在珠峰卫星信号的传输

卫星传输 珠峰直播的咽喉 今年是奥运年 是我们中国人兑现向全世界承诺将奥运圣火在珠峰峰顶展示诺言的时 刻 为了向全世界充分展现我国登山英雄将奥运圣火在珠峰峰顶展示的壮举 中央电视台 早在 2002 年底就开始作着准备 并在 2003 年的 5 月 为纪念人类登顶珠峰五十周年进行 的登山活动中 中国登山队登顶成功 我们在珠穆朗玛峰地区成功地对该登顶活动的全过 程进行了首次的全程直播 通过这次的直播 我们为 2008 年的奥运圣火在珠峰展示的直播 积累了非常丰富的经验 同时也发现了许多要注意 改进的问题和不足 2003 年的直播为今年直播的圆满完成奠定了非常坚实的基础 无论是在技术方案的制 定 还是设备的选型 使用 甚至是人员身体的保护和后勤的保障都为 2008 年的直播积累 了丰富的经验 尤其是为 2008 年奥运圣火珠峰展示的电视直播在设备的选型 筛选 调试 方面提供了非常丰富的第一手资料 2008 年奥运火炬珠峰展示的电视直播对我们从事电视技术的人来说 即是挑战 但更 是机会 为完成 2008 年在珠峰进行的火炬登顶直播 早在 2007 年底 中央电视台的技术 部门已完成了整体的技术方案 为了充分满足节目部门对奥运火炬上珠峰这一壮举充分报 道的要求 充分展现我登山英雄在珠穆朗玛峰顶将奥运火炬点燃的壮美画面 并将完成的 PGM 信号高质量的 安全的传输回 CCTV 的主控 我们计划在珠峰地区架设三套 DSNG 卫星站 用以构成在 6500 米的前进营地 5200 米的大本营和北京中央电视台三点间的信 号主通路的连接 由于节目的信号链接是靠在珠峰地区的三个卫星站和北京的接收站之间完成的 而且 这三个卫星站之间还要有信号交换 这就要求这三个上行站必须是同星 同极化上行 框图如下 在 6500M 的前进营地架设一套 1 5M 天线的 Flyway 该套卫星站的主要功能是作为 6500 米的前进营地 7028 的北坳营地 7790 米处的大风口和 8300 米突击营地以下电视信 号传输的中继站 因为珠穆朗玛峰与 5200 米大本营之间受地理环境的制约 在 8300 米以 下的登山线路上是不能直接目视到 5200 米的大本营的 这就意味着在 8300 米以下不能将 电视信号用微波直接传回到大本营的电视制作的主系统 所以在 6500 米的卫星地面站担负 起了将 8300 米以下的直播信号 新闻素材上行 回传任务 传输的是 12M 的标清 16 9 的 数字信号 由大本营的 DSNG 卫星车接受并送进主切换系统 当然 这一路从 6500 米前 进营地传输出来的信号北京同时可以接收 由于该套卫星设备地处 6500 米的高寒高海拔低气压的恶劣自然环境中 且运输设备的 能力极为有限 对其重量和外形的几何尺寸都有很严格的限制 这就使得对该站设备的选 择几近苛刻 该卫星地面站的设备构成是 大陆微波生产的 1 5 米的四瓣加强型天线 增益为 45 5dB 上变频器使用的是 METEQ V176 3 室外机 关键设备高功率放大器采用的是 Xicom 生产的 XTD 200K 高原室外机 高功放是在所有的设备中受高原低气压影响最为 严重的设备 选用的该设备曾在 2003 年的珠峰转播中运行得非常稳定 这一次只是将设备 调回服务商 对其进行了细致得测试和调整 编 解码器和调制器则是选用了由 TANDBERG 生产的一款 All in one 的 5740 一体机 以上在 6500 米的卫星传输设备 除了 天线本体之外 上边频器 高功率放大器 编码器均采用双机备份 在 5200 米的大本营的上行设备是由两辆卫星车 一辆装有 1 5 米的天线小型卫星车车 和一辆装有 2 4 米天线的中型卫星车 构成 两辆车载天线的增益分别是 45 5dB 和 49dB 这两辆卫星车同时都具备接收 6500 米前进营地卫星地面站上行信号 并将其送入 主切换系统的能力 但两辆车的上行信号的内容是有不同 这一点在下文中会有介绍 考 虑到多部门不同栏目的节目需要 需在大本营配置 4 0 复用设备 1 5 米的小型卫星车主要是承担了 PGM 高清信号的回传和接收 6500 米前进营地上行 的 12M 带宽的标清数字信号 其上行的转发器带宽为 27M 由于该卫星车既要监看本身的 高清上行信号 同时也要接收 6500 米下来的标清数字信号并作为主路信号提供给主切换系 统 所以我们选用了 TANDBERG 1290 解码器 该解码器具备解码高清信号 标清数字信 号和标清模拟信号的功能 编码器是采用 TANDBERG E5782 的高 标清兼容的编码器 特别要介绍的是高功放 高功放是在高原卫星站的关键设备 也是受高原因素影响最大的 设备 2003 年珠峰 5200 米的大本营在直播临近结束时 曾经烧坏过一个 400W 的普通高 功放 为此 该卫星车配备了两台高功放 一台是 Xicom Technology 公司生产的 Ku 波段 普通高功放 作为备机使用 另一台作为主用机的也是该公司生产的 Ku 波段 400W 高海 拔特殊电源的行波管功率放大器 这台 XTRD 400K 高功放是该公司为高原地区专门设计 制造 测试的设备 它与通常的普通设备有许多不同 其电源部分采用独特的电路及多收 集极电源设计 由于减少了线性和饱和工作方式下的电源功耗 降低了工作温度 可靠性 得到提高 采用了自动功率补偿 减小了电流失真和电源损耗 提高了电源效率 采用高 频谐振开关电源 具有供电自动恢复和多螺旋线故障复位等功能 由于在高海拔 3500 6500 米 特殊环境下 普通的高功率放大器 3200 米以下工作 是不能胜任的 为此必须采取一些特殊的技术措施 这是因为在高海拔状态下空气稀薄 空气中可以参与散热的介质相对较少 功放的电源不能通过空气流通正常冷却 电源高压 部分极易由于空气稀薄而击穿 打火从而烧毁电源高压模块 严重者可能损毁行波管 该 生产厂家对现有标准规格的功率放大器电源部分进行了改造 除了采用高指标的电源特殊 器件外还采用特殊材质的填充物和封装以及全新的散热设计 使得功放在空气稀薄散热情 况较差的条件下仍能保证电源高压部分的正常工作 XTRD 400k 是一台高原室内机 同类设备中还有高原室外机 但考虑到高原室外机 的几何尺寸 中型卫星车在使用的过程中有足够的放置空间 而小卫星车内却没有空间放 置这台室外机高工放 若配备一台可以上机柜的标准尺寸的高原室内机 就可以替换掉一 台原来安装在机柜上的普通高工放 从而保持了小卫星车的完整性 尽量保持其整体性 使其成为珠峰高清信号回传的支柱 在大本营还有一辆 2 4 米的中型卫星车 它同样是在 5200 米的大本营提供上行信号 但与小车传输的信号有所不同 四路需要回传的信号在 4 0 复用打包之后调制上行 它将 来自不同信号源的不同信号同时传回北京的中央电视台主控 之后再送入不同的演播室或 收录机房 或是环出向海外有需求的媒体提供 上行载波占用转发器带宽是 36M 第一路 传输的信号是 PGM 的备份信号 是 16 9 的标清数字信号 它是由主切换系统切出的 PGM 高清信号下变换之后提供的 第二路信号是为新闻中心提供的单边信号通道 第三路信号 是为海外中心提供的单边信号通道 第四路则是为海外媒体提供的临时租用业务的传输通 道 该卫星站的设备配置是 两台高功放与 1 5 米小车设备的配置相同 四台一个 U 编码器 合用一个冷备份编码器 两台复用器 互备 两台调制器 两台上变频 三台解码器 第一台解码器是接收 6500 米卫星站的回传信号并作为小卫星车接收机主路信号的备路信号 提供给主切换系统的备路输入 第二台解码器用于接收 监看自身的上行信号 第三台解 码器是有选择地监看输入到 4 0 复用器的四路信号 由于使用复用设备 平时车上配备的 All in one 的编码器的使用将受到一定的限制 这 使得独立调制器的用量增加 这势必需要对调制器进行补缺 本着在高原曾经完好使用过 的设备优先选定的原则 我们选定的调制器是一个 Unit TANDBERG 的 SM6610 该调制 器在 2003 年珠峰的直播中 在 6500M 正常运行了近二十多天 而且其重量和外形也非常 符合向 6500 米前进营地运输的要求 DSNG 在珠峰地区的运行情况 大致可以分为两大部分 第一部分是前期的设备调试 与准备工作 第二部分则是日常的业务传送播出任务 整个珠峰转先遣人员于 4 月 15 日全部到达珠峰大本营 并于 5 月 11 日撤离下山 其 间历时 27 天 圆满得完成了转播任务 由于所处地理环境的特殊 现将从多个方面阐述 DSNG 在其间的具体运行情况 对于设备调试与准备工作主要是完成信号链路的连通 其中包括物理的信号线路链接 转播卫星的定位校准 相关参数的设置调整等 其中 最为关键的是转播卫星的定位校准 也是所有工作中较为烦琐与精密的步骤 首先 我们需要根据大本营的经纬度坐标 得到 天线相对于卫星的俯仰角和方位角 然后根据此参数 通过天线控制器对天线的指向进行 调整 反复多次 直到转播卫星特有信标信号强度最大为止 找到卫星方位以后 接下来 需要与卫星公司联系 调整极化隔离度 标定上行功率 由于此次转播任务 多个地面卫 星基站使用同一个转发器 而转发器的最大辐射功率有一定的限度 因此 需要合理分配 功率资源 并通过卫星公司的调度 以保证信号传输的质量 以上就是 DSNG 前期的调试与准备工作 而之后日常的播出传送任务则是我们工作的 重点 这部分主要由多路复合信号卫星车来完成 该车配备了 4 0 设备 可实现 4 路信号 的同时传送 这样 就可满足节目部门大量的传送需求 由于各个节目形态的不同 报道 方式的不同 所要求的传送方式也有所不同 为了避免经常性地插拔硬件设备 更改参数 设置所导致的混乱 我们特别根据使用部门与传送方式的不同 将 4 路传送通道进行划分 并将其相对固定 这样既便于管理 也最大程度上减少了设备损坏的几率 珠峰大本营海拔 5200 米 低温 干燥 多风 多尘土 昼夜差大 气象条件复杂 特殊的 地理环境不论对我们的人员 还是设备都是严峻的考验 不少同志都出现了不同程度的高 原反应 低烧 头痛 腹泻 失眠 精神不振等等 严重的还需要进一步下撤至拉萨进行 治疗 而那些身体素质比较好的同志 在这样的海拔下工作也绝不是件轻松的事 这里的 氧分压只有海平面的一半 即使快走两步也会气喘吁吁 更何况还需要搭建整个转播系统 作业强度可想而知 也有不少同志因为劳动强度过大而反复出现高原反应 即使这样 我 们还是保质保量得完成了系统搭建与前期调试 为保证奥运圣火珠峰展示活动的圆满成功 打下了坚实的基础 在如此高的海拔下 作战 人要适应 设备同样也需要适应 可是到了现场 还是 出现了问题 两辆卫星车的天控器 天线控制器 先后烧坏 无法正常开机工作 天控器 的作用主要是提供实时的天线方位坐标 并驱动天线运转寻星 无法找到卫星就不能建立 信号传输链路 这将导致整个珠峰直播的技术方案不得不作出颠覆性的修改 那么所有的 一切努力就变得毫无意义 这是不可想象 时间紧迫 必须设法解决 我们拆开故障设备 分析寻找故障原因 在缺少替换部件的情况下 勉强让 1 5 米高清卫 星车的天控器能够维持正常工作 而 2 4 米多路复合信号卫星车的天控器由于电源部分损 毁严重 实在无法 起死回生 万般无奈下 我们只能决定通过最原始的方式 手摇来 驱动天线运转 烧毁的天控器的电源部分 寻星实际上是一个非常精准的工作 由于天控器损坏之后根本加不上电 使得我们不 仅不能驱动天线 更糟糕的是无法看到天线的状态参数 后经过分析认为天控器电源部分 的损坏应该只是在驱动天线电机的大电流输出部分 我们希望读取天线信息参数及其显示 部分的直流供电在设计上与它们分开 如果是这样的话就可以将烧毁短路的电源部分与 220V 交流输入部分断开 希望这样开机时不再熔断保险丝 若天线参数的读取 显示部分 没有损坏我们就可以看到天线的时时状态了 这就使得手动寻星有了依据 如果是这样的 话 将是这次设备不幸烧毁事件中之大幸 首先我们再帐篷内用生活供电确认断开烧毁的线圈后的确能为天控器加上电 且显示 屏正常 这预示着的确有可能使这台天控器 起死回生 我们兴奋地将这台天控器抱回卫 星车 装上机架 小心翼翼地将传感器的信号线与之连接上 打开电源开关 大家屏住呼 吸 目光紧盯着这台天控器的显示屏 最佳的结果出现了 天线的主要参数均在这台 已判 死刑 天控器的液晶屏上浮现了 大家在欣喜若狂之余 迅速地投入到寻星的工作 中 体力好的技术人员分别用摇把转动控制方位 俯仰的丝杠 其他卫星工程师紧盯着频 谱仪和天控器上显示的天线参数 所有人的心都随着频谱仪上那跳动的信号而起起伏伏 终于 这个直径 2 4 米的大家 伙找到了目标 并成功锁定 在 5200 米的珠峰大本营 用手动的方式来寻星 真是一件异 常精细的重体力活 但当我们看着天线直指湛蓝的天空 心里还是流过一丝欣慰和战胜困 难之后的一种 征服感 然而 新的问题又来了 这款 2 4 米天线的极化是不可能手动转动的 这意味着即使 找到卫星 用这副天线是不能上行工作的 因为在极化没有校准的情况下盲目上行 会对 反极化的信号造成极大的干扰 甚至会中断对方的信号 这个问题必须解决 经过查阅技术手册 找到了这款 RC3KE 2 4mMVO 天控器对天线电机的直流驱动电缆 是 J9 MOTOR CONTROL 该电缆的 E F 芯就是为驱动天线极化电机提供直流供电 正 负极在 E F 两端互调 就可以使极化左右旋转 电压是在 12v 至 30v 之间 电流为 2 5 安 培 由于在大本营没有合适的直流电源 我们只能寻找规格相近的替代直流电源 经过大 面积 搜寻 终于找到了一台笔记本电脑的电源附加器 其输出的电压 电流与天控器极 化电机的驱动电源要求非常接近 我们开始制作了一个异常简陋的驱动电源 系统 当我们用电极触极到 J9 电缆的 E F 端时 在车顶上负责观察馈源的同志异常兴奋地大声叫 动了 这时 我们迅速将极 化调整到我们认为较好的位置 同时联络卫星公司的测控中心 在测控工程师的提示下 靠手中正负电极与 E F 端的不断接触与不断调换 居然将天线的极化做了精确的标定 且效果非常理想 隔离度为 36dB 在天控器损毁如此严重 这台天控器几乎就在找到卫星的同时 又自动关机了并再也没加 上电 的情况下 能将天线校整得如此完美 我们心里确实有着强烈的成就感 在日常的运行中 多变的天气给我们的卫星上行工作也带来了一些影响 这次珠峰火 炬展示活动 两台卫星车均是采用 KU 波段来传送信号 众所周知 KU 波段受天气影响 较大 特别是在雨雪天气下 信号衰减比较严重 专业上称为 雨衰 在珠峰地区 气候 变化剧烈 刚刚还是艳阳高照 转眼便是漫天飞雪 需要时刻关注天气情况并及时调整设 备状态 以保证播出安全 今年 作为整个转播系统的重要组成部分 6500 米卫星直播系统在 03 年 6500 米直播营 地建立 完成工作经验的基础上 结合今年的具体要求和特珠情况 克服艰苦的工作条件 圆满的完成了本次转播任务 08 珠峰火炬转播基地位于 5200 米的大本营 由于珠穆朗玛峰和大本营之间隔着一座 章子峰 其海拔高度是 7450 米 因此从大本营只能看到珠峰 8300 米以上区域 造成视频 图像不能通过微波传输回大本营 为克服大本营的这一视距盲区 需建卫星站将信号发送 至卫星 由大本营的卫星站接收后送入转播系统 通讯对珠峰火炬展示这样的大型转播工作来说是十分重要的 珠峰地区自然条件环境 恶劣 特别是低温 对各种设备来说都是严峻的考验 6500 的对讲机通讯也是如此 卫星 站的另一个任务就是作为大本营与 6500 通讯的备份 6500 米营地空气稀薄 氧气分压还不到平原地区的百分之四十 干燥 温差变化非常大 这样恶劣的自然条件和工作环境要求转播相关设备在高海拔地区具有非常好的稳定性 同 时也必须考虑技术人员操作的可行性 使其体力负担降低到最低程度 为了尽可能地避免 设备出现问题 最大限度地保证工作人员身体健康 在保证播出安全的前提下 我们简化 了系统设备 以利于在 6500 米工作技术人员的实际操作 5740 5740 HP HP UPC UPC 调 音 台 切换台 Audio 2 Audio 1 Audio 4 Audio 3 Video LNB 监视 器 珠峰 6500 米卫星站系统如上图所示 建站首先要搭建天线 但其中的艰辛与困难是那 些没有到达过 6500 米高度的人难以想象的 对人的身体和心理有很高的要求 此次转播使 用鑫诺一号卫星进行转发信号 确定卫星在 6500 米前进营地的西南方向 确定卫星站停放 位置后 将天线支架腿定位 按照主备两套系统的原则连接设备 由于工作条件的限制 此次系统只能采取冷备份的形式 即由手工插拔实现主备设备的切换 现场声从音频系统 的调音台输出通过音频 1 声道进入编解码器 A 视频信号通过切换台进入编解码器 A 的 SDI 输入口 编解码器完成视音频编码后进行调制 再将中频信号输入至上变频 UPC 最 后将射频送进高功放将功率放大 通过天线将信号发送上卫星转发器 通过 1 5 米天线接收自发信号和大本营的节目信号后 由编解码器 A 进行解码 输入 至监视器 监看自发信号 由编解码器 B 进行解码输入至监视器 监看大本营节目 PGM 信号 作为通信系统的备份 6500 卫星站音频系统的第 4 声道和大本营卫星站音频系统的 第 4 声道共同组成 实现两点间双工通信系统 在需要之时可以将其用作大本营和 6500 米 前进营地间的通讯 也可以将其用作节目返送声的备份通道 6500 米营地寒冷高海拔的工作环境对电视转播设备的稳定运行是一项极大的挑战 空 气密度极低 温差变化大 这些会对卫星站的稳定运行产生很大的影响 首先是电力保障问题 发电机功率在 6500 米明显下降 实际输出功率