河北省地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃研究

張 勇，范曉菲

（1.河北省廣播電視技術(shù)中心，河北 石家莊 050012；2.國家新聞出版廣電總局廣播電視規(guī)劃院，北京 100866）

國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會于2006年8月發(fā)布了國家標(biāo)準(zhǔn)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》，2007年8月1日起該標(biāo)準(zhǔn)正式實施。隨著國標(biāo)GB20600—2006的頒布，國家新聞出版廣電總局積極組織，并全面開展了地面數(shù)字電視的推廣應(yīng)用工作。按照國家新聞出版廣電總局總體部署，北京、上海、天津、青島、秦皇島、沈陽6個奧運城市以及廣州、深圳等地，從2008年8月陸續(xù)采用國家地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)開始正式播出地面數(shù)字電視廣播，全國300多個地級以上城市也于2009年底逐步開展了地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)[1]。

為盡快推進地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)在河北省的建設(shè)工作，河北省新聞出版廣電局與國家新聞出版廣電總局廣播電視規(guī)劃院，于2012年7月開始共同開展了河北省地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)總體技術(shù)規(guī)劃研究，針對河北省的11個地級市及139個縣（區(qū)）研究提出了地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃方案，為河北省地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)的推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 頻率規(guī)劃原則與規(guī)劃步驟

地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃是在主管部門規(guī)劃原則的指導(dǎo)下，以無線電頻率分配為基礎(chǔ)，對無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)配置、結(jié)構(gòu)以及無線頻率資源等做出科學(xué)合理的統(tǒng)籌規(guī)劃，充分保證地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)絡(luò)的覆蓋質(zhì)量和有效利用無線頻率資源[2]。

1.1 規(guī)劃原則

根據(jù)總局《地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃》（廣發(fā)[2012]113號）文件要求，考慮到目前河北省模擬、數(shù)字現(xiàn)狀和規(guī)劃臺站情況，結(jié)合不同臺站播出節(jié)目、不同建制及相關(guān)技術(shù)因素要求，本次規(guī)劃首先制定了如下規(guī)劃原則：

1）規(guī)劃使用UHF頻段，遵循國標(biāo)GB/T 14433—93《彩色電視廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中的頻道劃分方法；

2）充分利用現(xiàn)有的模擬電視廣播基礎(chǔ)設(shè)施開展地面數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)；

3）新增的地面數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)應(yīng)盡可能不損害現(xiàn)有模擬電視的覆蓋效果，現(xiàn)有模擬電視的非服務(wù)區(qū)以及非法播出的模擬電視頻道不受保護；

4）保護鄰?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）的有用規(guī)劃（該規(guī)劃與其他現(xiàn)狀臺站不存明顯的較為嚴(yán)重的相互干擾）；

5）考慮到河北省地形的復(fù)雜性和覆蓋服務(wù)區(qū)的不規(guī)則性，可根據(jù)具體的干擾、覆蓋情況，采用調(diào)整發(fā)射天線方向等技術(shù)手段來消除或降低干擾；

6）考慮河北省地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)分階段實施，按照省級、市級、縣級順序進行規(guī)劃。

1.2 規(guī)劃方法

參照國際電聯(lián)區(qū)域性無線電會議（RRC-04/06）制定的規(guī)劃報告，地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃方法分為頻率指配規(guī)劃法和頻率分配規(guī)劃法[3]。

頻率指配規(guī)劃法是對已確定的發(fā)射臺站進行頻道指配，這些臺站的技術(shù)特性（如發(fā)射功率、天線高度等）和臺站地址均已在規(guī)劃前進行明確。頻率指配規(guī)劃完成時，所有新增發(fā)射機的技術(shù)特性已確定，不需進一步協(xié)調(diào)便能直接啟用。

頻率分配規(guī)劃法是對某一特定業(yè)務(wù)區(qū)指定頻道，這個業(yè)務(wù)區(qū)也被稱為分配區(qū)。規(guī)劃階段僅界定分配區(qū)內(nèi)所分配頻道產(chǎn)生的潛在干擾，但發(fā)射機的具體地址和技術(shù)特性尚未確定。當(dāng)啟用分配規(guī)劃時，需要將分配頻道定為一個或多個指配頻道，此時指配頻道的具體發(fā)射地點、發(fā)射功率及天線特性等具體參數(shù)才能確定。

在實際地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃工作中既可以單獨采用某一種頻率規(guī)劃方法，也可以同時使用上述頻率規(guī)劃方法。根據(jù)此前制定的規(guī)劃原則，現(xiàn)階段開展地面數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)，主要利用現(xiàn)有的廣播電視基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)射臺站的各項基本特性已經(jīng)確定，因此本次規(guī)劃采用頻率指配規(guī)劃法。

1.3 規(guī)劃步驟

在確定規(guī)劃原則和規(guī)劃方法后，按照以下步驟開展頻率指配規(guī)劃及相關(guān)計算分析工作：

1）確定候選頻道?？疾熘概鋽?shù)字臺站所在協(xié)調(diào)區(qū)域之內(nèi)的頻率使用狀況，選擇協(xié)調(diào)區(qū)域。具體分析時，使用CHIRplus_BC軟件的頻率掃描模塊，去除同臺址的模擬現(xiàn)狀臺站以及同臺址或附近的有用規(guī)劃臺站，對指配數(shù)字臺站進行頻率掃描。

頻率掃描結(jié)果給出從DS-13到DS-48共36個頻道的有害場強數(shù)值及最大干擾源。一般來說，有害場強越大，對應(yīng)頻道的可用場強越大。根據(jù)頻率掃描結(jié)果，找出可用場強相對較小的若干頻道進行初步比較分析。針對距離較近的數(shù)字臺站，盡量避開選擇同樣的候選頻道。

2）候選頻道覆蓋干擾分析。對指配數(shù)字臺站的各候選頻道進行覆蓋干擾分析，考察候選頻道的可用性。

3）制定規(guī)劃方案。根據(jù)候選頻道覆蓋干擾分析結(jié)果及指配數(shù)字臺站所在協(xié)調(diào)區(qū)域的頻率資源富裕狀況，考慮指配數(shù)字臺站之間可能會存在的干擾，制定規(guī)劃方案，最終為每個指配數(shù)字臺站確定頻道。

2 頻率規(guī)劃涉及的技術(shù)參數(shù)

在具體的頻率規(guī)劃工作過程中，規(guī)劃參數(shù)的選擇會對規(guī)劃臺站的覆蓋效果和同其他臺站之間的相互干擾情況產(chǎn)生重要的影響。地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃涉及系統(tǒng)基本參數(shù)、最低接收場強、射頻保護率、天線鑒別、電波傳輸模型等[4]，需在進行規(guī)劃計算前確定。

本次規(guī)劃分析中，電波傳播模型使用了CHIRplus BC軟件中的ITU-R 1546 Terrain以及L&S VHF/UHF（tune?able）模型，兩種模型分別基于ITU的1546模型和526模型傳播曲線，相關(guān)參數(shù)可以根據(jù)不同的傳播環(huán)境進行調(diào)整。

2.1 系統(tǒng)參數(shù)

地面數(shù)字電視傳輸國家標(biāo)準(zhǔn)涵蓋的工作模式達330種，表1給出了國家新聞出版廣電總局推薦的7種地面數(shù)字電視廣播工作模式[5]。為了滿足地面數(shù)字電視高清和標(biāo)清電視節(jié)目的業(yè)務(wù)開展需求，以室外固定接收為主要接收方式，本次規(guī)劃采用表1中的第6種工作模式開展地面數(shù)字電視廣播。

表1 地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)推薦工作模式

2.2 最低接收場強

根據(jù)ITU-R BT.417-5建議書，模擬電視規(guī)劃最低場強如下：

波段IV（DS-13～DS-24）為65 dBμV/m，波段V（DS-25～DS-48）為70 dBμV/m。

按照GY/T 237—2008《VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準(zhǔn)則》，規(guī)劃中使用的最低場強可以通過系統(tǒng)C/N門限和相關(guān)參數(shù)采用“電壓法”進行計算。

對于C/N門限，GB/T 26252—2010《VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準(zhǔn)則》對UHF頻段不同模式在不同信道環(huán)境中性能指標(biāo)的參考值進行了定義。對于室外固定接收，采用萊斯信道對應(yīng)的C/N門限。對于室內(nèi)固定接收，采用瑞利信道對應(yīng)的C/N門限。

UHF頻段其他相關(guān)參數(shù)，噪聲系數(shù)取7 dB，接收端天饋線增益取7 dB（室外固定接收）/6 dB（室內(nèi)固定接收）。典型接收高度為距地面10 m（室外固定接收、高層室內(nèi)固定接收）/1.5 m（底層室內(nèi)固定接收）[6]。

根據(jù)上述C/N門限和相關(guān)參數(shù)，計算得出在UHF頻段DS-13～DS-48對應(yīng)室外和室內(nèi)固定接收方式的最低場強中值（不考慮高度損耗修正），由于篇幅所限，表2中列出了部分最低場強中值。

表2 部分地面數(shù)字電視廣播UHF頻段最低中值場強（95%地點概率）

2.3 保護率

根據(jù)GY/T 237—2008《VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準(zhǔn)則》系統(tǒng)模式（64QAM，0.6）的射頻保護率（選用連續(xù)干擾）如表3所示。對較近距離的干擾通常選用連續(xù)干擾的取值。

表3 同頻保護率

2.4 天線鑒別

針對室外固定接收，考慮到接收天線的方向性，覆蓋干擾分析采用了國際電聯(lián)建議書ITU-R BT.419-3中規(guī)定的天線鑒別率，最低為-16 dB，如圖1所示。在欲收信號與非欲收信號極化方式相同的情況下，圖1給出了定向接收天線在波段I到波段V的方向隔離度。在欲收信號與非欲收信號極化方式相互正交的情況下，欲收信號和非欲收信號的隔離度，并不是簡單的對天線方向隔離度與極化隔離度進行相加[7]，此時對任意天線指向欲收信號和非欲收信號的隔離度均取16 dB。

3 規(guī)劃工作的開展及方案優(yōu)化

目前，河北省包括11個地級市及139個縣（區(qū)），在播模擬電視含蓋中央、省、市、縣四級節(jié)目，為保證順利完成地面電視由模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換工作，為觀眾帶來更加豐富高質(zhì)量的電視節(jié)目，規(guī)劃中提出了建設(shè)省級單頻網(wǎng)、市級單頻網(wǎng)、縣級多頻網(wǎng)的規(guī)劃方案，保證中央、省、市、縣節(jié)目的優(yōu)質(zhì)覆蓋，同時節(jié)約頻道資源，方便今后地面數(shù)字電視的科學(xué)管理。

河北省地形情況復(fù)雜，包含了平原、山區(qū)、丘陵等多種地質(zhì)構(gòu)造。同時，除了需考慮本省的電視頻道使用情況外，還需要考慮相鄰省市的電視頻道使用情況，尤其是北京市和天津市，北京市和天津市在地理位置上被河北省包圍，需要著重考慮這兩個城市的電視頻道使用情況。

3.1 省級單頻網(wǎng)優(yōu)化與覆蓋分析

經(jīng)過全面分析，確定了全省單頻網(wǎng)的使用頻率，并對頻率使用進行了優(yōu)化[8]。優(yōu)化后的全省地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)覆蓋圖（室外固定接收/95%地點概率）如圖2所示，覆蓋面積約為全省的82.71%。其中三角形標(biāo)識為此次方案預(yù)設(shè)臺站，深色區(qū)域為覆蓋區(qū)，加粗黑色線為省界、地區(qū)界線，黑色線為縣界線。

3.2 市級單頻網(wǎng)優(yōu)化與覆蓋分析

以衡水市單頻網(wǎng)為例對網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化作說明。本規(guī)劃采取調(diào)整延時的方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，圖3為衡水市單頻網(wǎng)優(yōu)化前后的對比圖，圖中三角形標(biāo)識為現(xiàn)狀臺站，灰色區(qū)域為新增覆蓋區(qū)、深色區(qū)域為原有覆蓋區(qū)，加粗黑色線為省界、地區(qū)界線，黑色線為縣界線。由圖3可以看出，優(yōu)化后邊緣覆蓋區(qū)域有所減少，中心覆蓋區(qū)域有所增加。

在實際工程實施過程中，可根據(jù)實際收測結(jié)果以及具體覆蓋要求，參照理論分析結(jié)果進行適當(dāng)調(diào)整，通過補點和調(diào)整延時的方式對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化。

3.3 現(xiàn)狀臺收測研究

為了進一步驗證地面數(shù)字電視規(guī)劃頻率的可用性，以河北省廣播電視無線頻率數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，開展了河北省重點區(qū)域地面模擬電視以及數(shù)字電視信號的收測研究工作，用以考察河北省地面模擬和數(shù)字電視廣播的頻道占用情況，以及河北省相關(guān)區(qū)域受北京、天津等周邊直轄市、省份的頻道干擾情況。

根據(jù)規(guī)劃計算結(jié)果和實際應(yīng)用需求，確定了第一階段的地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)主發(fā)射點，進而初步確定了主發(fā)射點覆蓋網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)范圍，具體的覆蓋情況如圖4所示。

4 總結(jié)及研究展望

2013年8月河北省地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)總體技術(shù)規(guī)劃項目正式完成，按照該規(guī)劃從2013年底開始了地面數(shù)字電視的頻率申報及工程建設(shè)工作，目前，已經(jīng)完成1個試點單位的建設(shè)工作。下一步，隨著河北省地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)的建設(shè)和不斷完善，將會釋放出更多的電視頻道，頻率規(guī)劃工作也將隨著建設(shè)的推進不斷進行下去，為廣大觀眾帶來更多高質(zhì)量的廣播電視節(jié)目。

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[1]馮景鋒，李國松，代明.地面數(shù)字電視的現(xiàn)狀及展望[J].中國數(shù)字電視，2011，74（1）:27-29.

[2]李熠星，何劍輝，高鳳吉.地面數(shù)字電視頻率規(guī)劃研究[J].廣播與電視技術(shù)，2006（8）:39-41.

[3]李薰春，楊明.地面數(shù)字電視頻率指配方法研究[J].電視技術(shù)，2008，32（3）:5-8.

[4]何劍輝，李國松，倪士蘭.地面數(shù)字電視廣播規(guī)劃臺站數(shù)據(jù)參數(shù)介紹[J].廣播與電視技術(shù)，2007（2）：75-77.

[5]馮景鋒，李熠星.地面數(shù)字電視頻率規(guī)劃簡析[J].電視技術(shù)，2007，31（12）:5-8.

[6]張國庭，楊威，劉丙周.地面數(shù)字電視廣播信號在城市建筑物密集地區(qū)的傳播特性[J].廣播與電視技術(shù)，2006（12）:112-114.

[7]馮景鋒，劉駿，李國松.國家地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)單頻網(wǎng)技術(shù)研究[J].廣播與電視技術(shù)，2008，35（6）:25-28.

[8]何劍輝，馮景鋒，劉駿，等.地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)工程實施研究[J].廣播與電視技術(shù)，2011，38（S1）：155-156.