地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程的探討

■文/革 命

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程的探討

■文/革 命

地面數(shù)字電視廣播單頻系統(tǒng)，是我國(guó)廣播電視的重要部分，而單頻網(wǎng)作為傳輸覆蓋工程最為常見的應(yīng)用方法之一，不但能夠?qū)崿F(xiàn)頻率規(guī)劃的高效性，還能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)射頻來解決覆蓋過程的盲區(qū)問題，極大地提高地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程的覆蓋率。并且，單頻網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)輻射低、覆蓋均勻、污染小的性能，具有良好的效果。

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)；傳輸覆蓋；SFN

在本文中，我們將針對(duì)地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的系統(tǒng)組成和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的介紹，并且對(duì)于目前地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)存在的問題進(jìn)行深入分析，并根據(jù)相關(guān)的問題提出針對(duì)傳輸覆蓋問題的具體解決措施，希望本文提供的方法對(duì)于地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程工作的展開和優(yōu)化給予相應(yīng)的幫助和參考。

1.地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容

地面數(shù)字廣播系統(tǒng)，是通過地面廣播方式來傳輸相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸?shù)南到y(tǒng)。最早實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視廣播，是DTTB標(biāo)準(zhǔn)，是由北美和歐洲最早開始使用，隨后建立了歐盟DVB-T標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)ATSC標(biāo)準(zhǔn)和日本的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的地面數(shù)字單頻廣播系統(tǒng)起步較晚，但也于2006年提出了《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》標(biāo)準(zhǔn)，即DTMB標(biāo)準(zhǔn)。近今年來，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字電視相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，在我國(guó)，也逐漸向國(guó)標(biāo)DTMB和CMMB標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

單頻網(wǎng)，即SFN，是指用多個(gè)發(fā)射臺(tái)同時(shí)同頻發(fā)射相同的信號(hào)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于服務(wù)區(qū)域全方位的可靠覆蓋。近幾年來，隨著地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，單頻網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)應(yīng)用得相當(dāng)廣泛，同時(shí)已經(jīng)進(jìn)入相關(guān)的調(diào)整階段。在我國(guó)，從2002年開始，在全國(guó)各個(gè)地區(qū)已經(jīng)開始了廣泛的實(shí)驗(yàn)，到目前為止，基本實(shí)現(xiàn)了單頻網(wǎng)的覆蓋。但是在各個(gè)地區(qū)，由于實(shí)際情況的不同，實(shí)際碼率的速率有所不同。當(dāng)下，地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的應(yīng)用受到了諸多因素的影響，只有通過對(duì)地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)傳輸覆蓋工程進(jìn)行深入的探討，才能為無線電視臺(tái)提供更加好的發(fā)展平臺(tái)和廣闊的空間。

1.1 信道環(huán)境

對(duì)于電磁波的分類，主要分為直射波、多徑反射波、繞射波和散射波。地面數(shù)字廣播電視的信道環(huán)境，主要分為高斯傳播信道、瑞利傳播信道、萊斯傳播信道三種形式。

1.1.1 高斯傳播信道

主要考慮高斯熱噪聲，發(fā)射天線和接收天線之間不受阻擋，視距傳播，無反射和散射體，概率函數(shù)的表達(dá)式為：

1.1.2 瑞利傳播信道

考慮熱噪聲和多徑的影響。要考慮電磁波的反射和散射，典型的應(yīng)用環(huán)境是山腳下或者大樓阻擋的地方，其概率密度的表達(dá)式為：

1.1.3 萊斯傳播信道

考慮到較強(qiáng)的接收信號(hào)和低功率時(shí)延信號(hào)的影響，同時(shí)考慮了熱噪聲。常見的適用環(huán)境為高樓林立的公寓和市區(qū)的街道，概率密度表達(dá)式為：

1.2 路徑傳播損耗

對(duì)于路徑傳播損耗，指的是電磁波在空間傳播時(shí)產(chǎn)生的電平平均值的變化。對(duì)于一個(gè)全向天線，無線電波在空間中傳播時(shí)以球面波的形式向四周擴(kuò)散，在空間傳播的公式如下：

其中，L是路徑損耗、d是收發(fā)端的距離、f是無線電波的頻率、c為光速。

2.目前地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程存在的問題

2.1 覆蓋范圍和重疊區(qū)存在矛盾

比如說，在DBV-T的單頻網(wǎng)中，在實(shí)際應(yīng)用中存在如下問題：增大覆蓋和改善覆蓋重疊區(qū)沒有辦法同時(shí)滿足兩者之間的要求。在COFDM的使用環(huán)境中，一方面，雖然由于多個(gè)發(fā)射點(diǎn)覆蓋，使得一些盲區(qū)能夠改善信號(hào)的強(qiáng)度。但是，在信號(hào)較強(qiáng)的重疊區(qū)域，會(huì)使得C/N的門限值被抬高，導(dǎo)致信號(hào)的接收效果降低。作為一對(duì)矛盾體，增大發(fā)射點(diǎn)的數(shù)目不能很好地實(shí)現(xiàn)接收效果的穩(wěn)定性。同時(shí)，DTMB和CMMB在應(yīng)用上也存在DVB-T使用過程中遇到的問題。

2.2 同步環(huán)節(jié)存在安全隱患

對(duì)于DTMB、CMMB和DVB-T三種單頻網(wǎng)絡(luò)，一般是通過單頻適配器來實(shí)現(xiàn)頻率同步和時(shí)間同步。在DVB-T的應(yīng)用中，通過GPS來得到基準(zhǔn)頻率和脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)級(jí)聯(lián)振蕩器的驅(qū)動(dòng)。在單頻適配器中，MPEG-2的碼流中要添加MIP包，最后用PDN實(shí)現(xiàn)將碼流分發(fā)到發(fā)射站。來達(dá)到同步的目的。但是在實(shí)際應(yīng)用中，卻出現(xiàn)了獨(dú)立的GPS容易丟失信息的問題，這樣就使得單頻系統(tǒng)整體混亂，會(huì)使得整個(gè)同步環(huán)節(jié)存在較強(qiáng)的安全隱患。

2.3 在鏈路傳輸中遇到的問題

在單頻網(wǎng)中，碼流傳輸是非常重要的一個(gè)問題。對(duì)于單頻網(wǎng)絡(luò)，要實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同時(shí)、同頻、同碼流的要求。對(duì)于此問題，一般通過對(duì)MIP包進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間的同步。對(duì)于MIP包，它到達(dá)的位置和單頻網(wǎng)絡(luò)的同步有非常密切的關(guān)系。對(duì)于碼流復(fù)蘇、傳輸過程一定要保證時(shí)間的絕對(duì)性，而PCR和空包也不能進(jìn)行隨意的改變。對(duì)于目前單頻網(wǎng)的碼流，一般通過直達(dá)光纜、SDH網(wǎng)絡(luò)、微波等方式進(jìn)行傳播。對(duì)于光纜網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，雖然要求的方法較為簡(jiǎn)單和可靠，但是一定有直達(dá)的光纖，這樣會(huì)使得成本的提升。這就導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)鏈路的傳輸方法僅僅適用于城市范圍內(nèi)的單頻網(wǎng)絡(luò)的傳輸。如果想利用SDH網(wǎng)絡(luò)，基本上運(yùn)用DVB-C，而ASI和DS3適配器不能夠與單頻網(wǎng)實(shí)現(xiàn)兼容。因此，要想用微波，必須要對(duì)光纜進(jìn)行備份。

3.地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程的規(guī)劃

參考規(guī)劃的配置：

對(duì)于DVB-T的實(shí)施系統(tǒng)的參數(shù)，要對(duì)真實(shí)的規(guī)劃進(jìn)行相應(yīng)的配置，配置內(nèi)容如圖1。

圖1 規(guī)劃配置的參數(shù)

對(duì)于DVB-T應(yīng)用的規(guī)劃配置方式RPC1、RPC2和RPC3三種配置方式，主要的參數(shù)項(xiàng)、參數(shù)和接收方式如圖2。

在不同的調(diào)制方式中，在不同的信道中，DVB-T對(duì)于數(shù)字電視同頻保護(hù)的率值是不同的，具體的值如下所圖3。

圖2 參考配置參數(shù)

圖3 DVB-T 信號(hào)受到DVB-T信號(hào)同頻保護(hù)率（db）

4.地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的傳輸覆蓋工程

4.1 單頻網(wǎng)頻率的選擇

對(duì)于所有的可能選頻，需要進(jìn)行以下步驟：

（1）先選中參考臺(tái)站，將候選頻道中選擇一個(gè)使用的頻道，然后計(jì)算所選臺(tái)址的有害場(chǎng)，最后選出有害場(chǎng)大于設(shè)定門限的所有的參考模擬站臺(tái)；

（2）在第一步中選中的模擬站臺(tái)中ERP，再根據(jù)模擬站臺(tái)有害場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)值，通過將模擬站臺(tái)和數(shù)字站臺(tái)距離的比對(duì)，進(jìn)一步對(duì)相應(yīng)的模擬站臺(tái)進(jìn)行處理和篩選；

（3）在第二步篩選出的模擬站臺(tái)中，利用數(shù)字站臺(tái)對(duì)模擬站臺(tái)進(jìn)行干擾篩選和分析；

（4）將指配的數(shù)字臺(tái)作為欲收臺(tái)站，首先對(duì)于有害場(chǎng)進(jìn)行分析，同時(shí)將指配的數(shù)字臺(tái)和模擬臺(tái)的干擾情況進(jìn)行分析，要考慮數(shù)字和模擬EPR。

4.2 傳輸模式的制定

對(duì)于DVB-T，2K模塊能夠構(gòu)建小的單頻網(wǎng)。2K模塊能夠?qū)崿F(xiàn)同步速度快、抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，而8K模塊能夠?qū)崿F(xiàn)同步穩(wěn)定和抗時(shí)延能力強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于DVB-T系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的凈碼流比特率如圖4所示。

而對(duì)于傳輸模式的選擇，一般具有以下幾種代表的搭配。如圖5所示。

圖4 DVB-T系統(tǒng)中的凈碼流比特率

圖5 幾種代表性的搭配

圖6 DTMB的主要方式

一般來說，如果覆蓋半徑小于37.54km的單頻網(wǎng)，可以使用圖6中的1和3，一般應(yīng)用PN945作為幀頭，但這種方法的幀頭開銷較大，糾錯(cuò)碼率較低。

對(duì)于覆蓋半徑小于16.68km的單頻網(wǎng)，一般采用5和6。對(duì)于6采用的是64QAM，當(dāng)多徑信道性能較差的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)高的凈荷速率。對(duì)于5采用的是16QAM，同時(shí)使用了較高的糾錯(cuò)碼率，現(xiàn)在模式5 應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。

對(duì)于覆蓋半徑小于23.61km的單頻網(wǎng)絡(luò)，一般選擇2、4、7模式。三者的編碼效率為0.8，模式7相較于模式4來說，調(diào)制結(jié)束較低。而模式2中，載噪比的門限最低，一般應(yīng)用于移動(dòng)業(yè)務(wù)。對(duì)于小面積單頻網(wǎng)的選擇，希望從無線入手來減小重疊區(qū)。

4.3 同步模式的選擇

圖7 單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式

在多載波系統(tǒng)中，由于抵抗頻率飄移能力比較弱。使用GPS來進(jìn)行同步，同時(shí)要建立一個(gè)高穩(wěn)定度的本地振蕩器。這樣做，使得GPS作為頻率參考，發(fā)射機(jī)能夠通過基本的相應(yīng)頻率發(fā)射，使得整個(gè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定工作。當(dāng)主發(fā)射點(diǎn)接收到發(fā)射臺(tái)的高質(zhì)量信號(hào)，然后送入變頻器，將信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，然后將信號(hào)進(jìn)行濾波和放大。這樣做對(duì)于盲點(diǎn)覆蓋非常有效。

5.結(jié)束語

在本文中，我們主要探討了地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程。從地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)相關(guān)內(nèi)容、目前地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程存在的問題、地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)進(jìn)行傳輸覆蓋工程的規(guī)劃、地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的傳輸覆蓋工程四個(gè)角度進(jìn)行分析。在資源緊張的今天，單頻網(wǎng)絡(luò)能夠極大地提升頻率資源的使用效率，能夠極大地保證接收信號(hào)的穩(wěn)定和可靠，保證傳輸覆蓋區(qū)域的可靠性。

[1]馮景鋒，鄧向冬，陳志國(guó).地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)測(cè)試[J].廣播與電視技術(shù)，2006（08）：52-54.

[2]馮景鋒，周興偉，劉駿國(guó)家地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)單頻網(wǎng)覆蓋測(cè)試[J].廣播與電視技術(shù)，2008（08）：114-120.

[3]中華人民共和國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)技術(shù)要求和測(cè)量方法[S].

[4]姜文波，馮景峰，李熠星.國(guó)家地面數(shù)字電視推廣應(yīng)用北京地區(qū)技術(shù)試驗(yàn)[J].廣播與電視技術(shù)，2008（6）：16-22.

（作者單位：內(nèi)蒙古新聞出版廣電局呼倫貝爾廣播發(fā)射中心臺(tái)）

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1671-0134（2017）12-097-03

10.19483/j.cnki.11-4653/n.2017.01.027