樂山廣播電視臺地面數字電視覆蓋工程DTMB前端平臺改造方案

曾 丹

（作者單位：四川省樂山廣播電視臺）

樂山市位于四川省西南部，地貌特征為山地、丘陵、平壩等三種類型，主要以山地為主，各區(qū)市縣有線廣播網絡建設參差不齊，如采用有線光纜覆蓋其建設工期長、桿路復雜、資金需求量大，且維護成本太高。樂山市在2013年建成的農村地面數字電視（無線發(fā)射方式）已覆蓋八個區(qū)、市、縣，目前僅有沐川、馬邊和峨邊縣相對滯后，樂山本地廣播電視節(jié)目覆蓋的瓶頸就在于最后一公里。

為最大程度滿足更多偏遠山區(qū)群眾收聽收看到樂山及區(qū)縣本地的廣播電視節(jié)目，選擇目前技術成熟、傳輸穩(wěn)定、建設周期快、維護量小的地面數字電視傳輸途徑作為本次地面數字前端平臺技改的方案。

1 地面數字電視傳輸覆蓋工程前端現狀

樂山市目前擁有兩套地面數字廣播電視前端系統，一套位于市文化廣電新聞出版局機房，一套位于市中區(qū)悅來鄉(xiāng)頂高山機房，各有優(yōu)缺點，分述如下。

市文廣新局機房的前端：組建于2013年，40套節(jié)目，信號取于廣電網絡公司和接收衛(wèi)星信號。

優(yōu)點：位置優(yōu)越、方便傳輸、便于檢修、售后有保障。

缺點：按國家要求組建的AVS格式編碼系統，因標準較早，目前已更新為AVS+，已無法滿足現有系統要求；樂山廣播電視臺周邊電磁環(huán)境復雜，各移動運營商微波和無線頻率的交叉使用，已經嚴重干擾市臺衛(wèi)星信號的接收。

市中區(qū)悅來鄉(xiāng)頂高山機房的前端：組建于2015年，40套節(jié)目，信源的選擇較雜，傳輸途徑也多，取自衛(wèi)星節(jié)目的信號有26套；從市電視臺經光纜傳輸14套節(jié)目到頂高山，其中6套（中央三、五、六、八和樂山新聞綜合、樂山公共頻道）采用光端機經光纜傳到頂高山，IP輸出至交換機；另外8套（中九、遼寧、深圳、峨眉電影、四川二、三、四、五）取自市廣電網絡公司的DVB-C信號，在頂高山上經機頂盒解調成視音頻信號后再編碼，輸出IP信號進交換機。

優(yōu)點：本前端系統完全基于IP鏈路，與四川省樂山廣播電視臺即將組建的系統屬同一模式；主要設備均為進口產品，圖像清晰，伴音悅耳，性能穩(wěn)定；衛(wèi)星信源穩(wěn)定，不受干擾。

缺點：信源多渠道交匯，不利于管理和監(jiān)控；機房位于頂高山，增加了維護難度和成本。

2 面臨的問題

首先，目前樂山市2套前端系統的任意一套均無法滿足現有技術傳輸要求，需通過技術手段進行融合重組，以滿足樂山市本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋的技術播出要求。

其次，連接市廣播電視臺機房和頂高山轉播發(fā)射臺之間的節(jié)目傳送鏈路僅有一條光纜線路。從通信系統角度來看，因其不具備任何抗毀性和抗破壞性，是極不安全的；從廣播電視角度看，單一的信號源方式也非常不安全，無法達到安全播出要求。

最后，近幾年，由于自然災害、城鄉(xiāng)建設、樹木砍伐及其他因素，已經發(fā)生數起造成這條光纜線路中斷而導致的停播事故，造成了不可忽視的社會影響和經濟影響。

3 技改方案總體思路

3.1 總體思路

本系統升級改造方案將以現有的地面數字電視前端平臺為基礎，采用國家推薦的AVS+編碼格式，擬用2+1共3個頻點向各區(qū)、市、縣傳輸畫面清晰、內容豐富的標清中央、各省市及區(qū)縣本地數字廣播電視節(jié)目。地處偏遠的沐川縣、峨邊縣將全部新建發(fā)射主站和各分站，其余區(qū)市縣在原來地面數字電視覆蓋面的基礎上進行補點。據統計，全市境內新建和補點基站區(qū)需96座。為最大程度節(jié)約建設成本，覆蓋補點發(fā)射基站的選取主要利用現有無線發(fā)射臺資源（中國移動、中國電信、中國聯通等公司基站）。項目實施完成后，全市地面數字電視覆蓋人口能夠達到95%以上。

3.2 機房選址

市級前端信號平臺是將融合后的信源傳送到各區(qū)市縣分前端和高山主發(fā)射站的核心信源，為確保全市本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋前端系統的安全播出和運行穩(wěn)定，改造的新前端系統擬建在市廣播電視臺機房內，原因如下。

首先，具備設備工作環(huán)境。市電視臺機房有恒溫空調、濕度監(jiān)控、雙回路電源、防脈沖浪涌電源、抗靜電地板以及有人值守等，完全符合機房建設條件。

其次，方便傳輸?？蓪⑻幚砗玫腎P流傳到市廣電網絡公司網絡和樓頂進行微波發(fā)射，可與頂高山建立雙向IP微波，對接方便。

最后，利于維護和便于管理。

3.3 遵循原則

3.3.1 適用性和可靠性

系統必須能夠長時間穩(wěn)定運行，信號覆蓋廣，服務平臺和傳輸網穩(wěn)定。確保用戶能夠正常收看。

3.3.2 長效性

必須建立健全管理機制，合理運行維護資金，同時責任到人、工作到位，加強對機房設備的監(jiān)管，發(fā)現故障隱患及時排除，保障系統長效運行，服務群眾。

3.3.3 安全性

遵照國家有關法律法規(guī)和標準，符合國家和行業(yè)技術標準；符合國家有關安全和保密的要求，為保證系統安全必須建立完善、可靠的系統用戶訪問權限機制。

3.3.4 先進性

選擇成熟先進的技術路線，選用公認的主流產品，組建滿足應用需求的地面數字電視系統，并保證系統在較長時期內的良好使用和先進性。

由于目前技術發(fā)展極為迅速，設備更新換代頻繁，為保證系統有較長的生命力，設計方案要選擇較高的起點，不僅滿足現在應用的需要，而且要充分考慮到未來技術發(fā)展的需要，使系統能夠在盡可能長的時期內滿足應用需要。

3.3.5 擴展性與兼容性

擴展性與兼容性建設能滿足當前地面數字電視工作需要。隨著新技術、新業(yè)務的發(fā)展，為保障系統后期節(jié)目擴容和標清轉高清碼流的增加，調制單元采用六通道調制，避免重復投資。同時，保證系統的先進性，總體結構上具備足夠的整體升級擴展能力，以適應系統本身的發(fā)展需求。

3.3.6 用戶管理的統一性

通過公共服務管理系統實現對本區(qū)域用戶的統一管理，顯示本地用戶的授權信息，同時具備一定的授權控制功能。

3.4 信源規(guī)劃

樂山市本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋前端系統擬傳42套廣播電視節(jié)目到各區(qū)市縣，由以下幾部分組成。

頂高山節(jié)目下傳：衛(wèi)星節(jié)目26套，信源取自無干擾的頂高山，經高清衛(wèi)星接收器將節(jié)目轉為SDI輸出至編碼器，經編碼后輸出IP流進交換機。

其他節(jié)目：包含中央-3、-5、-6、-8、-9、四川-2、-3、-4、-5、峨眉電影、遼寧、深圳。

市廣播電視臺2套節(jié)目：由市廣播電視臺機房的硬盤播出系統提供2套SDI或AV信號，經編碼后輸出IP流進交換機。

夾江臺和峨眉山臺節(jié)目：利用兩縣上傳到市局的自辦節(jié)目，編碼復用后輸出IP流進交換機，混入前端系統。由于夾江縣和峨眉山市的部分區(qū)域在頂高山主站覆蓋范圍之內，為節(jié)省投資，上述兩縣區(qū)域用戶可直接接收頂高山主站信號，也就可以收看本縣電視節(jié)目。

各區(qū)市縣分前端：經IP解復用后將夾江、峨眉山節(jié)目解除，把本縣節(jié)目編碼復用進系統即可。

3.5 信源傳輸

為確保系統安全播出，本次將改建的前端系統采用主備鏈路傳輸，主要傳輸途徑為市廣播電視臺到頂高山的有線光纜，備播信號采用頂高山到市廣播電視臺的無線IP微波鏈路。

3.5.1 主播信號傳輸

頂高山節(jié)目下傳的26套衛(wèi)星節(jié)目和市級機房處理好的信源，均通過光纜采用IP光端機進行傳輸。

3.5.2 備播信源傳輸

頂高山至市電視臺機房：頂高山節(jié)目下傳的26套衛(wèi)星節(jié)目采用IP流微波將信號傳導市廣播電視臺，發(fā)射及接收均采用IP傳輸。

市電視臺機房至頂高山：市廣播電視臺將復用好的節(jié)目亦采用IP方式，通過IP微波送達頂高山機房，發(fā)射及接收均采用IP傳輸。

3.6 系統組成及功能

樂山市本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋系統包括：市級服務平臺系統(管理終端)、市級節(jié)目復用系統、節(jié)目傳輸系統、主站發(fā)射覆蓋系統、終端接收機（機頂盒）、監(jiān)控單元等。

市級服務平臺的功能。根據省市地面數字電視系統的要求，在綜合考察基礎條件良好、便于信號匯集處理、播出安全、傳輸便捷等因數的基礎上，機房的地址選在市廣播電視臺機房內，授權管理服務終端設在各區(qū)市縣廣電網絡公司營業(yè)部。

市級平臺提供六個方面的基本業(yè)務：第一，轉送上級集成播控平臺下發(fā)的業(yè)務（即中央、省級、市級的廣播電視節(jié)目業(yè)務、信息服務業(yè)務和緊急廣播業(yè)務）；第二，插入本地的電視（廣播）節(jié)目業(yè)務；第三，授權管理終端的建設；第四，本地的信息服務業(yè)務；第五，本地的應急廣播業(yè)務；第六，匯集并上傳本地監(jiān)控信號。

市級服務平臺的組成。本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋系統是為解決用戶開放式接收本地數字電視節(jié)目，接收來自省級信號和本級信號而提出的一套方案。數字電視節(jié)目的信源包括四部分：第一，省級平臺下傳到市級平臺的數字電視節(jié)目；第二，部分省級衛(wèi)星節(jié)目；第三，樂山市級平臺插入的電視節(jié)目；第四，夾江和峨眉山節(jié)目的混入。

信源編碼：市級服務平臺的編碼設備主要用于處理本地節(jié)目的編碼。由于地面數字電視的頻率資源比較緊張，實現發(fā)射和接收的技術難度也變得更大。為在有限的頻率資源中傳輸更多電視節(jié)目，目前，國內地面數字電視無線覆蓋均采用AVS+標準進行信源編碼，具體如表1所示。

信道調制：樂山市本地廣播電視節(jié)目無線數字覆蓋建設系統市級前端，采用3個節(jié)目包進行IP傳送，合計3個頻點，發(fā)射的節(jié)目包42套數字電視節(jié)目，每個節(jié)目包占用21.00 Mbps。

公共服務管理系統（SMS）：雖采用清流透明傳輸，但為加強管理，便于統計和維護，仍將搭建SMS系統，在各縣局增設服務管理終端，負責管理本縣，含用戶資料的開戶、錄入、授權、報停、管理，等等。

節(jié)目傳輸系統：傳送到各區(qū)市縣分前端的信源采用光纜IP方式傳送；主播信源采用光纖到頂高山，備播信源采用微波傳送到頂高山。

設備選型原則：為實現與四川省地面數字電視運管中心的無縫對接，保證系統的順利實施和運行，本方案配置的主要系統和設備的選型，需滿足國家標準、行業(yè)標準、環(huán)保標準和省運管中心要求，與四川省局采購的系統和設備兼容。

表1 信源編碼方式說明

4 技術概要

樂山市本地廣播電視節(jié)目全覆蓋建設將遵循國家標準和行業(yè)規(guī)范以及四川省新聞出版廣電局要求，嚴格執(zhí)行，立足現在面向未來，既要滿足現有傳輸覆蓋技術要求，也要為后期節(jié)目擴容預留通道，現在傳輸標清節(jié)目源，以后將逐步過渡到高清。全市做到統一方案規(guī)劃、統一系統標準、統一信源平臺、統一傳輸模式。

統一方案規(guī)劃：由市局統籌規(guī)劃建設綱要，各區(qū)市縣結合自身情況制定技術方案和項目實施方案，上報市局，經專家論證批復后自行實施。

統一系統標準：編碼采用國家自主知識產權的AVS+編碼方式、覆蓋采用無線地面數字廣播電視平臺、必須采用單頻網組網、頻點采用總局規(guī)劃頻率，杜絕非法占用或亂用頻率資源。為將來擴容和標清轉高清，調制設備全部采用多通道DTMB激勵器。

統一信源平臺：由市電視臺組建全市標準節(jié)目信源，分發(fā)至各區(qū)縣分前端，各區(qū)縣添加1-2套自辦節(jié)目復用進本地節(jié)目包后傳至各無線發(fā)射站點。

統一傳輸模式：市電視臺標準信源采用IP封裝，經VPN或專網經樂山市廣電網絡分公司的光纖路由傳送到各區(qū)縣分前端。傳輸網絡采用環(huán)網結構，冗余主備自動切換，最大限度保障主信源不間斷播出。

5 技改方案

5.1 市廣播電視臺前端平臺和傳輸鏈路

市局前端和廣播電視臺前端進行合并，信號源統一由市電視臺集成，如圖1所示。全市以兩個頻點組建全域單頻網，傳輸中央及省市節(jié)目。信號經單頻網適配器處理后，通過IP組網方式傳輸到廣電網絡樂山分公司，再通過網絡公司的數通網絡傳輸到各個區(qū)縣。

為確保安全播出，市級信源將利用廣電網絡樂山分公司的環(huán)網鏈路，組建IP冗余環(huán)網傳輸結構，主備信號自動切換。有條件的區(qū)市縣也可自行組建10～20套節(jié)目的備播系統（無法組建全市單頻網），確保安全播出。傳輸網絡環(huán)網拓撲結構如圖2所示。

圖1 市廣播電視臺前端平臺

圖2 傳輸網絡環(huán)網拓撲結構

5.2 各區(qū)市縣分前端

市級平臺信源到區(qū)市縣分前端落地后，一路通過IP網關轉為ASI信號。

本地節(jié)目編碼后復用進本地節(jié)目包，通過單頻網適配器處理，按“同源、同時、同頻”的原則組建各區(qū)縣的單頻網系統。本地節(jié)目包的ASI信號，一路經ASI/IP適配器轉換為IP信號。

經過上述過程，區(qū)縣的信號源就有兩種接口類型，一種是IP信號，一種是ASI信號，可以分別適合不同的傳輸方式，具體如圖3所示。

圖3 各區(qū)市縣分前端傳輸方式

5.2.1 各區(qū)市縣至發(fā)射站點的傳輸鏈路

以IP方式傳輸：自建或租用其他營運商的IP網絡進行信號傳輸，如圖4所示。

圖4 以IP方式傳輸

以ASI光端機傳輸：距離較近且有獨立光纖到達的站點，可以選用此種傳輸方式，如圖5所示。

圖5 以IP方式傳輸

射頻傳輸：沒有交叉覆蓋區(qū)域的站點可以選擇用此種傳輸方式，如圖6所示。

空間信號收轉：對于沒有條件利用光纖傳輸的發(fā)射站點，如果能收到其他站點發(fā)射的信號，可以采用收轉的方式進行覆蓋，如圖7所示。

圖6 射頻傳輸

圖7 空間信號收轉

表2 市、區(qū)、縣地面數字電視頻道安排

圖8 幾種信源傳輸方式的系統網絡拓樸圖

5.2.2 發(fā)射基站

全市本地廣播電視節(jié)目全覆蓋建設工程的基站建設，將采用小功率多點發(fā)射的方式進行無縫覆蓋，為嚴格執(zhí)行總局要求和充分節(jié)約頻率資源，避免2個及以上基站交叉覆蓋區(qū)內造成同頻干擾。

全市以兩個頻點組建全域單頻網，傳輸中央及省市節(jié)目；各區(qū)縣以一個批準的頻點組建局部單頻網，主要傳輸區(qū)縣本地節(jié)目。原有建設好的發(fā)射站點所使用的頻率維持現狀，新增站點所使用的頻率按以下規(guī)劃，如表2所示。

全域單頻網采用總局批復給市本級的32頻道和33頻道。

夾江、井研、峨邊、沐川使用28頻道建設本區(qū)縣的單頻網；峨眉山、犍為、馬邊采用29頻道建設本區(qū)縣的單頻網；沙灣和金口河采用34頻道建設本區(qū)縣的單頻網。

區(qū)縣使用的28和29頻道為批復給區(qū)縣所使用的頻率，作為非相鄰區(qū)域的資源共享使用。沙灣和金口河由于地理位置和地形條件原因，不會干擾樂山境外的信號，選用34頻道可以優(yōu)化發(fā)射和接收系統的指標。

由于選擇的傳輸方式不同，各臺站的設備配置略有不同，主要體現在對信號的處理方面。

第一，IP傳輸方式需要在站點將IP信號轉換為ASI信源，再送激勵器進行調制。

第二，ASI光端機傳輸方式，光端機需要成對使用。

第三，射頻傳輸方式很簡單，直接將光信號轉換為發(fā)射頻點的射頻信號。

第四，空間收轉方式則將接收到的信號再生調制到需要發(fā)射的頻點。

幾種信源傳輸方式的系統網絡拓樸圖如圖8所示。

5.2.3 接收終端

接收終端由接收八木天線、-5電纜和地面數字電視接收機構成，接收機必須支持AVS+解碼，該部分由各區(qū)市縣自行采購。

6 結語

本前端系統建設項目實施后將切實解決統一信源和統一用戶管理系統的問題，全市按照統一傳輸方式將信源傳送到各區(qū)市縣分前端，健全和完善農村公共文化服務體系。

為使全市城鄉(xiāng)群眾收看到樂山市臺和當地廣播電視臺節(jié)目，讓各級黨委、政府的圖像聲音傳到千家萬戶，給廣大農村群眾提供積極、健康、向上的精神食糧，傳遞黨的方針、政策和致富信息，服務精準扶貧工作，相關部門大力推進本地廣播電視節(jié)目的覆蓋建設，通過地面廣播電視數字化促進廣播電視大發(fā)展大繁榮，全面提高樂山市廣播電視傳播能力、公共服務能力和應急廣播能力，切實解決廣大偏遠地區(qū)農民群眾收聽廣播和收看電視的問題，實現公共服務均等化。