ADTB-T單載波單頻網(wǎng)應用及其實現(xiàn)方式

曹人盛

（江西省南康市廣播電影電視新聞中心，江西 南康 341400）

0 引言

對國標地面無線數(shù)字電視傳輸[1]來講，終端接收的無線信號持續(xù)、穩(wěn)定是關鍵。目前要擴大無線數(shù)字電視的區(qū)域覆蓋，單頻網(wǎng)（Single frequency network，SFN）組網(wǎng)是一種趨勢。單頻網(wǎng)因其頻譜效率高、低功耗、低輻射、大覆蓋、傳輸穩(wěn)定等優(yōu)勢在擴大無線數(shù)字電視覆蓋范圍方面越來越受到廣泛應用?，F(xiàn)結(jié)合南康市ADTB-T地面無線數(shù)字電視寬頻傳輸系統(tǒng)[2]組網(wǎng)的實踐，對ADTB-T在單載波組建單頻網(wǎng)的實現(xiàn)方式及其應用方面作一些探討。

1 單頻網(wǎng)基本原理

從概念上講，所謂單頻網(wǎng)，就是在一定的地理區(qū)域內(nèi)（指同一個縣、市甚至?。?，不同地點的發(fā)射機在近乎同樣的時刻，在同樣的頻點發(fā)射同樣的信號，以實現(xiàn)對服務區(qū)域的可靠覆蓋。單頻網(wǎng)是一種“小功率、大覆蓋”的技術手段[3]，要求處在不同位置的若干個發(fā)射機必須同時在同一個頻段上發(fā)射同樣的無線信號。要滿足這個要求，組建的單頻網(wǎng)內(nèi)的這些不同位置的不同發(fā)射機發(fā)射的廣播信號就必須比特同步、頻率同步和時鐘同步[4]。

在數(shù)據(jù)傳輸中，比特是數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚挝?，簡單說，比特同步就是為了將發(fā)送端發(fā)送的每一個比特都正確地接收下來，它的同步表明接收端時鐘已經(jīng)調(diào)整到和發(fā)送端時鐘完全一樣，對傳輸?shù)墓?jié)目、數(shù)據(jù)信息能夠保證發(fā)送端與接收端同步；頻率同步則是要求單頻網(wǎng)中各個發(fā)射機的工作頻率都彼此相同。在一般的單頻網(wǎng)組建中，這個工作頻率是通過采用GPS所提供的10 MHz的頻率參考來獲得；而時鐘同步是指單頻網(wǎng)中各個發(fā)射機在相同的時刻發(fā)射廣播信號。因為在整個單頻網(wǎng)內(nèi)，各個發(fā)射機存在距離上的差距，所以從單頻網(wǎng)的分配網(wǎng)中分配到各發(fā)射機的TS流到達發(fā)射機的時間會不同，這就要求用網(wǎng)絡適配器和同步系統(tǒng)來實現(xiàn)各個發(fā)射機的時鐘同步，以便計算單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機需要“延時”的時間，確保網(wǎng)內(nèi)所有的發(fā)射機在同一時刻同一個頻段上發(fā)射同樣的無線信號。如圖1所示。

2 國標ADTB-T單載波單頻網(wǎng)特點及其實現(xiàn)方式

國標ADTB-T單載波調(diào)制是將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流調(diào)制到單個的載波上進行傳送，如4-QAM，16-QAM，32-QAM，64-QAM等，ADTB-T固定接收一般選擇16-QAM，移動接收選擇4-QAM，其中N-QAM的N是表示各種調(diào)制映射到星座圖上的模數(shù)，模數(shù)越低，調(diào)制和解調(diào)電路就越簡單，但傳輸?shù)拇a率也相應較低。其特點是靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，兼容性強，發(fā)射端的建設成本低，因此受歡迎。

對國標地面無線數(shù)字電視來講，要擴大覆蓋面，增加無線覆蓋的效果，使用單頻網(wǎng)（SFN）進行覆蓋是一種趨勢[3]。一方面在我國頻譜資源有限的情況下，可以大大節(jié)約寶貴的頻率資源，提高頻譜利用率。另一方面由于無線電信號本身的特性，在高樓林立的城市或者丘陵地帶的山區(qū)，無論單個國標地面數(shù)字電視發(fā)射站點的發(fā)射功率多大都會有很多信號覆蓋不到的區(qū)域，而單頻網(wǎng)則可通過多點同頻發(fā)射的辦法來解決覆蓋盲區(qū)問題。其次通過優(yōu)化和調(diào)整單頻網(wǎng)內(nèi)發(fā)射網(wǎng)絡（如基站數(shù)量、分布、發(fā)射天線高度、發(fā)射功率等），可以使用若干個功率較小的發(fā)射機代替一個大功率發(fā)射機進行覆蓋，這對降低信號輻射、減少電磁波污染、增強覆蓋均勻度，降低后期的維護及設備成本都是有益的。

要實現(xiàn)單頻網(wǎng)傳輸，同頻干擾是最大的難題。在實際的單頻網(wǎng)組網(wǎng)時，一定會出現(xiàn)有多個轉(zhuǎn)播基站信號同時覆蓋的公共區(qū)域，在這個由不同基站共同覆蓋的區(qū)域內(nèi)，終端用戶如何保證可靠、穩(wěn)定地接收信號呢？雖然在不同的發(fā)射端，各發(fā)射站發(fā)射時間通過GPS設備是同步的，但由于傳輸距離、傳輸路徑、傳輸接收環(huán)境不同，在公共交叉區(qū)域，用戶端接收機接收到不同發(fā)射站信號的到達時間，完全是有可能不同步。目前在單頻網(wǎng)廣播組網(wǎng)中為了容許較大的時間差，往往都是在副載波里的每個“符號”之間加上“保護間隔”，只要不同發(fā)射站信號到達的時間差小于“保護間隔”，便不會構(gòu)成同頻干擾，這也是單頻網(wǎng)廣播得以實現(xiàn)的技術保障之一。

在ADTB-T單頻網(wǎng)組網(wǎng)時，只要考慮交叉公共覆蓋區(qū)域用戶接收的同頻干擾問題，就可以解決難題。因此，對交叉區(qū)的用戶接收，考慮到上述因素，如果相鄰的兩個或者多個基站（直放站）的信號通過延時設備，在一定的傳輸距離內(nèi)（指交叉區(qū)內(nèi)來自不同基站的發(fā)射信號同時到達用戶接收機的傳輸距離），接收信號C/N電平增益余量滿足的前提下，使不同基站的發(fā)射時間稍微有點不同，滿足信號到達交叉公共區(qū)的時間相同，就可以消除同頻干擾現(xiàn)象，達到接收效果，增大覆蓋面，如圖2所示。

3 案例分析

在早期做國標地面數(shù)字電視組網(wǎng)時，大功率寬頻發(fā)射機的穩(wěn)定性一直是個難題。經(jīng)過幾年的實踐摸索，寬頻發(fā)射機也經(jīng)歷了幾次的升級改造，目前400 W，800 W，1 600 W大功率寬頻發(fā)射機已經(jīng)成功應用于各地國標地面數(shù)字電視的組網(wǎng)。與多載波的單頻點發(fā)射相比，在實際組網(wǎng)中單載波的寬頻發(fā)射對運營商而言，一是減少了系統(tǒng)設備的復雜性，假如運營商要發(fā)射6個頻點、48套節(jié)目，單頻點發(fā)射就需要單獨的6臺發(fā)射機，而選擇寬頻發(fā)射機，只需要1臺寬頻發(fā)射機即可完成相同的覆蓋；二是兼容性好，組網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)簡單、后期的維護成本低；三是寬頻發(fā)射機發(fā)射多頻點節(jié)目，一般在機器正常工作的情況下，不用因為一兩個接收點不好接收就隨便調(diào)整發(fā)射機的輸入電平。同時在開啟發(fā)射機之前，要用頻譜儀調(diào)整前端機房頻道混合器射頻輸出口的RF信號電平，使整個寬頻帶的電平盡可能平坦成一條直線，調(diào)整時一個要求是相鄰頻道電平相差不大于1 dBμV，另外發(fā)射機的總輸入電平最好在85～90 dBμV，太高太低都容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。對目前使用的全固態(tài)數(shù)字電視寬頻發(fā)射機，它們都具有在470～862 MHz帶寬內(nèi)任意100 MHz范圍內(nèi)寬頻帶響應，低噪聲、低功耗線性、極低的本振相位噪聲和群時延特性，ALC恒定功率輸出以及10 MHz外參考源實現(xiàn)精密頻率鎖相控制，以保證寬頻發(fā)射機工作的穩(wěn)定性，從而保證整個網(wǎng)絡的穩(wěn)定。

在國標地面無線數(shù)字電視傳輸覆蓋方面，因建設成本、維護成本的優(yōu)勢，各地選擇ADTB-T單載波寬頻發(fā)射組建單頻網(wǎng)會越來越多。南康市ADTB-T國標地面無線數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的單頻網(wǎng)組網(wǎng)主發(fā)射站就采用桂林思齊800 W寬頻發(fā)射機全向發(fā)射，光纜傳輸分配前端已處理調(diào)制好的ADTB-T高頻數(shù)字信號，基站用20～50 W小功率直放站全向或定向發(fā)射組網(wǎng)的單頻網(wǎng)SFN方案，站點分布實際地貌效果圖如圖3所示。

在傳統(tǒng)SFN網(wǎng)中，各不同基站的發(fā)射機發(fā)射時間的同步依靠GPS來完成，靠預先設置好的“保護間隔”來保證天線收到來自不同方向的信號能同時到達接收機。一旦超過保護間隔允許的誤差，則會造成2個或2個以上的同頻信號到達接收機的時間不同，導致接收機解碼失敗，不能正常接收。但在南康市SFN網(wǎng)的實際組網(wǎng)中，位于人口集中區(qū)、稠密區(qū)的主發(fā)射站采用了800 W大功率寬頻發(fā)射機，盡量提高覆蓋區(qū)內(nèi)的接收電平裕量；其他基站用20～50 W做直放站，覆蓋5～20 km的范圍。對基站與基站之間的公共交叉覆蓋區(qū)域，一是通過在發(fā)射機內(nèi)嵌入延時模塊調(diào)整不同基站發(fā)射機的發(fā)射時間；二是改變相鄰有交叉覆蓋基站的發(fā)射信號的極化方式，盡可能消除相鄰基站的同頻干擾；三是錯開相鄰基站發(fā)射機的功率，盡量保證在公共交叉區(qū)域內(nèi)的接收機接收來自不同基站的信號接收電平有10 dB的差距。這些措施在實踐中被證明是一種比較有效的、簡單易行的措施。

4 ADTB-T組建單頻網(wǎng)存在的實際問題

在實際的設計施工中，同頻干擾是目前組建單頻網(wǎng)遇到的最大難題。我們發(fā)現(xiàn)：雖然從理論上，國標ADTB-T組建單頻網(wǎng)簡單易行，但在實際的地形地貌中，由于無線高頻信號接收環(huán)境的復雜性，各種復雜干擾源的存在，構(gòu)建ADTB-T單頻網(wǎng)還是存在一些實際的問題：

1）發(fā)射站覆蓋區(qū)內(nèi)陰影部分、干擾環(huán)境復雜地方的覆蓋難題。在單個發(fā)射臺站覆蓋范圍內(nèi)，由于地形地貌、建筑物等因素，一定會造成覆蓋區(qū)內(nèi)有接收陰影區(qū)，對這種狀況，一般都采用同頻轉(zhuǎn)發(fā)器補點的方法解決。做補點時，需注意：（1）接收天線與定向的發(fā)射天線要有隔離，兩者的極化方式要不同；（2）補點施工時，發(fā)射天線的安裝位置要借助地勢的優(yōu)勢，最好順著原來信號的傳播方向；（3）在補點區(qū)，用戶新接收的補點轉(zhuǎn)發(fā)的信號接收電平要比原來有10 dB的差別。這些都是在做補點時根據(jù)實際情況做的一些措施，原則就是要盡量消除同頻自激干擾，使用戶能夠穩(wěn)定接收。

2）各基站交叉公共區(qū)域的穩(wěn)定接收難題。對單頻網(wǎng)（SFN）中各基站交叉的公共區(qū)域的干擾，一般采用的方法是先估測交叉區(qū)干擾最嚴重的位置，然后到實地測試，對基站進行延時調(diào)整，一般調(diào)整的時間幅度在5～30 μs之間，使來自不同基站的信號大概能夠同時到達接收機；再一個就是可以錯開相鄰基站的發(fā)射功率差，使來自不同方向的信號電平能保證相差10 dB左右的電平，這些都要在實際施工中慢慢調(diào)校和摸索。

3）單頻網(wǎng)內(nèi)各基站之間的網(wǎng)絡適配問題。對單頻網(wǎng)中各基站之間的網(wǎng)絡適配，目前采用的方案有兩種：一是用微波鏈路（MMDS或MUDS），此方案簡單，投入較少，但后期維護麻煩，受氣候、鏈路等各種因素的影響也大；二是光路分配，缺點是前期投入大，施工相對較難，但后期的維護小，傳輸?shù)逆溌饭庑盘柗€(wěn)定。對所有鏈路的設備調(diào)校要細心，有時一個小疏忽，就可能導致基站的發(fā)射機工作不穩(wěn)定。在實際調(diào)校800 W發(fā)射機時，就因為對發(fā)射機反射功率取樣檢測口的調(diào)校不精確，導致發(fā)射機老是提示“反射功率高于上限”而自動停機保護。這些對于構(gòu)建一張穩(wěn)定、可靠的無線國標單頻網(wǎng)（SFN）信號傳輸網(wǎng)絡至關重要。

5 小結(jié)

單頻網(wǎng)建設是一個系統(tǒng)工程，在大規(guī)模的網(wǎng)絡建設工程中，不僅要考慮單頻網(wǎng)中各基站的選點、傳輸方案的制定，而且網(wǎng)絡中各種設備的安裝調(diào)試、測試都要經(jīng)過在實踐中反復驗證。同時由于ADTB-T（DTMB）是一個新興的商用系統(tǒng)，一些關鍵的設備，特別是在接收信號方面的路測儀等設備，仍處于不斷完善中，加之設備的價格也較高，各地廣電現(xiàn)有的設備無法滿足單頻網(wǎng)網(wǎng)絡建設快速發(fā)展的需要，這就給在實踐中構(gòu)建單頻網(wǎng)帶來一定的難度。因此，在組建國標地面無線數(shù)字電視單頻網(wǎng)時，一定要從網(wǎng)絡的前期規(guī)劃，站點分布，發(fā)射機的選擇，各基站之間的比特、頻率、時鐘同步，覆蓋區(qū)內(nèi)的同頻轉(zhuǎn)發(fā)，適配網(wǎng)建設，可能出現(xiàn)的同頻干擾等多各方面作好詳細規(guī)劃，才能使得在實際施工中有據(jù)可依，心中有數(shù)。

[1]GB20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[2]歸林，王堯.技術先進的ADTB-T系統(tǒng)[J].電視技術，2005，29（4）：61-64.

[3]汪慎，張文軍，葛瑩.數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斢脝晤l網(wǎng)與單點發(fā)射的效果比較[J].電視技術，2005，29（8）：15-17.

[4]盧林，羅志斌.地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋特性探討[J].電視技術，2009，33（5）：7-9.