L頻段DAB衛(wèi)星研究

+ 王中 中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)有限公司

L頻段DAB衛(wèi)星研究

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衛(wèi)星通信的主要特點(diǎn)是：不受地理?xiàng)l件限制、覆蓋面積大、具有廣播特性、不易受陸地災(zāi)害的影響、運(yùn)用靈活、建設(shè)速度快、覆蓋成本低等。L頻段波束較寬，指向性不強(qiáng)，對(duì)衛(wèi)星終端天線的指向性要求不高，并且其衛(wèi)星鏈路受天氣的影響較小，特別適合于做衛(wèi)星移動(dòng)通信及廣播傳輸。本文介紹了L頻段的資源分配情況以及可開(kāi)展的業(yè)務(wù)，并說(shuō)明了衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播是移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)的發(fā)展方向。

移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)、L頻段、衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播

1. 前言

衛(wèi)星通信發(fā)展總的趨勢(shì)是衛(wèi)星越做越大，地球站越做越小。發(fā)展的最終目標(biāo)必然是要實(shí)現(xiàn)個(gè)人全方位通信。衛(wèi)星和地面通信網(wǎng)必將組成天地一體、無(wú)縫連接、覆蓋全球的個(gè)人通信系統(tǒng)。正如手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)目前已經(jīng)成人們現(xiàn)代生活中不可缺少的一部分。

衛(wèi)星正在越做越大，整星功率越來(lái)越大、壽命越來(lái)越長(zhǎng)、頻率越做越高，而地面天線卻越來(lái)越小，衛(wèi)星通信應(yīng)用越來(lái)越便捷。但我們同時(shí)也看到，固定衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)也受到與其幾乎同時(shí)起步卻發(fā)展迅速的地面光纖網(wǎng)絡(luò)的巨大的沖擊，適用范圍在相對(duì)逐漸縮小。即便如此，也不能否認(rèn)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)覆蓋范圍廣、獨(dú)具廣播特性、受地理環(huán)境影響較小、網(wǎng)絡(luò)易于構(gòu)成等特點(diǎn)依然存在，仍然占有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額。相對(duì)于自身，衛(wèi)星通信效益仍然逐年增長(zhǎng)，無(wú)法被代替，其根本原因在于人們不斷日益增長(zhǎng)的物質(zhì)和文化需求。

衛(wèi)星廣播就是指利用環(huán)繞地球的衛(wèi)星來(lái)傳播節(jié)目的廣播服務(wù)。衛(wèi)星一般采用靜止軌道衛(wèi)星，頻段采用L或S頻段。它傳遞數(shù)字音頻節(jié)目或數(shù)據(jù)資料到接收端，而過(guò)去調(diào)幅AM 及調(diào)頻FM 則采用模擬技術(shù)，未來(lái)將逐漸被第三代廣播技術(shù)DAB(Digital Audio Broadcasting)取代。由于其可透過(guò)衛(wèi)星或地面發(fā)射站發(fā)射數(shù)字信號(hào)，具有抗干擾強(qiáng)，以及不受電波傳輸衰弱影響等特點(diǎn)，能提供近乎零失真的音質(zhì)，歌曲品質(zhì)等同于CD，更受消費(fèi)者青睞。

表1 L頻段可用于通信廣播業(yè)務(wù)的頻段

2. L頻段國(guó)內(nèi)外應(yīng)用簡(jiǎn)述

2.1 衛(wèi)星頻率劃分

衛(wèi)星業(yè)務(wù)頻率分配主要是由國(guó)際電信聯(lián)盟（International TelecommunicationUnion，ITU）組織協(xié)調(diào)完成的。其將全世界分為三個(gè)區(qū)域：

區(qū)域1：歐洲、非洲、前蘇聯(lián)及蒙古

區(qū)域2：北美洲、南美洲及格陵蘭島

區(qū)域3：亞洲（除區(qū)域1）、澳大利亞以及西南太平洋。

在這三個(gè)區(qū)域內(nèi)，頻率帶寬被分配給各類型的衛(wèi)星業(yè)務(wù)，而同一業(yè)務(wù)在不同的區(qū)域內(nèi)所分配的頻率可能不同。

衛(wèi)星業(yè)務(wù)的類型如下：

●固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)Fixed satellite service (FSS)

●衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)Broadcasting satellite service (BSS)

●移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)Mobile satellite services(MSS)

●導(dǎo)航微衛(wèi)星業(yè)務(wù)Navigational satellite services

●氣象衛(wèi)星業(yè)務(wù)Meteorological satellite services

每一大類衛(wèi)星業(yè)務(wù)都包含了許多小類，例如，衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)BSS主要用于提供直達(dá)客戶家庭的電視廣播業(yè)務(wù)，也被稱為衛(wèi)星直播業(yè)務(wù)（Direct Broadcast Satellite，DBS) ，在歐洲被稱為衛(wèi)星電視直播到業(yè)務(wù)（Direct-To-Home ，DTH)。

L頻段所用的頻率范圍是1～2GHz頻段，適用的衛(wèi)星通信和廣播業(yè)務(wù)主要為：

●利用GEO（地球同步軌道）衛(wèi)星向車載、船載、機(jī)載和便攜式終端提供移動(dòng)電話和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)

●利用GSO衛(wèi)星或LEO（低軌）衛(wèi)星星座向手持終端提供移動(dòng)電話和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)

●以及利用GSO衛(wèi)星向便攜式和車載終端提供聲音和數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)。

由于頻率低，衛(wèi)星可用帶寬窄，加上車載、便攜式和手持終端的天線波束寬，L頻段衛(wèi)星通信的頻率資源和軌位資源極為緊缺。因此，相應(yīng)的業(yè)務(wù)范圍局限于向常規(guī)的衛(wèi)星通信、移動(dòng)廣播、以及有線通信服務(wù)區(qū)外的用戶，提供話音和低速數(shù)據(jù)通信。

盡管L頻段衛(wèi)星通信終端的售價(jià)通常比較低廉，但是，L頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設(shè)成本高，其通信費(fèi)用也遠(yuǎn)高于常規(guī)的衛(wèi)星通信手段。

2.2 L頻段資源分配

自1976年，海事衛(wèi)星Inmarsat將L頻段部分頻率資源（1535～1542.5/1636.5～1644MHz）專門用于衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)開(kāi)始，至今國(guó)外衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)（MSS）已有近四十多年的發(fā)展歷程。

目前已經(jīng)建成并投入使用的國(guó)外靜止軌道（Geo-synchronous orbit，GSO）和非靜止軌道（Non -Geosynchronous orbit，NGSO）衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)有很多種，其中較為典型的是：GSO 以Aces、Thuraya 和 Inmarsat為代表； NGSO 星座以Iridium、Globalstar為代表，其中Iridium為低地球軌道（Low earth orbit，LEO），GPS屬中軌道（Medium earth orbit，MEO），傾斜地球同步軌道（Inclined Geosynchronous Orbit，IGSO）如表2所示。

由上表我們可以看出，國(guó)際各大衛(wèi)星移動(dòng)通信公司基本已將可用頻譜資源占盡，要想再擠出點(diǎn)頻率資源很難。各大衛(wèi)星移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)于頻譜資源的高效使用，比如在1626.5-1660.5/1525-1559 MHz頻段，Inmarsat、Thuraya等多個(gè)GSO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)通過(guò)多邊磋商實(shí)現(xiàn)了頻率共用。另一方面我們注意到L頻段已非常擁擠，在常用的L頻段范圍內(nèi)，已經(jīng)有五家運(yùn)營(yíng)商分頻使用。由于衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)常用頻段的申請(qǐng)和使用均需履行“先登先占”程序，即先申報(bào)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)具有較高的協(xié)調(diào)地位，可優(yōu)先使用，后申報(bào)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)不得對(duì)其產(chǎn)生有害干擾，申報(bào)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)都有明確的7年應(yīng)用時(shí)限，因此可見(jiàn)，L頻段資源十分寶貴，所剩無(wú)幾。

2.3 L頻段適合開(kāi)展的業(yè)務(wù)形式

L頻段最大的優(yōu)勢(shì)在于終端無(wú)需精準(zhǔn)指向衛(wèi)星即可通信，不易受天氣影響，強(qiáng)降雨不會(huì)造成信號(hào)中斷。

根據(jù)當(dāng)前我國(guó)可用的L頻段頻率資源規(guī)劃，1467-1492MHz這一段頻率ITU規(guī)劃分配給了衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)，不能用于衛(wèi)星移動(dòng)通信，且我國(guó)已開(kāi)始利用S頻段建設(shè)MSS系統(tǒng)，因此不可能重復(fù)建設(shè)。同時(shí)L頻段雖仍有帶寬規(guī)劃為MSS業(yè)務(wù)，但由于級(jí)別較低，協(xié)調(diào)非常困難。L頻段可用帶寬小——只有25MHz，不適合開(kāi)展占用帶寬較大的DVB業(yè)務(wù)。下表說(shuō)明了適合L頻段的幾項(xiàng)主流業(yè)務(wù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。

由此可見(jiàn)，L頻段DAB應(yīng)用是衛(wèi)星通信發(fā)展的重要組成部分,適合當(dāng)前移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展需求，其所獨(dú)有的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)具有非常大的發(fā)展空間，將在新的形勢(shì)下造就巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播DAB

3.1 DAB簡(jiǎn)介

數(shù)字音頻廣播DAB（Digital Audio Broadcasting）亦稱尤里卡147（EUREKA 147），是上世紀(jì)八十年代末由歐洲各國(guó)共同開(kāi)發(fā)、訂立的標(biāo)準(zhǔn)，基于目前仍廣泛使用的MPEG音頻第2層（MPEG Layer-2）。它采用先進(jìn)的音頻數(shù)字編碼數(shù)據(jù)壓縮、糾錯(cuò)編碼以及數(shù)字調(diào)制技術(shù)，對(duì)廣播信號(hào)進(jìn)行系列數(shù)字化處理，是繼AM、FM傳統(tǒng)模擬廣播之后的第三代廣播。

表2 全球主要衛(wèi)星移動(dòng)廣播通信系統(tǒng)軌道位置類型及頻率范圍

表3 適合L頻段開(kāi)展的業(yè)務(wù)形式

DAB具有發(fā)射功率小、抗噪聲、抗干擾、抗電波傳播衰落、傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)易被修正，適合高速移動(dòng)接收等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字音頻廣播除了傳統(tǒng)意義上僅傳輸音頻信號(hào)外，還可以傳送包括音頻、視頻、數(shù)據(jù)、文字、圖形等在內(nèi)的多媒體信號(hào)。準(zhǔn)確的說(shuō)此時(shí)數(shù)字音頻廣播應(yīng)稱為數(shù)字多媒體廣播DMB(Digital Multimedia Broadcasting)，但由于其主要業(yè)務(wù)仍是音頻廣播，故習(xí)慣上仍稱之為數(shù)字音頻廣播。

DAB覆蓋有三種方式：

● 地面無(wú)線方式DAB-T

● 電纜或光纜有線方式DAB-C

● 衛(wèi)星傳輸方式DAB-S

衛(wèi)星傳送的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋區(qū)域相當(dāng)大。對(duì)于全國(guó)性節(jié)目來(lái)說(shuō)，通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行全國(guó)覆蓋，DAB-S應(yīng)該是最經(jīng)濟(jì)的方案?？梢苑浅Ｓ行У毓?jié)約地面同步網(wǎng)建設(shè)、節(jié)目和數(shù)據(jù)的饋送以及運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用。

DAB受眾通過(guò)手機(jī)、電腦、便攜式接收終端、車載接收終端等多種接收裝置，可以收看到豐富多彩的數(shù)字多媒體節(jié)目。而利用數(shù)字廣播技術(shù)，提供非實(shí)時(shí)的推送式廣播服務(wù)，則是近兩年出現(xiàn)的新的趨勢(shì)，因?yàn)楹芏鄧?guó)家的政策法規(guī)不允許DAB從事視頻節(jié)目播出，而傳統(tǒng)的FM廣播又已經(jīng)得到用戶的充分認(rèn)可，因此，利用DAB技術(shù)，提供非實(shí)時(shí)的推送式廣播，則帶給廣大廣播用戶全新的收聽(tīng)體驗(yàn)，為DAB技術(shù)的推廣拓展了一片全新的天地。

DAB近年有升級(jí)版，名為DAB+，不能兼容舊有制式。現(xiàn)有的舊式和大多數(shù)銷售中之接收器都不能支持DAB+。某些國(guó)家預(yù)料幾年內(nèi)會(huì)采用DAB+制式作為廣播之用，包括英國(guó)、澳洲、意大利、德國(guó)、瑞士和馬耳他等。我國(guó)也對(duì)DAB+技術(shù)感興趣。

1994年，Eureka-147標(biāo)準(zhǔn)被國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）確認(rèn)為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 DAB地面應(yīng)用情況

衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播是在衛(wèi)星電視廣播的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。衛(wèi)星傳送的優(yōu)點(diǎn)是覆蓋區(qū)域大，對(duì)于全國(guó)性節(jié)目來(lái)說(shuō)，通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行全國(guó)覆蓋可以說(shuō)是最經(jīng)濟(jì)的方案，可節(jié)約地面同步網(wǎng)建設(shè)、節(jié)目和數(shù)據(jù)饋送及維護(hù)、運(yùn)行費(fèi)用。

表2 全球主要衛(wèi)星移動(dòng)廣播通信系統(tǒng)軌道位置類型及頻率范圍

衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播（DAB）系統(tǒng)由地球同步衛(wèi)星、廣播上行站、數(shù)字接收機(jī)及地面控制運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)組成。根據(jù)信息發(fā)布方式的不同，DAB衛(wèi)星廣播系統(tǒng)主要分為個(gè)人接收和公共接收兩種，可以有三種不同的應(yīng)用模式：

（1）用戶可以使用便攜式的DAB衛(wèi)星接收機(jī)，直接接收來(lái)自衛(wèi)星的廣播信息。

（2）在私家車、公務(wù)車、公交車、船舶等移動(dòng)交通工具上安裝DAB衛(wèi)星接收機(jī)，接收機(jī)直接接收來(lái)自衛(wèi)星的廣播信息，并將信息通過(guò)交通工具上的顯示屏、揚(yáng)聲器等設(shè)備將信息對(duì)外發(fā)布。

（3）在個(gè)人家庭、辦公場(chǎng)所或公共場(chǎng)所安裝DAB衛(wèi)星接收機(jī)，接收機(jī)直接接收來(lái)自衛(wèi)星的廣播信息，并通過(guò)外置的揚(yáng)聲器、控制器等驅(qū)動(dòng)電子顯示屏、農(nóng)村有線廣播設(shè)備等其它設(shè)備將信息對(duì)外發(fā)布。

到目前為止，世界上已有35個(gè)國(guó)家和地區(qū)開(kāi)播或試驗(yàn)播出DAB/DAB+/DMB節(jié)目，14個(gè)國(guó)家和地區(qū)有意開(kāi)展DAB業(yè)務(wù)。

目前，全球已有超過(guò)1000套DAB數(shù)字音頻廣播節(jié)目在播出，超過(guò)5億人在使用幾千種類型的接收機(jī)收聽(tīng)數(shù)字音頻廣播。在英國(guó)、德國(guó)、比利時(shí)、丹麥等歐洲國(guó)家DAB的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平

3.3 DAB的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字音頻廣播(DAB)是廣播事業(yè)發(fā)展中一個(gè)新的里程碑，特別是衛(wèi)星DAB與傳統(tǒng)的現(xiàn)行廣播系統(tǒng)相比，擁有很多優(yōu)勢(shì)：

（1）DAB音質(zhì)純凈，可與CD盤媲美；

（2）信號(hào)好、接收質(zhì)量高、抗干擾性強(qiáng)，可保證高速移動(dòng)狀態(tài)下的接收質(zhì)量，可在惡劣環(huán)境下接收；

（3）覆蓋面積大，突破了傳統(tǒng)地面廣播信號(hào)傳輸距離的限制，任何地面廣播系統(tǒng)無(wú)法與之相比。用衛(wèi)星技術(shù)還可以解決包括山區(qū)、海島、洋面等偏僻地區(qū)的覆蓋問(wèn)題。使得用戶“走到哪里都可以收聽(tīng)”自己喜歡的節(jié)目，在這一點(diǎn)上任何地面廣播系統(tǒng)無(wú)法與之相比，尤其對(duì)以全國(guó)、全球覆蓋為目標(biāo)的大臺(tái)來(lái)說(shuō)更具重要性（目前全國(guó)唯有中央人民廣播電臺(tái)的節(jié)目能覆蓋全國(guó)。截至2013年1月21日，全國(guó)廣播節(jié)目有2831套 ）；

（4）接收系統(tǒng)十分簡(jiǎn)單、小巧，特別是L頻段衛(wèi)星接收機(jī)，對(duì)于接收天線的指向性要求不高。

（5）接收機(jī)具有很好的移動(dòng)、便攜能力。

（6）頻譜利用率高，極大地?cái)U(kuò)展以往廣播頻道數(shù)量的不足。

（7）業(yè)務(wù)構(gòu)成靈活，可作為多媒體數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸平臺(tái)。

（8）應(yīng)用了加密技術(shù)，可以為用戶提供個(gè)性化節(jié)目訂制服務(wù)，用戶可以定制自己喜歡的節(jié)目，因此特別受消費(fèi)者追捧。

（9）廣播節(jié)目可根據(jù)不同音質(zhì)的播出需要，按照最經(jīng)濟(jì)的原則選擇播出帶寬。如播出音樂(lè)節(jié)目，最高可選擇128kbit/s的比特率，從而得到CD級(jí)音質(zhì)的效果；對(duì)于一般的節(jié)目播出，則可選擇較低的比特率，同時(shí)各類節(jié)目帶寬選擇以至節(jié)目的編排組合可輕而易舉地完成。

（10）投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低。主要用于地面上行站的建設(shè)，若與全國(guó)調(diào)頻廣播網(wǎng)的建設(shè)投資相比，僅相當(dāng)于其1／200，與全國(guó)調(diào)頻廣播網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)相比，則僅相當(dāng)于其1／100。對(duì)廣播節(jié)目的提供者而言，衛(wèi)星廣播技術(shù)相對(duì)于地面布點(diǎn)的覆蓋技術(shù)有其覆蓋面廣、運(yùn)行投資少和便于管理的優(yōu)勢(shì)，具有很好的性能價(jià)格比。據(jù)估計(jì)，如果采用32K和64K分別傳3路語(yǔ)言節(jié)目和1路立體聲音樂(lè)節(jié)目覆蓋全國(guó)，五年需要投入人民幣1200萬(wàn)元左右。而用10KW調(diào)頻發(fā)射機(jī)覆蓋我國(guó)全境，五年需投資約220億元。

（11）接收機(jī)價(jià)格低。

（12）數(shù)字音頻廣播所需的功率也要小得多,少維護(hù),運(yùn)行成本低。

4.結(jié)束語(yǔ)

L頻段的靜止通信衛(wèi)星或者中低軌衛(wèi)星星座，可以直接為手持或便攜式終端提供移動(dòng)電話、音視頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。DAB衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播具有其它廣播系統(tǒng)所不具備的特性，可以通過(guò)全時(shí)段、全天候和無(wú)縫隙覆蓋的方式，向終端用戶提供便捷、高質(zhì)量的數(shù)字聲音廣播業(yè)務(wù)，同時(shí)可提供多用途的數(shù)據(jù)采集播發(fā)服務(wù)。衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播與傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)相比，突破了地面廣播信號(hào)傳輸距離的限制，使得用戶“無(wú)論走到哪里都可以收聽(tīng)”自己喜歡的節(jié)目，獲得需要的信息。L頻段衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播已經(jīng)成為世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的一個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

[1]原民輝. 國(guó)外通信衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展與啟示. 北京空間科技信息研究所，2013-06

[2]賽立信. 2012中國(guó)廣播廣告影響力發(fā)展研究報(bào)告. 賽立信媒介研究公司，2013-09

[3]中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局. 中華人民共和國(guó)2012年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào).2013-02-22

[4]初一. MBCO與日本韓國(guó)移動(dòng)電視的發(fā)展. 衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)，2009-03作者簡(jiǎn)介：

作者王中，男，工程師職稱，就職于中國(guó)衛(wèi)通集團(tuán)有限公司，擔(dān)任衛(wèi)星操作工程師一職，主要研究同步衛(wèi)星操作控制，星體管理等。