DTMB地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)在黑龍江省的實(shí)際運(yùn)用

孫文坡

黑龍江省新聞出版廣電局804臺(tái) 黑龍江省 哈爾濱市 150090

2015年，中央地面數(shù)字無(wú)線電視廣播覆蓋工程啟動(dòng)，計(jì)劃用短時(shí)間，在黑龍江省構(gòu)建2個(gè)頻道的地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)，同時(shí)播出省、市、縣的廣播電視節(jié)目。計(jì)劃實(shí)現(xiàn)中央電視臺(tái)12套標(biāo)清節(jié)目及省市地方節(jié)目19套節(jié)目的無(wú)線數(shù)字化覆蓋。為兼顧全國(guó)各地開展本地地面數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)的需要，中央電視臺(tái)12套采用AVS+信源編碼，標(biāo)清節(jié)目打包復(fù)用成2路碼流。分別在2個(gè)不同地方的地面數(shù)字電視頻道中播出。為節(jié)省頻率資源，中央覆蓋工程采用省級(jí)單頻網(wǎng)為主，區(qū)域單頻網(wǎng)或多頻網(wǎng)為輔的地面數(shù)字電視組網(wǎng)方式。在已完成的中央覆蓋工程地面數(shù)字電視頻率規(guī)劃方案中，國(guó)家新聞出版廣電總局為每個(gè)發(fā)射臺(tái)站規(guī)劃了2個(gè)地面數(shù)字電視頻率，黑龍江省里規(guī)劃用1個(gè)地面數(shù)字電視頻率確保此次地面數(shù)字電視覆蓋工程的順利實(shí)施。

1 DTMB和單頻網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

1.1 單頻網(wǎng)概述

地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的一個(gè)最大特點(diǎn)在于它能夠有效抵抗無(wú)線信道的多徑干擾，確保數(shù)字電視信號(hào)的接收質(zhì)量。因此，地面數(shù)字電視系統(tǒng)可以通過(guò)組建單頻網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的有效覆蓋。地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)是由多個(gè)位于不同地點(diǎn)、處于同步狀態(tài)的地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)，以相同的頻率，在可控的時(shí)刻發(fā)射相同的節(jié)目，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定服務(wù)區(qū)域的可靠覆蓋。

1.2 DTMB的優(yōu)勢(shì)

DTMB是我國(guó)研發(fā)、制定的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)。從目前的情況來(lái)看，DTMB在接收端和發(fā)射端的成熟度和設(shè)備產(chǎn)業(yè)化都能夠滿足現(xiàn)階段我國(guó)數(shù)字電視廣播的需求。同時(shí)，DTMB無(wú)線數(shù)字電視廣播與有線數(shù)字電視之間形成互補(bǔ)，DTMB主要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收，便于農(nóng)村、遠(yuǎn)郊等地區(qū)的固定接收。DTMB無(wú)線數(shù)字電視可以對(duì)現(xiàn)有的模擬電視廣播設(shè)備進(jìn)行利用，在一定程度上降低了維護(hù)成本。TDS-OFDM在調(diào)制上、移動(dòng)接收上能夠通過(guò)高傳輸碼率完成，從而提高了數(shù)字電視廣播技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用范圍。DTMB應(yīng)用的信道可以使系統(tǒng)同步和系統(tǒng)估計(jì)時(shí)間同DVB-T相比，可以縮小約100倍，同時(shí)DTMB可以在超過(guò)200km/h移動(dòng)上完成信號(hào)接收。DTMB應(yīng)用了與時(shí)間同步的分層復(fù)幀結(jié)構(gòu)，從而使同頻同時(shí)發(fā)送同一信號(hào)的單頻網(wǎng)變得更加容易，減低了對(duì)無(wú)線頻譜資源的應(yīng)用，并可以實(shí)現(xiàn)省城、城域在移動(dòng)過(guò)程中單頻網(wǎng)的接收工作，從而解決了因?yàn)閱伟l(fā)射機(jī)而導(dǎo)致盲區(qū)存在的問題。

1.3 單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)方案

如果省內(nèi)各地采用多頻網(wǎng)或者采用基于本地地面?zhèn)鬏旀溌返膯晤l網(wǎng)，各地可在第二路4套節(jié)目的碼流中插入本地節(jié)目。各地根據(jù)各自節(jié)目傳輸鏈路和頻率資源條件，開展本地地面數(shù)字電視廣播組網(wǎng)工作。如果采用基于本地地面?zhèn)鬏旀溌返膯晤l網(wǎng)組網(wǎng)方式進(jìn)行覆蓋，首先需要剔除掉來(lái)自鏈路的第二路節(jié)目中的SIP包、單頻網(wǎng)填充數(shù)據(jù)包以及衛(wèi)星調(diào)制器和解調(diào)器加入的MPEG-2空包，然后經(jīng)過(guò)復(fù)用器與本地節(jié)目進(jìn)行復(fù)用，最后送入單頻網(wǎng)適配器后發(fā)往各發(fā)射臺(tái)站形成射頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。本地地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 本地地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在頻率資源較為緊張的地區(qū)可以采用單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式進(jìn)行覆蓋。單頻網(wǎng)組網(wǎng)方案的網(wǎng)絡(luò)類型可以分為：光纖、微波或IP傳輸。本文介紹的是基于IP傳輸?shù)膯晤l網(wǎng)技術(shù)方案。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，IP（InternetProtocol是Internet最基本的協(xié)議）技術(shù)日漸成熟，IP網(wǎng)絡(luò)傳輸MPEG-2 TS流（即TSoverIP）越來(lái)越廣泛的應(yīng)用于數(shù)字電視廣播領(lǐng)域。TSoverIP的主要功能是實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換和業(yè)務(wù)模式轉(zhuǎn)換。2000年，DVB組織推出了第一個(gè)方案RFC2250，推薦了一種MPEG1和MPEG-2用RTP（Real-timeTransport Protocol）協(xié)議實(shí)現(xiàn)了TSoverIP的打包方案。2007年，SMPTE組織在RFC2250等相關(guān)方案基礎(chǔ)上，推出了SMPTE2022-2-2007方案，主要技術(shù)要求為：（1）每個(gè)IP包封裝1～7個(gè)MPEG2-TS包；（2）利用RTP協(xié)議傳輸TS；（3）IP包里打入時(shí)間戳信息；（4）增加二維前向糾錯(cuò)編碼（FEC）。

以上技術(shù)要求為進(jìn)一步提高了TSoverIP的魯棒性，使IP傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)成為可能，相關(guān)技術(shù)方案和設(shè)備逐步成熟。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了IP傳輸組建單頻網(wǎng)的組網(wǎng)案例。在實(shí)際組網(wǎng)過(guò)程中，一方面需要關(guān)注相關(guān)設(shè)備功能和技術(shù)指標(biāo)，開展試驗(yàn)驗(yàn)室試驗(yàn)，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行模擬試驗(yàn)；另一方面還需要關(guān)注IP網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬。由于SMPTE2022方案中，為了提高魯棒性加入了一些系統(tǒng)開銷，因此實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)帶寬需要大于節(jié)目碼率，并預(yù)留一定的冗余帶寬。

2 單頻網(wǎng)與組網(wǎng)的條件

2.1 單頻網(wǎng)

單頻網(wǎng) （SFN-Single Frequency Network）由多個(gè)位于不同地點(diǎn)并處于同步狀態(tài)的發(fā)射機(jī)組成的地面數(shù)字電視網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)電視發(fā)射機(jī)以相同的頻率，在相同的時(shí)刻發(fā)射相同的（碼流）已調(diào)射頻信號(hào)（比特），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定服務(wù)區(qū)的覆蓋。

DTMB單頻網(wǎng)由中心發(fā)射臺(tái)站、輔助發(fā)射臺(tái)站、分配網(wǎng)絡(luò)三部分共同組成。DTMB單頻網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成除了需要基本設(shè)備外，還需要相應(yīng)的GPS接收、單頻網(wǎng)國(guó)標(biāo)激勵(lì)器、單頻網(wǎng)適配器等必要設(shè)備。組建單頻網(wǎng)時(shí)必須滿足以下幾個(gè)條件：（1）數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射時(shí)間必須相同，各個(gè)發(fā)射臺(tái)站必須安裝GPS時(shí)鐘接收器，便于對(duì)時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)一；（2）各個(gè)發(fā)射臺(tái)站在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)射的載頻頻率也必須相同；（3）各個(gè)發(fā)射臺(tái)站發(fā)射的載波模式也必須相同。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要想實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)組網(wǎng)，最大的難點(diǎn)是要確保同一節(jié)目信號(hào)同頻、同時(shí)進(jìn)行發(fā)射。在接收端最大的難點(diǎn)是不同發(fā)射點(diǎn)的交叉覆蓋區(qū)域能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的信號(hào)接收。DTMB運(yùn)用的調(diào)制技術(shù)是TDS-OFDM，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)信號(hào)幀在相同時(shí)間的同步。

黑龍江省單頻網(wǎng)的組建方式，是在一個(gè)臺(tái)站最多組建2個(gè)單頻網(wǎng)，中央臺(tái)8套節(jié)目組建一個(gè)單頻網(wǎng)（節(jié)目源由衛(wèi)星提供），另外中央臺(tái)4套節(jié)目和省臺(tái)4套節(jié)目組建一個(gè)單頻網(wǎng)（節(jié)目源由微波總站編碼復(fù)用后提供給各個(gè)臺(tái)站）。但是，省內(nèi)也有一定數(shù)量的臺(tái)站不通微波，中央4套節(jié)目和省臺(tái)4套節(jié)目不能強(qiáng)行組成單頻網(wǎng)。微波總站發(fā)送給各個(gè)臺(tái)站的信號(hào)源只能以中央8臺(tái)一個(gè)碼流，中央4套一個(gè)碼流，省臺(tái)4套一個(gè)碼流，這3個(gè)碼流形式發(fā)出。第二個(gè)單頻網(wǎng)視當(dāng)?shù)貤l件上報(bào)黑龍江省新聞出版廣電局臨時(shí)組網(wǎng)。

2.2 單頻網(wǎng)組網(wǎng)案例

大慶和安達(dá)兩個(gè)臺(tái)站相距直線距離70公里左右，單頻網(wǎng)的相交區(qū)域出現(xiàn)相互干擾無(wú)法收看的情況。兩個(gè)臺(tái)站共用省臺(tái)微波總站的微波信號(hào)，其發(fā)射機(jī)的激勵(lì)器也都設(shè)置為單頻網(wǎng)模式，懷疑是信號(hào)源的問題。經(jīng)查是微波總站發(fā)出的碼流是多頻網(wǎng)碼流，省臺(tái)節(jié)目信號(hào)經(jīng)復(fù)合設(shè)備沒有設(shè)置為單頻網(wǎng)模式。設(shè)置后，大慶和安達(dá)兩個(gè)臺(tái)站相交區(qū)域接收正常，信號(hào)接受強(qiáng)度相應(yīng)提高，達(dá)到了單頻網(wǎng)的設(shè)計(jì)要求，滿足了交叉區(qū)域的覆蓋。

2.3 衛(wèi)星傳輸?shù)膯晤l網(wǎng)技術(shù)方案

本次中央覆蓋工程創(chuàng)造性的使用了衛(wèi)星鏈路作為全國(guó)碼流分發(fā)網(wǎng)絡(luò)主鏈路，地面鏈路作為備份。兩路傳輸碼流加擾加密后，按照下表所示的適配模式經(jīng)單頻網(wǎng)適配器適配后進(jìn)行DVB-S調(diào)制通過(guò)中星6A衛(wèi)星傳輸，作為主信號(hào)源。同時(shí)，兩路傳輸碼流不經(jīng)加擾加密送至國(guó)干網(wǎng)中央塔首站，之后經(jīng)國(guó)干網(wǎng)傳輸至各省節(jié)點(diǎn)，各省通過(guò)光纖網(wǎng)或者數(shù)字微波網(wǎng)絡(luò)等將兩路碼流作為備份信號(hào)源傳輸至各發(fā)射臺(tái)站（用于單頻網(wǎng)系統(tǒng)的碼需要通過(guò)單頻網(wǎng)適配器適配）。另外，在地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)未通達(dá)的發(fā)射臺(tái)站部署備份前端，接收來(lái)自中星6B的中央電視節(jié)目，實(shí)現(xiàn)對(duì)主用衛(wèi)星傳輸鏈路的備份。兩路傳輸碼流在發(fā)射臺(tái)完成適配后，經(jīng)與衛(wèi)星接收的兩路傳輸碼流主備切換送入發(fā)射系統(tǒng)，以單頻網(wǎng)或多頻網(wǎng)的形式發(fā)射清流信號(hào)。同時(shí)，省臺(tái)4套節(jié)目信號(hào)以清流形式通過(guò)微波以IP碼流下傳致各個(gè)臺(tái)站供用戶免費(fèi)接收。本次中央覆蓋工程地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，如圖2所示。

序 號(hào)第一路碼流第二路碼流載波數(shù)C=3780 C=1幀頭模式PN495 PN595交織模式720 720 FEC編碼0.8 0.8映射方式16QAM 4QAM系統(tǒng)凈荷19.251Mbps 10.3961Mbps

圖2 中央覆蓋工程地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)框圖

結(jié)束語(yǔ)

地面數(shù)字電視技術(shù)，不但是廣電行業(yè)最為關(guān)鍵性技術(shù)，也是廣電行業(yè)最基礎(chǔ)性技術(shù)。該種技術(shù)作為一種新生事物，正在被人們不斷認(rèn)識(shí)和接受，此次中央覆蓋工程采用DTMB和AVS+的技術(shù)體系，創(chuàng)造性的采用了衛(wèi)星傳輸鏈路的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)方案，同時(shí)8+4節(jié)目流配置方案為各地插入本地節(jié)目組建本地地面數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)提供了技術(shù)可行性，黑龍江省的微波傳輸實(shí)現(xiàn)了IP單頻網(wǎng)的組建。單頻網(wǎng)的使用既滿足了頻率資源的合理利用，又可以滿足省際的不間斷接收，解決了不同受眾的相關(guān)需求。