地面數(shù)字電視廣播覆蓋的研究

張保同，郭麗麗，王亞飛

（1.河南省新聞出版廣電局 財(cái)務(wù)管理中心，河南 鄭州 450002； 2.河南大象融媒體集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450008；3.河南省廣播電視監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450002）

地面數(shù)字電視廣播覆蓋的研究

張保同1，郭麗麗2，王亞飛3

（1.河南省新聞出版廣電局 財(cái)務(wù)管理中心，河南 鄭州 450002； 2.河南大象融媒體集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450008；3.河南省廣播電視監(jiān)測(cè)中心，河南 鄭州 450002）

在諸多應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，地面數(shù)字電視廣播獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，但因受經(jīng)濟(jì)及相關(guān)設(shè)備的影響，地面數(shù)字電視廣播的發(fā)展也存在一定局限性。文章圍繞地面數(shù)字電視廣播覆蓋展開了一系列討論。

數(shù)字電視廣播；模擬電視；單頻網(wǎng)

1　數(shù)字化

1.1 數(shù)字化的基本特征

數(shù)字化基本特征主要有兩點(diǎn)：第一，在對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)施傳輸、拷貝及存儲(chǔ)操作時(shí)，不易受外界干擾；可與其他數(shù)字化數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加使用；數(shù)據(jù)易于處理和管理。第二，可對(duì)所使用信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮并糾正數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；整理和管理信息內(nèi)容；在對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行過載時(shí)若數(shù)據(jù)丟失則無法恢復(fù)；若誤碼率過高且超出系統(tǒng)糾錯(cuò)能力范圍時(shí)，數(shù)據(jù)信息也會(huì)丟失；加密數(shù)字信號(hào)會(huì)出現(xiàn)一定延時(shí)［1］。

1.2 地面數(shù)字電視的優(yōu)勢(shì)

相比于傳統(tǒng)的模擬電視，地面數(shù)字電視有著諸多優(yōu)勢(shì)：

第一，具強(qiáng)抗干擾能力。傳統(tǒng)的模擬電視因受外界干擾較大，不可避免地會(huì)出現(xiàn)重影問題，而地面數(shù)字電視可通過利用信道編碼、正交頻分復(fù)用等方式來增強(qiáng)抗干擾能力，從而彌補(bǔ)模擬電視的這一缺陷。

第二，單頻網(wǎng)。單頻網(wǎng)是數(shù)字電視廣播的特殊產(chǎn)物，是指在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，具相同頻率的多臺(tái)發(fā)射機(jī)可同時(shí)發(fā)射相同的節(jié)目。單頻網(wǎng)的使用一方面大大節(jié)省了頻率資源，另一方面可降低發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，有效減少電磁污染。

第三，接收方式多元化。地面數(shù)字電視不僅支持固定接收，而且還可依照不同的業(yè)務(wù)需求提供便攜式接收和車載移動(dòng)接收，相比于傳統(tǒng)的有線電視或是衛(wèi)星廣播，地面數(shù)字電視的接收方式更加多樣。

第四，高頻譜利用率。數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的不斷成熟使得地面數(shù)字電視的頻譜利用率也逐漸提高?，F(xiàn)同一電視頻道可傳輸4～6套標(biāo)清電視節(jié)目。

第五，具不同信號(hào)損傷表現(xiàn)。因信道的復(fù)雜多變，無線廣播電視信號(hào)在進(jìn)行傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)各程度的損傷。相比于傳統(tǒng)模擬電視因信號(hào)損傷而表現(xiàn)出來的圖像質(zhì)量下降，數(shù)字電視的表現(xiàn)更加明顯，其可能會(huì)突然從接收良好直接轉(zhuǎn)至無法接收。

第六，明確的覆蓋區(qū)域定義。因傳統(tǒng)模擬電視的覆蓋邊緣變化相對(duì)較慢，所以其對(duì)覆蓋區(qū)域定義相對(duì)模糊。但是數(shù)字電視的質(zhì)量變化則比較快，在這種情況下，地面數(shù)字電視就需有明確的覆蓋區(qū)域定義。

1.3 地面數(shù)字電視的標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求

地面數(shù)字電視在進(jìn)行運(yùn)行時(shí)所使用的技術(shù)主要有采樣和量化。其中采樣是指系統(tǒng)在進(jìn)行運(yùn)行的過程當(dāng)中每隔一段時(shí)間便會(huì)對(duì)音頻信號(hào)的幅度進(jìn)行自動(dòng)讀??；而量化是指系統(tǒng)會(huì)將采樣過程當(dāng)中所獲取的音頻信號(hào)的幅度轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的數(shù)字值。從根本上來說，采樣就是信號(hào)在時(shí)間方面的數(shù)字化，而量化則是信號(hào)在幅度方面的數(shù)字化。采樣頻率是采樣的重要指標(biāo)之一，是指在對(duì)模擬聲波實(shí)施數(shù)字化處理時(shí)，系統(tǒng)每秒采集聲波幅度樣本的次數(shù)。采樣頻率對(duì)經(jīng)數(shù)字化處理后的模擬信號(hào)的頻帶寬度及瞬時(shí)特性起決定性作用。

2　地面數(shù)字電視廣播覆蓋

2.1 地面數(shù)字電視廣播覆蓋的業(yè)務(wù)

無線覆蓋是地面數(shù)字電視廣播的主要信號(hào)接收方式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國利用模擬無線方式進(jìn)行電視信號(hào)接收的用戶約占全國地面數(shù)字電視廣播用戶的2/3。全國3.5億戶家庭當(dāng)中有1.26億戶是利用有線進(jìn)行電視信號(hào)接收，而利用無線進(jìn)行電視信號(hào)接收的則高于2億戶，且其多為城郊及農(nóng)村家庭，這些用戶急需更為穩(wěn)定的電視信號(hào)［2］，以接收更多、更優(yōu)質(zhì)的電視節(jié)目，而提供這些服務(wù)便也成了地面數(shù)字電視廣播的主要業(yè)務(wù)。

2.2 地面數(shù)字電視廣播覆蓋的特征

在數(shù)字化技術(shù)的基礎(chǔ)上，地面電視廣播覆蓋呈現(xiàn)出以下特征：第一，投資成本低、見效快，通常無需架設(shè)大批線路。第二，具強(qiáng)移動(dòng)性，可打破時(shí)間、空間的局限性，這是有線電視無法實(shí)現(xiàn)的。第三，具強(qiáng)抗災(zāi)害能力，一般來說，地面數(shù)字電視廣播覆蓋很少受各種外界因素影響，包括建筑施工或是自然災(zāi)害等。第四，有效提高頻譜利用率，使無線頻率資源得到充分使用。第五，覆蓋范圍廣且接收便攜，可有效擴(kuò)大用戶量。

2.3 地面數(shù)字電視廣播覆蓋的需求

2.3.1 地面數(shù)字電視廣播覆蓋的基本需求

地面數(shù)字電視廣播的基本需求主要有五點(diǎn)：第一，功率大，面積大且可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)到多點(diǎn)和連續(xù)播出的需求；第二，充分考慮同頻道和鄰頻道，存在模擬或數(shù)字干擾時(shí)的需求；第三，數(shù)字電視是在當(dāng)前模擬電視的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，為此還要充分考慮模擬電視發(fā)射需求，包括發(fā)射位置、設(shè)備及條件等；第四，頻譜規(guī)劃，其中最重要的是覆蓋范圍及效果；第五，支持單頻網(wǎng)且移動(dòng)接收速度超過250km/h。

2.3.2 地面數(shù)字電視廣播覆蓋的技術(shù)需求

在數(shù)字電視的協(xié)助下，地面電視的節(jié)目傳輸容量將會(huì)更大，頻譜的利用率也會(huì)更高，如在數(shù)字電視的幫助下，利用數(shù)字化信號(hào)，地面電視的每個(gè)信道可以傳送2套高清電視節(jié)目或是10套標(biāo)清電視節(jié)目，同時(shí)服務(wù)模式也會(huì)變得更加靈活，不僅可為用戶提供標(biāo)清電視節(jié)目，而且還可為用戶提供高清電視節(jié)目，同時(shí)借助相關(guān)科技設(shè)備還可為用戶提供高速移動(dòng)及手持接收等地面電視服務(wù)。另在數(shù)字電視的協(xié)助下，地面電視廣播還可能實(shí)現(xiàn)大區(qū)域范圍內(nèi)的單頻組網(wǎng)，如利用移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電視、填縫發(fā)射、利用小功率發(fā)射機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)等，從而改變地面電視廣播的運(yùn)作方式。此外，依照地面數(shù)字當(dāng)前的運(yùn)行狀況，利用數(shù)字電視還可有效提高城居民的文化素質(zhì)。通過觀看各類具文化意義的電視節(jié)目，居民的文化素質(zhì)得到了明顯提高［3］。

3　影響地面數(shù)字電視廣播覆蓋的因素

影響地面數(shù)字電視廣播覆蓋的因素有很多。在此，重點(diǎn)討論具選擇能力的因素。第一，發(fā)射參數(shù)，包括發(fā)射機(jī)的輸出功率、發(fā)射天線的高度和增益、饋線損耗。通常來說，發(fā)射機(jī)的輸出功率、發(fā)射天線的高度和增益越大，地面數(shù)字電視廣播的覆蓋范圍也越大；而饋線損耗則與覆蓋范圍成反比。

第二，發(fā)射頻率。因發(fā)射頻率越大，電磁波的穿透能力及繞身能力就越弱，這就會(huì)使得覆蓋陰影衰落加大，進(jìn)而導(dǎo)致接收效果差；高發(fā)射頻率還會(huì)使得多數(shù)無線數(shù)字信號(hào)被水、濕地或是樹林等吸收，最終傳送至用戶處的無線數(shù)字信號(hào)就越弱；再者，越高的發(fā)射頻率就地產(chǎn)生越大的多普勒頻移，不利于高速移動(dòng)接收，為此，地面數(shù)字電視廣播覆蓋的發(fā)射頻率應(yīng)保持較低，一般保持在550～700MHz即可。

第三，極化方式。地面數(shù)字電視廣播覆蓋的極化方式主要有水平極化和垂直極化。水平極化的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)分布較好，覆蓋范圍更廣，因此發(fā)射天線多選擇水平極化天線。而垂直極化具強(qiáng)環(huán)繞效應(yīng)，且易于實(shí)現(xiàn)，另垂直極化天線還可有效抵抗雨雪天氣信號(hào)接收能力差的缺陷，且車載安裝方便，為此在移動(dòng)接收當(dāng)中多選擇垂直級(jí)化天線。

第四，接收參數(shù)。通常來說，接收靈敏度、接收天線的高度及增益與接收效果之間成正比，接收效果越好，地面數(shù)字電視廣播覆蓋的面積就越大。

第五，信道調(diào)制參數(shù)?；诙噍d波傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視廣播覆蓋系統(tǒng)當(dāng)中，載波的數(shù)目會(huì)對(duì)單頻網(wǎng)的組建大小及接收速度產(chǎn)生影響。調(diào)制方式及編碼率會(huì)對(duì)接收效果及節(jié)目數(shù)量產(chǎn)生影響，一般節(jié)目數(shù)量越大，接收效果就會(huì)越差。此外，單頻網(wǎng)的規(guī)模會(huì)受載波模式及保護(hù)間隔的影響，因此在實(shí)施單頻網(wǎng)的同步傳輸時(shí)務(wù)必要充分考慮這一點(diǎn)。

4　地面數(shù)字電視廣播覆蓋的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 發(fā)射系統(tǒng)

地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成：地面數(shù)字電視信源前段、傳輸網(wǎng)絡(luò)和地面數(shù)字電視發(fā)射前段。其中傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要工作是負(fù)責(zé)ASI碼流的傳輸，包括其內(nèi)容和格式；地面數(shù)字電視信源前段主要的工作是負(fù)責(zé)給碼流配備相應(yīng)的單頻網(wǎng)；而地面數(shù)字電視發(fā)射前段的主要工作是負(fù)責(zé)調(diào)配碼流分路及節(jié)目碼流。

4.2 組網(wǎng)方式

地面數(shù)字電視廣播的組網(wǎng)方式及傳輸方式包括單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)兩種。以單頻網(wǎng)為組網(wǎng)方式的地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的各發(fā)射點(diǎn)是利用同一頻率將相同的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行同時(shí)發(fā)射。節(jié)目的分配則是利用各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，如直連光纖、SDH、微波等，并利用調(diào)制器將其進(jìn)行同步處理之后轉(zhuǎn)變?yōu)樯漕l信號(hào)進(jìn)行傳輸［4］。

基于上述單頻網(wǎng)的工作流程，以單頻網(wǎng)為組網(wǎng)方式的地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)在對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行調(diào)整時(shí)務(wù)必要盡量減少運(yùn)行范圍內(nèi)各發(fā)射點(diǎn)的相互干擾或是信號(hào)覆蓋。在此，信號(hào)覆蓋區(qū)域主要是指兩個(gè)或超過兩個(gè)發(fā)射點(diǎn)的信號(hào)或是頻率能同時(shí)達(dá)到的區(qū)域，這樣就會(huì)形成信號(hào)覆蓋。簡(jiǎn)單來說，要想盡量避免信號(hào)的相互干擾或是覆蓋就要盡量縮小信號(hào)覆蓋區(qū)域的面積，為此可以采取縮短延時(shí)長度和降低信道存在強(qiáng)度的方法。

5　結(jié)語

地面數(shù)字電視廣播是數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的表現(xiàn)之一，也是現(xiàn)數(shù)字電視廣播覆蓋的主要方式。但因經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)及相關(guān)設(shè)備有限，現(xiàn)地面數(shù)字電視廣播覆蓋仍存在部分問題。本文就這些問題進(jìn)行了詳細(xì)的研究分析，望能給相關(guān)工作人員以借鑒。

［1］王黎明.對(duì)地面數(shù)字電視廣播覆蓋的探討［J］.電子世界，2014（24）：196-197.

［2］蘇東波.地面數(shù)字電視廣播覆蓋的思路構(gòu)建［J］.無線互聯(lián)科技，2014（6）：165.

［3］王文學(xué).地面數(shù)字電視廣播覆蓋的研究［J］.中國新通信，2013（17）：18-19.

［4］劉海源.地面數(shù)字廣播電視覆蓋創(chuàng)新技術(shù)探討［J］.廣播電視信息，2015（4）：27-28.

Research on digital terrestrial television broadcasting coverage

Zhang Baotong1， Guo Lili2，Wang Yafei3
（1. Financial Management Center of Henan Provincial Press and Publication Bureau of Radio and Television，Zhengzhou 450002， China； 2.Henan Elephant Financial Media Group Co.， Ltd.， Zhengzhou 450008， China；3. Henan Radio and Television Monitoring Center， Zhengzhou 450002， China）

In many applications， the digital terrestrial television broadcasting has its unique advantages， but due to economic and related equipment， there are also some limitations of the development of digital terrestrial television broadcasting. This paper launched a series of discussions around the digital terrestrial television broadcasting.

digital TV broadcasting； analog TV； single frequency network

張保同（1976— ），男，河南葉縣，本科，工程師；研究方向：廣播電視地面覆蓋。