节目向卫星转发器传送的方式上,我国既广泛使用单路单载波(SCPC)方式,也使用了多路单载波(MCPC)方式。
2.5 卫星广播电视从节目传送向直播发展
1994年以来,随着卫星技术、数字压缩技术的迅速发展,国际上卫星直接广播业的市场日益扩大。一些发达国家发展了BSS业务段的直播卫星(DBS),如美国、日本等,用口径为Φ0.45m的碟形天线进行个体接收;与此同时,工作在FSS段的Ku通信卫星转发器的功率通量密度也达到了个体或直接接收水平,可实现直接到户(DTH)业务。美国、欧洲、日本等国纷纷发展数字卫星直播(DTH/DBS)业务。
为了尽快解决我国广播电视覆盖盲区的收听收看问题,在2000年前基本实现“村村通”,国家广播电影电视总局在1998年底开始进行卫星广播电视直播的试验。1998年12月26日,中央电视台和中广影视卫星公司共同利用鑫诺1号卫星的Ku转发器进行了中央8套电视节目和8套声音广播节目的传输试验演示,并从1999年元旦开始正式进行试验播出。这是我国首次进行数字卫星直播业务的试验,为我国卫星广播电视从节目传送向直播发展迈出了重要的一步。1999年10月,总局已将“村村通”的电视卫星直播平台扩大到39套电视节目(包括中央电视台和各省、自治区、直辖市电视台节目)。
2.6 开办了民族语言的卫星广播电视节目
在新疆、内蒙古和西藏3个自治区,除播出普通话广播电视节目外,还分别开办了维吾尔语、哈萨克语、蒙古语、藏语节目,充分体现了党的民族政策。
2.7 与地面广播电视网共同组成星网结合的覆盖全国的广播电视覆盖网
广播电视节目通过通信卫星传送,为各地无线广播电视发射台、有线电视台提供了优质的节目源,从而加快了无线广播电视覆盖的实施,并使各地有线电视台播出的电视节目套数大大增加,各地有线电视用户除看到中央电视台节目、各省电视节目和当地节目外,还可看到来自全国各地、自治区、直辖市的电视台节目。目前,我国受众看电视、听广播主要还是用普通电视机和收音机,未发展卫星的个体接收方式。卫星所传送的广播电视节目,经卫星地面接收站接收后通过无线转发或有线接入方式提供给观众。由于我国的国情不同于西方,即使在今后发展直播卫星(DBS)以后,DBS和有线电视,以及无线电视的关系也不可能相互替代,而是互为补充、协调发展的关系。届时,在我国发达的城市,由于人口集中、居住在高层楼的居民甚多,那时收看有线电视的居民仍将居多;而在地旷人稀的边远地区、山区,个体接收将会有大的发展。
3 我国正在进行的卫星直播(DTH)试验
在1998年1月召开的全国广播影视厅局长会议上,国家广电总局(当时为广电部)提出:“要力争在2000年基本实现村村通广播、村村通电视。”据1997年底统计,全国约有10万个行政村为广播电视的收听、收看“盲区”。1998年第3季度,国家广电总局决定启动“村村通”卫星广播电视试验系统,即使用DTH卫星进行扩大广播电视覆盖的试验,使广播电视“盲区”尽快实现“村村通”。
1998年12月26日,中央电视台和中广影视卫星公司利用鑫诺1号Ku频段卫星转发器(2A)进行了中央8套电视节目和8路声音广播节目的DTH传输试验演示,并从1999年元旦正式开始了试验广播。这是我国首次进行数字卫星直播(DTH)业务试验。
称之为“村村通”的卫星电视直播试验系统,采用了MPEG2/DVBS标准。其空间段选用了我国的鑫诺1号卫星;数字压缩系统采用了由美国GI公司提供的Divicom压缩设备;南非的多选集团(MIH)为系统总承包商,并提供条件接收、用户管理和用户接收3个系统;小型卫星接收天线,由我国自行生产。
3.1 DTH卫星
DTH试验用鑫诺1号通信卫星,轨位为东经110.5度。其Ku频段的转发器,垂直极化波,符号率为41.53Ms/s,前向纠错(FEC)为1/2。在我国国土上,卫星转发器的等效全向辐射功率(EIRP)大于48dBW。在9995%可用度条件下,在服务区采用Φ0.6~0.75m碟形天线可获得高质量的电视图像。由于110.5°E的轨位对我国最佳,保证了高的接收仰角和低雨衰。向卫星传送8套中央电视台节目,使用MPEG-2/DVB-S标准,多路单载波(MCPC)方式;而8套声音广播节目用MUSICAM方式传送。
3.2 数字压缩卫星接收机(IRD)
“村村通”的多套电视节目采用了Irdeto有条件接收(CA)的加密技术,因此必须使用带有智能卡(SmartCard)插槽的多用数字压缩卫星接收机(IRD)。当插入智能卡,被提供条件接收授权后(已写入密钥),进行解密,方能进行正常接收。目前所用的IRD由南非UEC公司生产,约200美元/台(包括智能卡)。
3.3 Ku频段卫星接收天线和高频头
卫星接收天线系统由抛物面(碟形)和馈源组成。在“村村通”直播试验系统中,使用Φ0.6~1mKu频段卫星接收天线。反射面有玻璃钢和铝合金两种。小型天线通常用前馈方式,可分为偏馈和正馈。偏馈多使用一体化馈源高频头,安装调试较方便。“村村通”卫星直播试验系统的卫星接收天线系统的生产厂家,已通过国家广电总局的入网检测。
3.4 条件接收系统(CA)
CA通过智能卡对用户IRD和节目进行授权控制,使得只有经过授权的用户才能收看电视节目。“村村通”DTH试验系统的CA选择了IrdetoAccess系统。
使用Irdeto条件接收系统,可阻止本系统的用户收看其它DTH卫星播出的电视节目,包括不加密的节目;用户必须使用智能卡,并经过合法授权后才能收看相应的节目;管理人员可以从前端即时开放或关闭任一用户的智能卡,对任一频道的任何节目进行授权控制;可以对某一地区进行区域关闭,使区域内所有用户无法收看某一特定的节目;还可以支持按次付费(PPV)点播业务。
3.5 用户管理系统(SMS)
SMS由存有各种用户信息的数据库服务器和有许多负责解答用户咨询的用户呼叫中心构成。“村村通”DTH试验系统的SMS选用了MIH集团的IBS系统,该系统有中文版本。
目前,全套用户接收设备(含IRD、智能卡、小型接收天线、高频头)的价格低于2500元。今后,全部国产化后可低于2000元。
为尽快发挥DTH直播试验系统的效益,国家广电总局在1998年第4季度使用广电扶贫资金购买1万套IRD,并由中央电视台提供彩色电视机、中广影视卫星公司提供小型卫星接收天线,将1万套卫星接收设备送到国家级贫困县的“盲乡”、“盲村”,用以集体收看,或再用无线、有线转播方式将节目送到村民家里。1999年3月国家计委批准“全国村村通广播电视工程建设规划方案”,继续对国家级贫困县村村通广播电视建设给予多项补助投资1.7亿元,要求广电总局在1999年和2000年补助0.8亿元,地方配套2.5亿元。国家广电总局提出:在1999年底,我国东部经济较发达地区,要扫除广播电视“盲区”,基本实现每个行政村都能听广播看电视;中西部地区的国家级贫困县的乡、行政村基本实现通广播电视。2000年,全国要基本实现行政村通广播电视。进而,要使所有自然村也实现村村通广播电视。
为使各卫星收转站,在接收中央广播电视节目的同时,也可收看所在省、自治区的节目,国家广电总局决定实施“村村通”卫星直播试验的扩展工程。1999年10月1日,该扩展工程已完成并开播,共使用鑫诺1号卫星的4个Ku转发器,播出39套中央和省级广播电视节目。每个54MHz转发器可传送12套电视。外地节目从几个卫星上收下来,在北京用MCPC方式重新打包、编码上星。除传送广电节目外,从技术能力上,该系统可提供数据广播、电子节目(EPG)和视频点播业务等。
4 我国卫星广播电视发展之己见
4.1 当今世界上卫星广播的发展特点
(1)Ku频段转发器是卫星电视的频率选择方向。根据《ViaSatellite》杂志的资料,目前世界上有192颗西方制造的静止轨道商业通信卫星,另有67颗计划发展的卫星。在已提供的4241个转发器中,C频段占52%,FSS的Ku频段占39%,BSS的Ku频段占9%,即在轨工作的转发器大多数为C频段;而随着卫星直播愈来愈受欢迎,正在建造的商业卫星业务Ku频段转发器迅速增加。在已定购的1918个转发器中,FSS的Ku频段占47%,BSS的Ku频段占17%,而FSS的C频段只占36%。更高频段的Ka频段静止轨道卫星没有进入制造阶段。
(2)卫星功率增大,接收天线向小型化发展。由于卫星的地面功率通量密度加大,Ku频段卫星直播(DBS/DTH)业务迅速发展,接收卫星电视所需的接收天线愈来愈小。
(3)新开发的卫星电视业务用数字压缩技术传送的愈来愈多。目前DVB/S已成为世界统一的数字卫星电视传送标准。数字卫星电视比起模拟卫星电视的显著优点是:传送的图像和声音质量高;节省频谱资源,可传送的节目套数多;可灵活地组合多种业务传送;降低节目传送的运行成本;以及易实现加扰加密,进行条件接收和对用户的授权管理。由于数字卫星电视的迅速发展,综合解码接收机(IRD)可以大规模投入生产,因而价格已有明显的降低。
(4)传输容量不断增大。由于卫星技术、运载技术的发展,卫星的功率增大,所带的转发器数量增多。2002年将要发射的劳拉公司研制的卫星,其总功率将达25kW,携带150个转发器。而现今发射的卫星,一般只有50多个转发器。
(5)卫星业务向综合方向发展。特别是由于数字技术的应用,可灵活地组合多种业务。除传送电视、声音广播节目外,还可开展数据广播业务、因特网和视频点播业务等。
(6)第一颗L频段(1.5GHz)的数字音频卫星直播业务已投入应用,在服务区内用户用固定式、便携式或车载收音机可直接接收从卫星上发下来的数字声广播信号,而不需要碟型天线。在发展卫星电视直播的同时,卫星数字声音直播也已成为当今技术的热点。
4.2 我国2010年前卫星广播电视发展预测
在1995年制订“广播影视科技发展2010年远景目标”时提出,我国在2010年前卫星广播电视要完成从C频段向Ku频段、从模拟到数字、从转播到直播、从非专用卫星到专用卫星的四个转变(或是说过渡)。现在看,这四个转变是符合世界卫星广播电视发展方向的。到1999年,前三个转变正在实现,在相当长时间内还会是并存的局面,即Ku频段和C频段传送并存、模拟和数字传送并存、收转和直播并存。最需要我们倍加努力的是实现第四个转变——发射广播电视专用的直播卫星(DBS)。
发展DBS系统有几个显著好处:
(1)卫星转发器功率大,频段高,可用Φ045m小型碟形天线接收,最易解决视听困难地区的广播电视覆盖。卫星接收天线口径减小,不但使价格降低,而且给运输、安装、维护带来很大的方便。
(2)充分利用DBS卫星轨位和频谱资源,维护国家权益。1977年国际电联召开的世界无线电行政大会(WARC-77)制定的BSS规划,确定了各国使用的DBS轨道位置,波束形状和相应频率。我国分配到3个轨位、35个波束和55个频道,随着技术的进步,各国对DBS轨位和频率资源需求的迅速增长,1997年世界无线电大会(WRC-97)通过广播卫星修改规划,并进行重新规划。在WRC-97,我国除继续保留3个DBS轨位(62E、79-8E和92E)外,又为香港争取到122E的轨位。对于DBS轨位和频率资源,我国不仅是要去争,而且要使用好。对于只按电联的程序在纸面上申请,而不作实质努力实施其发射和运行的“纸面卫星”问题,已受到重视,必须注意到。
(3)可避免境外卫星电视节目的渗透。国际电联在DBS规划中规定,Ku频段的各国DBS卫星的地面功率通量密度值应在一定范围内,溢出到别国(如邻国)的电波受限制。因此,发展我国自己的DBS卫星,可以避免小型卫星接收天线收视境外卫星电视节目,防止境外文化自由渗透。
(4)为发展我国新型产业提供机遇。建设DBS系统,其高新科技含量大,特别是数字技术、卫星接收机(IRD)的发展将形成一个新型消费类电子产业市场。我国适时发展数字DBS,将为我国民族工业提供一个新的发展机遇,进一步振兴电子工业,并参与国际市场的竞争。
我国发展DBS有很多有利条件,主要是:
(1)我国已制订了在2000年后的几年内使我国的广播电视卫星投入运行的总体发展规划;
(2)有发展DBS使用的轨位和频率;
(3)世界上BSSKu频段DBS的卫星技术已很成熟,已有很多在轨和订购的卫星系列;
(4)我国在1998年年底已开始FSS的Ku频段DTH卫星系统的试验,将为DBS的发展积累开发数字卫星直播业务的经验,并作好准备。譬如,前端编解码设备、条件接收系统、用户管理系统等运行、维护和管理的经验,可直接为今后DBS上天作准备。
(5)IRD发展很快,价格在不断降低。我国研制的IRD已进入市场,在众多中外厂商生产的IRD参加我国市场竞争中,不但提高了产品质量,加强了售后服务,也使价格明显下降。例如,我国DTH试验所用的IRD(含智能卡)价格约每台200美元(南非生产),今后我国自行研制开发后将降到2000元以内。随着批量增大,IRD会愈来愈便宜。
为发展我国直播卫星系统,国家广电总局正在拟订总体实施规划,以期经过专家论证和报审,早日启动该工程项目,争取在21世纪初投入使用。
对于音频广播节目的卫星直播,世广集团(WorldSpace)的DBS(DigltalSoundBroadcasting)卫星系统颇有吸引力。我们正关注1998年发射的“非洲之星”的运营情况和接收机的价格。如果我国实施DBS卫星系统条件成熟,这对地面广播覆盖无疑会起到重要补充作用,尤其是可以扩大国际广播业务。
20世纪80年代以来,卫星广播电视事业在我国创建和发展,给我国广播电视事业的发展注入了活力。高新科技促进了广播电视事业的发展和繁荣。人类即将迈入21世纪,21世纪将是知识经济社会,“科技是第一生产力”将真正成为经济和社会发展的主要特征,卫星广播电视技术也将会以更快速度发展。21世纪的数字广播电视直播,将给予人们更多的选择、更好的视听享受、更多的信息,并向人们提供新型的广播电视业务。