關鍵詞：衛星通信技術;廣播電視信號;信號傳輸;編碼與復用;鏈路傳輸

作者：張錫林

作者單位：青島市即墨區融媒體中心

　　摘要：隨著廣播電視的發展，公眾對信號傳輸質量的要求不斷提高。然而，當前在信號編碼、鏈路傳輸及接收處理等方面仍面 臨技術挑戰。深入探討基于衛星通信的廣播電視信號傳輸關鍵技術，包括信號的編碼與復用、鏈路傳輸技術及信號接收與處 理技術，旨在提高傳輸效率和信號質量，滿足不同類型廣播電視信號的傳輸要求，確保信號的穩定性和時效性，為廣播電視行 業的技術進步提供參考。

　　0 引言

　　在當前信息社會中，廣播電視信號的高效傳輸 是確保公眾獲取新聞資訊和娛樂內容的重要途徑。 傳統的地面傳輸方式受地理環境和基礎設施限制， 難以實現廣域覆蓋和高質量傳輸。衛星通信技術憑 借其覆蓋范圍廣、傳輸容量大、不受地形限制等優 勢，成為解決這一問題的有效手段。然而，衛星通 信在實際應用中仍面臨信號延遲、干擾及成本控制 等挑戰。因此，研究基于衛星通信技術的廣播電視 信號傳輸，對于提升廣播電視服務質量具有重要的 現實意義。

　　1 衛星通信技術原理

　　1.1 衛星通信的軌道類型

　　衛星通信的軌道類型主要有地球靜止軌道（Geostationary Orbit，GEO）、中高度地球軌道（Medium Earth Orbit，MEO）及低地球軌道（Low Earth orbit， LEO）3 種。各種軌道類型的軌道高度、覆蓋范圍 及特點如表 1 所示。

　　1.2 衛星通信的信號傳播機制

　　衛星通信的信號傳播機制涉及信號從地面站 到衛星，再從衛星到地面接收站的全過程。首先， 在上行鏈路中，地面站將待傳輸的信號利用發射天線發送到衛星，信號經過調制、放大和上變頻等處 理，以適應衛星通信所需的高頻段，上行鏈路的信 號傳播受大氣吸收、雨衰和多徑效應等因素的影響， 易導致信號衰減和失真 [1] 。其次，衛星接收到上行信 號后，在轉發器進行處理，轉發器將信號進行放大、 濾波和下變頻，然后重新調制并發送到目標地面站， 衛星上的信號處理技術（如信號再生、交換等）可提 高信號傳輸的效率和質量。最后，在下行鏈路中，衛 星將處理后的信號發送到地面接收站，下行鏈路同 樣受大氣吸收、雨衰和多徑效應的影響，地面接收站 利用高增益天線和低噪聲放大器等設備接收信號， 經過解調、解碼等處理，恢復原始的信號內容 [2] 。

　　2 廣播電視信號傳輸需求解析

　　2.1 不同類型廣播電視信號的傳輸要求

　　不同類型廣播電視信號的傳輸要求在技術參 數和指標上存在顯著差異。標清信號通常采用活 動圖像專家組 2（Moving Picture Experts Group 2， MPEG-2）編碼，傳輸帶寬為 6 ～ 8 Mb·s -1 ，分辨率 為 720×576 像素，幀率為 25 f·s -1 ，對傳輸帶寬和壓 縮比的要求相對較低。高清信號則采用 MPEG-4 或 高 級 視 頻 編 碼（Advanced Video Coding，AVC） （又稱 H.264 編碼），傳輸帶寬為 10 ～ 20 Mb·s -1 ，分 辨率為 1 920×1 080 像素，幀率為 30 f·s -1 ，對傳輸 帶寬和壓縮效率的要求較高。超高清信號采用高效 率視頻編碼（High Efficiency Video Coding，HEVC） （也稱 H.265 編碼），傳輸帶寬為 40 ～ 100 Mb·s -1 ， 分辨率為 3 840×2 160 像素，幀率為 60 f·s -1 ，對傳 輸帶寬、壓縮效率和信號質量的要求更為嚴格。不 同類型信號的色深、動態范圍和音頻編碼標準也有 所不同，標清信號通常使用動態影像專家壓縮標 準音頻層面 3（Moving Picture Experts Group Audio Layer Ⅲ，MP3）或高級音頻編碼（Advanced Audio Coding，AAC）等音頻編碼標準，而高清和超高清信 號則更多采用杜比數字技術（Dolby Digital）或數字 化影院系統（Digital Theater Systems，DTS）等高級 音頻編碼標準，以確保音質的高保真度和沉浸感。

　　2.2 廣播電視信號傳輸對穩定性和時效性的要求

　　廣播電視信號傳輸對穩定性和時效性的要求 極為嚴格。在穩定性方面，傳輸系統需具備高可靠 性和低誤碼率，確保信號在傳輸過程中不受干擾和 損失，誤碼率應低于 10-9 ，以保證圖像和聲音的高 質量呈現。系統應具備強大的抗干擾能力和冗余 備份機制，以應對各種復雜環境下的傳輸挑戰。在 時效性方面，傳輸延遲應盡可能低，標清信號的端 到端延遲應控制在 200 ms 以內，高清信號的延遲應 控制在 150 ms 以內，超高清信號的延遲應控制在 100 ms 以內，以確保實時性和互動性。系統需要具 備快速切換和恢復能力，以應對突發故障和網絡中 斷，確保信號傳輸的連續性和穩定性。

　　3 基于衛星通信的廣播電視信號傳輸 關鍵技術

　　3.1 信號編碼與復用技術

　　3.1.1 信源編碼

　　信源編碼即利用壓縮算法減少信號的數據量， 提高傳輸效率，同時保持圖像和聲音的質量。常用 的視頻編碼標準包括 MPEG-2、H.264 和 H.265。 MPEG-2 編碼適用于標清信號，壓縮效率較低，但 算法簡單，易于實現。H.264 編碼適用于高清信號， 壓縮效率顯著提高，能夠在較低的帶寬下傳輸高質 量的視頻信號。H.265 編碼進一步提高了壓縮效率， 適用于超高清信號，能夠在相同的帶寬下傳輸更高 分辨率的視頻 [3] 。音頻編碼標準如 MP3 和 AAC 主 要用于標清信號，而 Dolby Digital 和 DTS 等高級音 頻編碼標準則適用于高清和超高清信號，能夠提供 更高的音質和更好的沉浸感。

　　3.1.2 復用技術

　　復用技術是將多路廣播電視信號整合到同一 信道中進行傳輸的關鍵技術，旨在提高衛星通信資 源的利用率，同時保證各信號的傳輸質量。常見的 復用技術包括時分復用（Time Division Multiplexing， TDM）、頻分復用（Frequency Division Multiplexing， FDM）和統計時分復用（Statistical TDM，STDM）。

　　TDM 將時間劃分為多個時隙，每個時隙傳輸一路信 號，適用于固定帶寬的應用。FDM 將頻譜劃分為多 個子頻段，每個子頻段傳輸一路信號，適用于多路 信號同時傳輸的需求。STDM 根據信號的實際數據 流量動態分配帶寬，能夠在保證傳輸質量的同時， 最大化資源利用率。

　　3.2 衛星鏈路傳輸技術

　　3.2.1 上行鏈路技術

　　上行鏈路技術涉及廣播電視信號從地面站到 衛星的傳輸過程，關鍵因素包括高功率放大器的選 擇、上行頻率的規劃及天線指向精度。高功率放大 器的選擇直接影響信號的傳輸質量和效率，需要在 輸出功率、線性度和穩定性之間進行權衡。上行頻 率的規劃需要考慮頻譜資源的可用性和干擾情況， 選擇合適的頻段以減少干擾和提高傳輸效率 [4] 。天 線指向精度對信號傳輸的穩定性至關重要，需要利 用精確的天線對準和跟蹤技術，確保信號在傳輸過 程中的穩定性和可靠性。

　　3.2.2 衛星轉發技術

　　衛星轉發技術是指衛星接收到上行信號后，利 用轉發器對信號進行處理并重新將其發送到地面接 收站的技術。轉發器是衛星通信系統的核心部件， 其主要技術參數有帶寬、功率和增益。帶寬決定了 轉發器能夠處理的信號數量和類型，功率和增益則 影響信號的傳輸距離和質量。衛星上的信號處理技 術，如信號再生和交換，能夠提高信號傳輸的效率 和質量。信號再生技術可對接收的信號進行放大和 濾波，消除傳輸過程中的噪聲和失真，提高信號的 清晰度 [5] 。信號交換技術可進行靈活的信號路由和 調度，實現多路信號的高效傳輸。

　　3.2.3 下行鏈路技術

　　下行鏈路技術涉及衛星到地面接收站的信號 傳輸過程，關鍵因素包括信號的衰減和噪聲對信號 接收的影響，以及相應的對抗措施。信號的衰減主 要由自由空間損耗和大氣吸收引起，自由空間損耗 隨傳輸距離的增加而增加，大氣吸收受天氣條件的 影響。噪聲包括宇宙噪聲和地面干擾，對信號接收 質量產生負面影響。對抗措施包括增大接收天線口 徑和采用低噪聲放大器。

　　3.3 信號接收與處理技術

　　3.3.1 接收機技術

　　接收機是衛星廣播電視信號接收的核心部分， 主要包括射頻前端、中頻處理、解調和解碼等模塊。 射頻前端負責接收天線傳來的信號，并將其轉換為 中頻信號。中頻處理模塊對中頻信號進行濾波和放 大，去除噪聲和干擾。解調模塊將中頻信號還原為 基帶信號，解碼模塊則將基帶信號解碼為原始的圖 像和聲音信號。接收機的性能參數包括靈敏度、選 擇性和抗干擾能力 [6] 。

　　3.3.2 信號處理與顯示技術

　　信號處理與顯示是衛星廣播電視信號接收后 的關鍵步驟，主要包括去噪、解復用、解碼等后處理 技術，以及視頻增強和音頻優化等顯示技術。去噪 技術利用數字信號處理算法，去除信號中的噪聲和 干擾，提高信號的清晰度。解復用技術將多路復用 的信號分離為獨立的視頻和音頻信號。解碼技術將 壓縮的信號還原為原始的圖像和聲音信號。視頻增 強技術通過圖像處理算法，提高視頻的亮度、對比 度和清晰度，改善觀看體驗。

　　4 結語

　　衛星通信技術在廣播電視信號傳輸領域已取 得諸多進展，但仍有較大的發展空間。在技術層面， 信號編碼復用技術需要持續優化以適應更多類型信 號傳輸需求，衛星鏈路傳輸技術要進一步克服環境 干擾等問題，信號接收與處理技術應不斷提高準確 性和效率。隨著廣播電視技術的不斷革新，如 8K 視頻、多聲道環繞音頻等的發展，衛星通信技術需 要與之協同演進，從硬件設備到軟件算法全方位提 升，保障廣播電視信號高質量、廣覆蓋傳輸，為廣播 電視產業發展提供堅實的技術支撐。