地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐

黃少俊，童龍文

(廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣東 廣州 510012)

地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐

黃少俊，童龍文

(廣東省廣播電視技術(shù)中心，廣東 廣州 510012)

結(jié)合相關(guān)實(shí)例介紹了廣東省地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)在工程設(shè)計(jì)與實(shí)施中的關(guān)鍵點(diǎn)，包括發(fā)射機(jī)功率配置、天饋線系統(tǒng)配置、信號(hào)源傳輸和接引系統(tǒng)配置方法等，并對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、配電供電系統(tǒng)、機(jī)房接地系統(tǒng)等周邊的配置以及發(fā)射頻率的配置進(jìn)行了說(shuō)明。

地面數(shù)字電視；電視傳輸；中國(guó)地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)；發(fā)射機(jī)

2006年8月，中國(guó)地面數(shù)字電視廣播標(biāo)準(zhǔn)DTMB(GB 20600—2006)正式發(fā)布。在此之前，中國(guó)部分城市已先行采用歐洲D(zhuǎn)VB-T標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展公交移動(dòng)電視業(yè)務(wù)，隨著國(guó)標(biāo)頒布(含相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn))[1-2]及近幾年相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，采用國(guó)標(biāo)方案進(jìn)行地面無(wú)線覆蓋已成定局，全國(guó)各地的電視發(fā)射臺(tái)陸續(xù)進(jìn)入模擬電視發(fā)射系統(tǒng)向數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中。筆者根據(jù)10年來(lái)從事數(shù)字電視地面廣播的工作實(shí)踐，通過(guò)本文發(fā)表一點(diǎn)自己的看法，與大家一起交流學(xué)習(xí)。

1 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)功率配置

在模擬時(shí)代，發(fā)射機(jī)額定輸出功率加上發(fā)射天線增益，減去天饋線損耗后在天線上的有效輻射功率大小，從而影響覆蓋范圍，故發(fā)射功率的大小往往決定其覆蓋區(qū)域。但由于數(shù)字電視信號(hào)傳播中存在峭壁效應(yīng)(cliff effect)，發(fā)射功率并不是影響覆蓋效果的唯一因素，發(fā)射功率的提高并不像模擬電視一樣可以很大程度地改善接收效果，除了場(chǎng)強(qiáng)因素外，更重要是發(fā)射機(jī)自身性能指標(biāo)(特別是調(diào)制誤差比MER的指標(biāo)優(yōu)劣)、工作參數(shù)的選擇、是否存在模數(shù)同頻/鄰頻干擾以及接收端載噪比(C/N)和誤碼率(BER)等因素，才是影響覆蓋效果的關(guān)鍵條件。

以發(fā)射機(jī)工作參數(shù)選擇為例，發(fā)射機(jī)工作模式(單/多載波、調(diào)制方式QAM/QPSK、前向糾錯(cuò)編碼效率0.4/0.6/0.8、幀頭PN420/595/945模式、交織模式等)不同，接收方式不同時(shí)(移動(dòng)/固定)，系統(tǒng)的接收載噪比門(mén)限要求也不同，而C/N門(mén)限要求不同，決定相應(yīng)的最小接收電平也不同，從而對(duì)接收效果影響很大[1-3]。

另外，覆蓋區(qū)域的地形地貌以及建筑物的遮擋，對(duì)覆蓋影響較大，從而也影響發(fā)射功率配置。若覆蓋區(qū)域開(kāi)闊，發(fā)射點(diǎn)的相對(duì)發(fā)射高度較高時(shí)，建議采用單點(diǎn)合適功率全覆蓋方式，如市縣級(jí)中心區(qū)域覆蓋；對(duì)于廣州、深圳等大城市或地形復(fù)雜地區(qū)，考慮到地形和建筑物的遮擋造成較多的陰影區(qū)，建議采用組建小功率單頻網(wǎng)的覆蓋方式。無(wú)論何種方式都會(huì)存在覆蓋盲區(qū)，再考慮使用直放站進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化。

綜上所述，在進(jìn)行數(shù)字電視發(fā)射功率配置時(shí)，首先綜合考慮欲覆蓋區(qū)域范圍、業(yè)務(wù)需求(高清/多套標(biāo)清)、接收方式(移動(dòng)/固定)等，初步確定發(fā)射機(jī)的工作模式，從而確定系統(tǒng)的C/N門(mén)限，再結(jié)合發(fā)射頻率、天線掛高等具體參數(shù)，選擇合適的電波傳播模式進(jìn)行測(cè)算，最終確定數(shù)字功率配置，使系統(tǒng)滿足覆蓋區(qū)域的接收要求。目前市面已有相關(guān)覆蓋預(yù)測(cè)軟件出售，結(jié)合覆蓋區(qū)域的地理信息數(shù)據(jù)GIS，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證。

下面舉一個(gè)理論測(cè)算例子來(lái)說(shuō)明：采用哈塔-奧村(Hata-Okumura)電波傳播模型，在越秀山采用DS14，數(shù)字功率 3 kW， 利用目前在使用的天饋系統(tǒng)，室外固定接收，預(yù)測(cè)覆蓋半徑R=52.97 km；若數(shù)字功率更換成5 kW，則R=63.00 km。

類(lèi)似的，DS22/3 kW數(shù)字功率，預(yù)測(cè)覆蓋半徑R=47.86 km； 若數(shù)字功率5 kW，則R=56.23 km。

2 數(shù)字發(fā)射天線和饋線系統(tǒng)配置

目前數(shù)字發(fā)射天線主要有縫隙天線和偶極板天線兩種。

前者增益高，安裝方便，但只有水平極化方式，天線方向圖不可調(diào)整，同時(shí)屬于窄帶天線，無(wú)法滿足多頻道共用，在組建單頻網(wǎng)時(shí)不方便調(diào)整覆蓋區(qū)域的大小。故一般應(yīng)用于高山(高塔)單點(diǎn)發(fā)射、遠(yuǎn)距離固定接收用。

后者增益較前者低，但屬于寬帶天線，通過(guò)更換功分器分支電纜可改變天線方向圖，且天線傾角可調(diào)，有利于調(diào)整覆蓋區(qū)域的大小。故非常適合于單頻網(wǎng)組網(wǎng)用。2011年北京中天鴻大推出的UHF數(shù)字電視四偶極板天線實(shí)現(xiàn)了垂直極化、寬頻段、高增益等特性，該天線在分米波全頻段(470～ 860 MHz) 內(nèi)輸入駐波比≤1.1，天線增益達(dá)到11 dB，多部發(fā)射機(jī)可共用一副天線，大大提高鐵塔和天饋設(shè)備的使用效率。

由于地面數(shù)字電視廣播主要考慮地域均勻覆蓋為主，在發(fā)射天線的選擇上，重點(diǎn)要根據(jù)服務(wù)區(qū)的地形地貌特點(diǎn)和移動(dòng)/固定接收的業(yè)務(wù)應(yīng)用，恰當(dāng)選擇發(fā)射天線類(lèi)型和定制方向圖。一般建議在安裝新數(shù)字發(fā)射天線時(shí)，優(yōu)先采用不超過(guò)4層左右的垂直極化偶極板天線。

根據(jù)DS-28在東莞烏石排發(fā)射點(diǎn)采用上述兩種天線覆蓋效果試驗(yàn)結(jié)果表明，采用垂直極化偶極板天線發(fā)射，接收端采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的垂直極化接收的鞭狀車(chē)載吸盤(pán)天線，其移動(dòng)/固定接收效果明顯優(yōu)于其他組合方式。

對(duì)于饋線而言，目前配套使用的主要有1-5/8和3-1/8兩種。前者損耗大，承受功率小，但成本低；后者損耗小，承受功率大，但成本高?？紤]到數(shù)字功率有較高的峰均比PAPR，饋線及相關(guān)附屬設(shè)備(同軸開(kāi)關(guān)、雙工器、假負(fù)載等)功率容限需保留模擬功率5～6倍(7 dB左右)為宜，并結(jié)合饋線長(zhǎng)度實(shí)際選擇上述兩種型號(hào)。一般建議數(shù)字功率1.5 kW以下(含1.5 kW)、饋線長(zhǎng)度100 m以內(nèi)的采用1-5/8饋線，2.5～5.0 kW數(shù)字大功率采用3-1/8饋線為宜，另外在滿足功率容限前提下，優(yōu)先選擇衰減小(如0.85 dB/100 m或0.5 dB/100 m 等)和駐波比VSWR<1.1的產(chǎn)品。

實(shí)例：DS-28在越秀山和圭峰山均采用2.5 kW液冷發(fā)射機(jī)，均配套3-1/8饋線，大雁山800 W機(jī)由于天線掛高80 m以上，為降低損耗也采用3-1/8饋線，其余800 W和600 W機(jī)均配套1-5/8饋線。

針對(duì)發(fā)射臺(tái)現(xiàn)有模擬用天饋系統(tǒng)，在新增數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)時(shí)，提出如下3種解決方案供參考：

1) 若現(xiàn)有UHF電視發(fā)射天饋系統(tǒng)的帶寬和功率容量均滿足新增數(shù)字系統(tǒng)要求時(shí)，可采用多工器共用現(xiàn)有天饋系統(tǒng)。

2) 若現(xiàn)有UHF電視發(fā)射天饋系統(tǒng)的帶寬或功率容量不滿足新增數(shù)字系統(tǒng)要求時(shí)，而且桅桿段已無(wú)位置安裝新數(shù)字發(fā)射天線對(duì)，可考慮將原有窄帶天線更換成同時(shí)支持模數(shù)同播或數(shù)數(shù)同播的寬頻帶天線系統(tǒng)。如北京移動(dòng)電視通過(guò)更換原有窄帶天線，重新設(shè)計(jì)的寬帶天線同時(shí)滿足3個(gè)頻道共用的要求。

3) 若發(fā)射塔桅桿段有滿足要求的空余位置時(shí)，可選擇獨(dú)立安裝新增數(shù)字發(fā)射用垂直極化UHF天線，如上述DS-28均全部采用新增天饋系統(tǒng)。

3 信號(hào)源傳輸和接引系統(tǒng)配置要求

節(jié)目信號(hào)經(jīng)信源編碼壓縮、復(fù)用后形成MPTS流(若組建單頻網(wǎng)時(shí)，還需通過(guò)單頻網(wǎng)適配器插入頻率和時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)SIP包后，實(shí)現(xiàn)MPTS流到單頻網(wǎng)傳送流SIP-TS的轉(zhuǎn)換)，無(wú)論是MPEG數(shù)字電視信號(hào)從播控中心至發(fā)射臺(tái)或主發(fā)射臺(tái)至各SFN發(fā)射機(jī)的信號(hào)源傳輸，均可采用獨(dú)立光纖或波分復(fù)用、數(shù)字微波和衛(wèi)星傳輸?shù)仁侄?，通過(guò)PDH、SDH、ATM等網(wǎng)絡(luò)傳輸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字電視信號(hào)的透明傳輸。在組建SFN網(wǎng)時(shí)，無(wú)論采用何種傳輸手段，TS流信號(hào)必須100%透?jìng)鳎荒芨淖僒S流的PID值和PCR值，也不能增刪空包，更不能中途復(fù)用其他數(shù)據(jù)流，且傳送至各發(fā)射點(diǎn)的最大時(shí)間差不能超過(guò)1 s?？傊?，輸入單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機(jī)激勵(lì)器的SIP-TS必須是同時(shí)且逐一比特同步，加上同頻發(fā)射，簡(jiǎn)稱“三同”。

1) 首選采用獨(dú)立單模光纖傳輸，要求相應(yīng)的光端機(jī)應(yīng)支持SDI和DVB/ASI信號(hào)格式傳輸，同時(shí)具備抖動(dòng)管理功能。如DS-28復(fù)用5套節(jié)目均由廣東電視臺(tái)播出部通過(guò)光纖送至越秀山發(fā)射臺(tái)；越秀山至番禺地球站SFN網(wǎng)點(diǎn)的信號(hào)傳輸也是采用獨(dú)立光纖。

2) 采用SDH數(shù)字微波傳送TS流時(shí)，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)適配器除透明傳輸外，必須滿足GB/T 19263—2003的規(guī)定，特別需針對(duì)數(shù)字微波傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的時(shí)鐘抖動(dòng)加以校正，克服因傳輸造成系統(tǒng)的不同步。如DS-28越秀山主發(fā)射機(jī)至圭峰山和烏石排2個(gè)SFN點(diǎn)信號(hào)傳輸，均采用一對(duì)ASI/E1網(wǎng)絡(luò)適配器連接SDH數(shù)字微波E1口進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)透?jìng)鳌?/p>

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)配置要求

臺(tái)站監(jiān)測(cè)監(jiān)控不僅要考慮發(fā)射設(shè)備的工作狀態(tài)，還要考慮門(mén)禁、機(jī)房環(huán)境、視頻監(jiān)控等。一般數(shù)字電視發(fā)射機(jī)均配置RS-485、RS-232等通信接口并經(jīng)公開(kāi)通信協(xié)議，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)測(cè)監(jiān)控，還可以通過(guò)SFN的SIP包相關(guān)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)各發(fā)射機(jī)集中遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控，未來(lái)還需考慮建立覆蓋網(wǎng)絡(luò)射頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)從信源至接收端的全程監(jiān)測(cè)。如越秀山2.5 kW和番禺地球站0.8 kW機(jī)均已通過(guò)RS-485接口實(shí)現(xiàn)本地監(jiān)測(cè)監(jiān)控功能。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成功能主要包括：

1)對(duì)數(shù)字發(fā)射機(jī)進(jìn)行預(yù)設(shè)、調(diào)整、記錄、查詢；控制定時(shí)開(kāi)、關(guān)機(jī)，工作模式顯示及修改，功率設(shè)置、顯示及調(diào)整，故障報(bào)警記錄、激勵(lì)器主備切換等。

2)發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)回傳服務(wù)器，并形成報(bào)表等。

5 供配電系統(tǒng)配置

一般數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的效率為15%～20%，如3/5 kW數(shù)字發(fā)射機(jī)能耗一般是20/25 kVA，如考慮空調(diào)照明等饋電冗余，配電容量應(yīng)選30/40 kVA為妥。故需了解發(fā)射塔配電總?cè)萘考叭哂嗲闆r，若不滿足新增數(shù)字發(fā)射設(shè)備的需要，應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的電力系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容；是否雙路電源供電或柴機(jī)供電，動(dòng)力三相是否平衡，是否需配電力穩(wěn)壓器等，一般要求從總動(dòng)力柜獨(dú)立開(kāi)關(guān)引岀三相電，外配本機(jī)配電箱進(jìn)行供電。考慮到南方多雷電天氣，電力系統(tǒng)最好配置高等級(jí)防雷擊的避雷器。對(duì)發(fā)射機(jī)產(chǎn)品也要求在整機(jī)三相電輸入端、功放箱供電的開(kāi)關(guān)電源等關(guān)鍵部位配置避雷器，以提高系統(tǒng)可靠性。

6 機(jī)房與接地系統(tǒng)的配置

機(jī)房要求有高頻接地極(網(wǎng))，發(fā)射機(jī)的高頻接地端子與機(jī)房的高頻接地極(網(wǎng))須連接良好。城市樓宇內(nèi)設(shè)置機(jī)房時(shí)，由于缺少高頻接地極(網(wǎng))，須要求各設(shè)備作等電位連接。

目前數(shù)字電視發(fā)射機(jī)功率等級(jí)從0.5～10 kW不同，基本由1～2個(gè)19 in(1 in=2.54 cm)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜構(gòu)成，加上液冷、假負(fù)載、多工器、假負(fù)載等附屬設(shè)備，一般機(jī)房有15 m2可滿足要求。另外，機(jī)房最好密封并安裝1臺(tái)制冷量為7～12 kW(即俗稱約3～5匹)空調(diào)進(jìn)行機(jī)房環(huán)境控溫，發(fā)射機(jī)頂端接管道排風(fēng)系統(tǒng)集中對(duì)外散熱。

總之，數(shù)字機(jī)房基本與模擬電視機(jī)房要求相同，參照 GY 5062—1998《電視和調(diào)頻廣播發(fā)射(轉(zhuǎn)播)臺(tái)(站)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定即可。

7 發(fā)射頻率的配置

根據(jù)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)及專家意見(jiàn)，以移動(dòng)接收為主的地面數(shù)字電視廣播，建議其發(fā)射頻率選擇在UHF頻段內(nèi)550～700 MHz(DS23～DS36)工作頻段較為合適。

目前，我國(guó)地面數(shù)字電視建設(shè)正在加快實(shí)施，如何既好又快地完成工程建設(shè)，前期的工程設(shè)計(jì)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。值此地面數(shù)字電視國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施、應(yīng)用之際，希望以此文為契機(jī)，與從事地面電視發(fā)射傳輸?shù)募夹g(shù)人員交流，起拋磚引玉之作用。

[1] 國(guó)家廣播電影電視總局廣播電視規(guī)劃院.地面數(shù)字電視技術(shù)資料匯編[G].北京：國(guó)家廣播電影電視總局廣播電視規(guī)劃院，2008.

[2] 楊知行.地面數(shù)字電視傳輸技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[3] GB/T 26683—2011， 地面數(shù)字電視接收器通用規(guī)范[S]. 2011.

責(zé)任編輯：閆雯雯

Design and Practice of Digital Terrestrial Television Broadcasting Transmission System

HUANG Shaojun, TONG Longwen

(GuangdongProvincialRadioandTelevisionTechnologyCenter,Guangzhou510012,China)

The important design and practical points about Guangdong provincial digital terrestrial television broadcasting transmission system are introduced, including transmitter power allocation, antenna system configuration, signal source transmission, grounding system configuration method.The configuration of observation system, distribution power supply system, grounding system of computer room and emission frequency are explained.

digital terrestrial television broadcasting;television transmission; China digital terrestrial TV broadcasting standard; transmitter

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.16.010

2015-03-05

【本文獻(xiàn)信息】黃少俊，童龍文.地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)及實(shí)踐[J].電視技術(shù),2015，39(16).