直播卫星业务和技术

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  一、中国广播电视卫星直播业务市场情况    1.国际广播电视卫星直播业务发展情况简介
    卫星直播业务使星上电视节目直接到户，接收者只需使用小型卫星接收天线即可接收到来自卫星上的电视或广播节目。
    90年代初以来，广播电视卫星直播业务、卫星移动通信和卫星数字音频广播业务等首先在美国取得了技术突破，并迅速步入产业化和商业化轨道，形成了推动经济增长的新兴产业。目前，这三项卫星通信广播业务正向全球迅速扩展，其中广播电视卫星直播产业发展尤为迅猛，并在运营中获得很大成功，已逐步走向成熟。
    美国休斯公司于1993年抢先开发并组建了采用数字视频压缩技术的商用电视直播卫星系统，通过多种渠道融资成立了DirecTV公司负责经营该卫星系统。短短几年时间，该公司即占据了美国和加拿大卫星电视直播市场的最大份额，并进入墨西哥、拉美和日本市场。在休斯公司开拓卫星电视直播市场取得成功之后，美国、日本和欧洲的很多大公司也先后进入卫星数字电视直播市场，一些传统的营利性和非营利性通信卫星公司也纷纷效仿，试图在全球广播电视卫星直播市场上占有一席之地。
    目前卫星电视广播应用已相当普及。例如欧洲SES公司在其两个轨道位置中拥有10颗左右通信广播卫星，上星广播的电视节目超过1000套；美国是世界上最大的广播电视卫星直播市场，占全世界数字卫星直播用户的3/4以上，在3个直播卫星轨道上拥有多颗直播卫星，上星节目超过600套。又如Echostar公司有9颗直播卫星，1000多套节目，1000多万用户，2004年收入80亿美元。日本上星的电视广播业务也超过300套，拥有终端客户近2000万(其中数字卫星电视用户600万)。欧、美、日等发达国家在已经建立的发达的直播卫星系统基础上，还在不断扩充原有的空间文化“阵营”。在中国附近的东南亚、东北亚等国家和地区，数字卫星直播业务也成为了发展的热点。国际市场上卫星直播业务已成为卫星运营商的重要收入来源。
    2.我国广播电视卫星直播业务的发展前景展望
    卫星直播的最大优势是只需用有限的卫星资源，就可向无限数量的家庭用户直播数百套电视节目。我国地域辽阔，地形复杂，海岛、山区和少数民族区域多；人口众多但分布不均；经济发展不平衡，有线电视网尚不够发达。因此，在我国发展广播电视卫星直播业务具有天然的优势和巨大的潜力，是世界上少数几个拥有如此巨大市场的国家之一。
    2000～2010年，我国至少将有13～14亿人口，4亿个家庭。如果有1/4家庭(约1亿家庭)安装卫星电视接收机，卫星电视接收机工业的产值将有800～1000亿元，每户卫星电视接收机的收费价格相当于当时有线电视的收费标准(假设每频道收费1元)，那么，2008～2017年的10年内，租金若按每家一年150元计算则年均为150亿元。即使不考虑卫星电视直播的发展对彩电工业、计算机工业、广告业、影视业、商业、信息业和其他与卫星电视相关的第三产业的发展所带来的间接效益(估计不少于2000亿元)，仅卫星电视直播事业的发展也会为我国开辟一个不亚于彩电、录像机和电冰箱工业规模的新兴产业，每年至少可为国民经济新增250亿元的产值，增加就业人数几十万人。可以预言，在本世纪初，达到小康水平的中国普通工薪家庭和富裕起来的农民家庭，也许不能家家买得起小轿车，但至少1/4家庭有能力安装卫星接收机。这一潜在的巨大市场令许多西方工业国家垂涎欲滴。如果中国自己不主动占领，不去积极开发，将会带来巨大损失。更重要的是，卫星电视与意识形态和精神文明建设密切相关，我们鼓励制作丰富多彩、健康文明的电视节目去占领这一阵地。
    目前广电部门有91套电视节目和126套语音广播。分别选用6颗卫星进行电视节目传输。
    3.我国广播电视卫星直播系统对空间段的市场需求分析
    根据目前国家标准所规定的编码、复用、调制技术，直播星应具备播出150-200套高清电视节目的能力。其中包括30-50套公益频道。
    在“十一五”规划期间，预计将有300多套广播电视节目的播出任务。
    2008年北京奥运会、2010年上海世博会以及互联网接入和数字多媒体广播等业务也会有上星需求。
    根据广播电视卫星直播业务对卫星转发器数量的需求，对市场预测如下：

时间		2007年	2008年	2009年	201O年	2011-2018年
出租转发器数	电视直播	10	16	15	17	19
	其他	2	2	2	2.2	2.6
合计转发器出租数量		12	18	17	19.2	21.6
转发器出租率		50%	75%	70%	80%	90%

    二、中国广播电视直播卫星项目背景
    2000年，我国广播电视卫星直播项目正式列入国家“十五”计划中的十二大高技术工程。2000年9月1日，原国家计委召开了广播电视卫星直播项目工作会议，为发展我国广播电视卫星直播产业奠定了政策基础。此后，国家发展和改革委员会多次召开有关广播电视卫星直播项目的工作协调会和专家论证会，积极推进直播卫星系统的建设和发展。国家广播电影电视总局和信息产业部积极推进广播电视数字化技术和卫星互联网技术，加大市场推动和开拓力度，为我国直播星传输网络技术标准、技术要求和引导市场需求做了一系列很有意义的工作。
    今年2月，国家正式批准直播星的建设方案，直播星将采用正在研制的东方红四号首发星和进口的法国阿尔卡特公司SB4000卫星平台作为“一中一外”的直播星系统空间段方案，两颗卫星均采用我国长征火箭发射，双星共位运营，可保证我国直播星广播电视节目的安全传输。
    中国卫星通信集团公司于2005年4月21日正式签订向阿尔卡特宇航公司采购中星9号直播卫星的合同。
    三、直播卫星建设目标
    1.推动广播影视业大发展
    项目建设将为我国广播电视卫星直播系统建立一个安全、稳定、可靠、大容量、全覆盖的空间传输平台，形成一套符合我国广播电视直播卫星系统的技术体制和业务发展、市场开发的商业运营模式，推动我国广播电视节目制作、内容提供等相关产业的发展。我国广播电视卫星直播事业将在我国改革开放国民经济持续增长的大好环境中蒸蒸日上、蓬勃发展，并将逐步建立市场化运营的模式，成为我国信息化产业新的增长点。
    2.提高覆盖率
    空间段项目建设可将广播电视在全国的覆盖率提高到98%以上，届时广大民众可用0.45-0.6米天线收看卫星广播电视节目，从而解决全国广大农村，尤其是边远地区的广大民众收听收看广播电视难的问题，满足广大人民群众日益增长的精神文化生活需求，进一步缩小数字鸿沟，促进我国经济的全面、协调和可持续发展，为实现全面建设小康社会的目标，加强精神文明、物质文明和政治文明的建设奠定基础。
    四、直播卫星轨位的选择
    国际电联分配给中国的直播卫星BSS频段轨位有62°E，92.2°E，134°E三个轨位和香港使用的122°E轨位。中国的领土东西经度范围在135°E-73.5°E(中国地理中心城市兰州位于103°E)，因此我国的直播卫星首选使用92.2°E轨位较好，这样对全国大部分的电视接收用户天线的仰角可在35°以上，只有我国东北部分地区的接收天线仰角在20°以下，如黑龙江省的抚远、双鸭山等地天线仰角大约在16°-17°。
    五、直播卫星技术方案
    1.广播电视直播卫星主要技术要求
    (1)卫星广播容量：
    直播卫星主要用于广播和电视节目的直接广播，按照国家标准进行编码、复用、调制、上行，应具有播出150～200套标准清晰度电视节目(SDTV)的能力，能开展卫星高清晰度电视(HDTV)业务和数据传输等综合业务。
    (2)卫星可靠性和备份：
    考虑到广播电视卫星直播业务对安全性和可靠性的特殊需要，直播卫星应具备高度可靠性。根据国际上成熟的直播卫星公司的运行经验，直播卫星应采用高可靠性的同容量圆极化双星同轨热备份的方式。备份星特性与主用星相当，当主用卫星因故障不能使用时，备份星可承担主用星的全部业务。
    (3)卫星波束：
    卫星波束具备覆盖全国的能力。
    (4)卫星上下行极化方式：圆极化
    (5)信号可用度：
    ●上行可用度≥99.99%
    ●个体接收可用度≥99.5%(接收天线口径≤60cm)
    (6)卫星轨位：92.2°E
    (7)频率：
    ●上行频率17.3～17.8GHz
    ●下行频率11.7～12.2GHz
    (8)卫星有效载荷：
    ●4个54MHz和18个36MHz转发器，共计22个有效转发器，并留有一定数量的备份转发器。备份转发器替代故障转发器时其EIRP变化≤1dB。
    ●转发器采用线性化器
    (9)卫星下行波束及等效全向辐射功率(EIRP)：
    卫星下行波束采用单个成形大波束覆盖我国大陆、港、澳、台等地区，覆盖区边缘的功率通量密度应迅速下降，并在国际电联规定值以下。卫星下行EIRP应根据地面接收天线口径、接收可用度，考虑雨衰等因素，合理设计、分配并留有足够余量。
    2.中星9号直播卫星技术方案
    (1)中星9号直播卫星主要技术指标

技术参数		指标
轨道位置		92.2°E
卫星设计寿命		15年
服务寿命		≥5年
轨道保持精度		南北：0.05°
		东西：0.05°
波束指向精度(正常条件下)		≤0.1°(3 )
寿命末期卫星功率		≥10000瓦
卫星尺寸		2.25mx2mx4.5m
卫星干重		1881Kg
发射重量		4500Kg
工作频率	卫星接收	17.3GHz～17.8GHz
	卫星发射	11.7GHz～12.2GHz
天线		两付接收天线，两付发射天线
全国波束G/T		全国大部≥0.0 dB/K
EIRP		49-57dBW
行波管功率		191W
运载火箭		长征三号乙(CZ-3B)
预定发射日期		2007年第四季度

    (2)中星9号直播卫星平台
    中星9号直播卫星采用法国阿尔卡特宇航公司研制生产的SB4000平台。
    ●平台的特点和继承性
    平台的主要特点是大功率、长寿命、高可靠，为经过飞行考验的成熟商用卫星平台，使用硅太阳电池片，两翼太阳帆板各6块，在卫星寿命末期可提供10700瓦的直流功率；有两组100安时的蓄电池，最大放电深度为70%；推进剂储箱容积2660公斤，卫星设计寿命15年，服务寿命大于15年；卫星平台可靠性高，达0.849(寿命末期)。
    中星9号卫星平台有良好的继承性，目前已有7颗卫星采用SB4000平台，其中两颗卫星已于2005年1月及4月成功发射，进入预定轨道正常工作。
    ●卫星整星可靠性
    卫星的设计尽可能采用经过飞行验证的成熟技术和部件，避免单点失效。卫星在发射、轨道转移、卫星定点、在轨测试结束的可靠性指标大于0.97。卫星服务寿命末期的可靠性指标为：平台0.849，有效载荷0.896，整星大于0.76。
    ●与火箭的兼容性
    中星9号采用法国阿尔卡特生产的SB4000系列平台，该系列卫星部件已实现欧洲化，完全不受美国有关出口许可证的限制。卫星将采用国产长征三号乙火箭发射，阿尔卡特公司生产的同系列卫星鑫诺一号是使用长征三号乙火箭于1998年发射的，同类型的亚太6号也使用长征三号乙火箭在2005年4月发射成功，中星9号卫星与长征火箭具有良好的兼容性。
    (3)中星9号直播卫星有效载荷设计方案
    中星9号卫星有效载荷由22路大功率Ku转发器和4副天线组成。天线分系统含用于广播电视的2副接收天线和2副发射天线。下表列出了转发器相关参数：

接收频点	17300-17800MHz
发送频点	11700-12200MHz
极化	圆极化(左旋和右旋)
接收	范围：区域和全国             G/T:全国大部≥0.0dB/K,东部地区≥5.0dB/K
发送	范围：全国　EIRP.49-57dBW
转发器	22(18×36MHz+4×54MHz)
TWTA数量	28
TWTA功率	191W
有效载荷功率预算	7000W max
有效载荷热耗预算	3400W
转发嚣重量	＜175kgs

    (1)工作频段与频率计划
    中星9号直播卫星使用频段为规划的BSS频段。工作频率范围：上行频段17.3(17.8GHz，下行频段11.7(12.2GHz。共设有22个Ku频段转发器，其中1A、2A、1B、2B为54MHz带宽转发器，其余为36MHz带宽转发器。
    (2)卫星下行覆盖设计
    中星9号直播卫星两副发射天线均采用双偏置主面赋型的格里高利反射面天线。其中一副天线安装在西墙板上，工作频率为11.7GHz～12.2GHz，对应11路转发器是1B～6B及7A～11A；另一副天线安装在东墙板上，工作频率为11.7GHz～12.2GHz，对应11路转发器是1A～6A及7B～11B。
    卫星下行波束覆盖中国全部国土包括南中国海地区，具体情况如下：
    除南中国海外的中国行政区域EIRP值为49.2～57.5dBW；
    中东部地域EIRP大于52dBW，覆盖中国90%以上人口；
    喀什、拉萨、乌鲁木齐等地EIRP均50dBW；
    东南沿海雨衰较大区域EIRP值均在56dBW以上。
    (3)卫星接收天线覆盖特性
    全国波束覆盖中国全部国土含港、澳、台地区，如下图所示。卫星全国波束的G/T值：
    中国大部分地区：　≥0dB/K
    中国东北和西南部：≥1.5dB/K
    中国中南部：　　　≥3dB/K
    中国东南沿海：　　≥5dB/K
    (4)卫星功率饱和通量密度(SFD)
    中星9号卫星的赋形点波束SFD在G/T值为+7dB/K时范围为-68dBW/m?～-98dBW/m?
    而中星9号卫星的全国波束SFD是在G/T值为+3dB/K时范围为-68dBW/m?～-98dBW/m?
    (5)极化方式
    卫星天线采用圆极化工作方式，适宜在我国使用。
    (4)圆极化的应用特性
    ●圆极化天线调整容易，易于用户接收电视信号
    由于地面天线信号对极化方向是以卫星天线的极化方向为基准的。对于圆极化，只需对准卫星，即可接收到满意的电视图像信号，不需要进行极化方向调整。
    对使用线极化天线的卫星，由于避免不了极化偏转的产生(不同地区极化角不同)，因此需要旋转地面天线馈源(即调极化)才能使信号最强。
    使用线极化，对广大直播卫星电视用户来说，除在调整极化上存在较大的技术困难外，主要是安装上也带来不便。即使提供专业的技术支持服务，也很难在短时间内迅速有效地进行，对直播卫星电视用户很不方便。尤其是我国占人口大多数的农村用户和边远地区用户，受到各种条件的限制，调整天线极化非常有难度。
    使用圆极化的接收终端只需考虑机械安装，告知中国亿万用户所在地区天线的方位角和仰角，尤其是我国占人口大多数的农村用户和边远地区用户，便可实现非专业人员的安装与运维服务，有利于BSS业务推广并可降低运营成本。
    ●使用圆极化更易于实现双星同轨同频备份
    使用圆极化能较好地实现双星同轨备份。
    如果同轨是两个线极化卫星，要求两颗星初始极化角一致。如果极化初始角不一致，将无法实现两颗卫星的同频备份，只能是完全的整星转换。在整星转换时，地面接收天线还需重新调整极化。
    另外，使用圆极化的两颗同轨备份的卫星，可采用交叉方式互为备份，便于各自星上的能源温控管理，使卫星处于较佳的工作状态。
    ●圆极化较适宜移动接收
    我国疆域辽阔，东部人口较集中，西部人口居住分散，还有漫长的海岸线、诸多岛屿以及数万公里的国境线和数以千万的牧民、边防哨所的子弟兵等，全国每天有数以万计的移动车辆，每天有八千万至一亿的移动人口，均适宜用圆极化天线接收电视节目。
    中星9号卫星将于2007年下半年用中国的长征三号乙火箭在西昌卫星中心发射升空。届时，全国各民族电视观众将能如愿以偿地接收卫星直播的广播电视节目。这将大大促进我国物质文明、精神文明、政治文明建设的进程。
作者：吕立锦