地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)研究

文/熊壯

1.單頻網(wǎng)組網(wǎng)

單頻網(wǎng)是指若干個(gè)發(fā)射臺(tái)同一時(shí)間在同一個(gè)頻率上發(fā)射同樣的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)一定區(qū)域的覆蓋，提高頻譜利用率，網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量好。

組建安全高效的單頻網(wǎng)必須解決“同步”問題，同步主要通過GPS同步時(shí)鐘參考源和SFN適配器來解決。

1.1 頻率同步

為確保接收設(shè)備穩(wěn)定解碼整個(gè)系統(tǒng)發(fā)射的信號(hào)，單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)輸出的信號(hào)頻率應(yīng)相同，這要求各發(fā)射機(jī)有很高的頻率精度和穩(wěn)定度。

1.2 時(shí)間同步

為了使來自其他發(fā)射機(jī)的接收信號(hào)與欲接收信號(hào)之間的時(shí)延在接收機(jī)能夠抵抗的時(shí)延范圍內(nèi)，要求系統(tǒng)內(nèi)的各發(fā)射機(jī)時(shí)間必須嚴(yán)格同步，即同一個(gè)信號(hào)幀應(yīng)該在相同的時(shí)刻被各個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)送。

1.3 比特同步

單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)在相同的時(shí)刻、發(fā)送相同的信號(hào)幀時(shí)要求對(duì)所有信號(hào)幀進(jìn)行相同的調(diào)制。不同發(fā)射機(jī)不同時(shí)刻發(fā)射的信號(hào)幀應(yīng)完全一致，不許存在允差。

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)最大建站距離是單頻網(wǎng)的重要參數(shù)，它決定了單頻網(wǎng)的發(fā)射站點(diǎn)的選取、建設(shè)成本以及建網(wǎng)的復(fù)雜程度。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的最大基站間距主要取決于地面數(shù)字電視系統(tǒng)抗回波干擾的能力，系統(tǒng)如果可承受的回波延時(shí)越長(zhǎng)，單頻網(wǎng)基站間距離可以越大。下面是國(guó)標(biāo)三種幀頭格式下建站理論最大距離:PN420幀 頭，L=16.67Km；PN595幀 頭，L=23.61Km ；PN945幀頭，L=37.5Km。

2.多站點(diǎn)組建單頻網(wǎng)實(shí)例

2015年，湖南廣電移動(dòng)電視有限責(zé)任公司在湖南長(zhǎng)沙地區(qū)進(jìn)行四個(gè)站點(diǎn)單頻網(wǎng)組網(wǎng)實(shí)踐。

岳麓山:海拔300m，天線安裝高度20m，與接收端平均相對(duì)高度約280m，發(fā)射機(jī)功率1KW。達(dá)摩嶺:海拔777m，天線安裝高度30m，與接收端平均相對(duì)高度約750m，發(fā)射機(jī)功率1KW。跳馬:海拔230m，天線安裝高度20m，與接收端平均相對(duì)高度約200m，發(fā)射機(jī)功率1KW。星沙:海拔70m，天線安裝高度190m，與接收端平均相對(duì)高度約210m，發(fā)射機(jī)功率0.5KW。四基站間的關(guān)系如圖1。

圖1

根據(jù)以上基站距離關(guān)系，結(jié)合國(guó)標(biāo)單頻網(wǎng)幀頭格式最大距離的理論，可以看出，達(dá)摩嶺、岳麓山、跳馬及南岳4基站之間距離超出了PN945幀頭格式下最大距離的理論值。每個(gè)基站根據(jù)海拔高度及鐵塔高度的因素，其覆蓋效果也不盡相同。四個(gè)基站未作任何網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化下的實(shí)際覆蓋效果如圖2。

圖2

按照基站情況和每個(gè)基站實(shí)際覆蓋效果，我們對(duì)重疊區(qū)域進(jìn)行信號(hào)收測(cè)發(fā)現(xiàn)，雖然在信號(hào)重疊區(qū)場(chǎng)強(qiáng)強(qiáng)度達(dá)到接收標(biāo)準(zhǔn)，但未能解析節(jié)目碼流信號(hào)，干擾嚴(yán)重，并且信號(hào)干擾區(qū)域隨著各種自然因素在重疊區(qū)也不斷發(fā)生位移。

3.網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

在單頻網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)同步具有嚴(yán)格要求，特別是當(dāng)各個(gè)發(fā)射點(diǎn)間距大于保護(hù)間隔對(duì)應(yīng)距離時(shí)，覆蓋重疊區(qū)域容易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)干擾。

通常情況下，單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化有三種方式，即調(diào)整發(fā)射機(jī)發(fā)射功率、調(diào)整發(fā)射機(jī)延時(shí)、調(diào)整發(fā)射天線傾角度。在實(shí)際組網(wǎng)環(huán)境下，特別是當(dāng)單頻網(wǎng)中存在遠(yuǎn)超保護(hù)間隔的發(fā)射基站時(shí)，采用時(shí)延調(diào)整的方法完成優(yōu)化部分重疊區(qū)時(shí)，使一些原本接收良好的區(qū)域產(chǎn)生新的干擾；另外，部分海拔高的基站采用調(diào)整功率的方法在消除覆蓋重疊區(qū)干擾的同時(shí)存在有效覆蓋面積縮小的問題。

經(jīng)過技術(shù)探討和多方論證，對(duì)以上四個(gè)基站采用調(diào)整天線下傾角與發(fā)射機(jī)延時(shí)的方案消除網(wǎng)絡(luò)中的重疊區(qū)干擾，從而達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目的，使網(wǎng)絡(luò)整體達(dá)到更好的覆蓋效果。

（1）調(diào)整各基站發(fā)射距離。達(dá)摩嶺基站發(fā)射天線東面其半功率角發(fā)射距離為18km，南面滿功率角發(fā)射距離為18km；岳麓山基站發(fā)射天線四面天線半功率角發(fā)射距離全為25km；跳馬基站發(fā)射天線南、西、北三面天線半功率角發(fā)射距離全為20km；南岳基站北面發(fā)射天線滿功率角發(fā)射距離為63km；星沙基站由于功率等級(jí)及所處地理位置，不做調(diào)整。

（2）調(diào)整天線方位角度。以下對(duì)達(dá)摩嶺基站為例，根據(jù)要求覆蓋距離計(jì)算天線需調(diào)整角度。圖3為達(dá)摩嶺基站垂直面方向圖，由此可知，此天線的半功率角為5.2度，滿功率角為14度。另外，廠家提供其電氣傾角為1.2度。

圖3

天線需要下傾角度（θ）=半功率角或滿功率角（α/2）+需要發(fā)射距離角度（β）-電氣傾角（c）

各角度間關(guān)系，如圖4。

已知條件——與接收端平均相對(duì)高度H，所希望得到的覆蓋半徑R，天線垂直平面的半功率角α，需確定天線傾角θ。

圖4

計(jì)算結(jié)果為:

東面天線下傾角度 θ = 5.2/2 + arctan（750/18000）- 1.2 = 3.78°

南面天線下傾角度 θ = 7/2 + arctan（750/18000） -1.2 = 8.18°

結(jié)語

通過對(duì)各基站發(fā)射天線方位角度及發(fā)射機(jī)延時(shí)的調(diào)整，再次對(duì)重疊覆蓋區(qū)域進(jìn)行信號(hào)收測(cè)，發(fā)現(xiàn)基站覆蓋場(chǎng)達(dá)到了預(yù)期效果，重疊覆蓋區(qū)域信號(hào)收縮有度，滿足了接收條件。針對(duì)個(gè)別小區(qū)域存在的一些“陰影覆蓋”不能正常接收情況，可通過小型直放站做移頻覆蓋解決?？傮w衡量，本次調(diào)試較為成功，為將來DTMB單頻網(wǎng)的組網(wǎng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。