地面無線數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)補(bǔ)點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用

何強(qiáng)

【摘要】本文介紹了地面無線數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)對覆蓋盲區(qū)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)覆蓋所使用的主要技術(shù)和案例。

【關(guān)鍵詞】DTMB;直放站;移頻選頻

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.013

2006年國家數(shù)字電視地面廣播標(biāo)準(zhǔn)（DTMB）發(fā)布以后，全國各地的無線數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)蓬勃發(fā)展。地面無線數(shù)字電視體系結(jié)構(gòu)簡單，覆蓋面廣，具有可移動性，和有線電視、衛(wèi)星電視、移動通訊相比投資小，見效快，因此在發(fā)展初期迅速占領(lǐng)市場，形成了有線電視、衛(wèi)星電視、地面數(shù)字電視三足鼎立的格局。本文針對建設(shè)過程中出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋盲點(diǎn)和干擾區(qū)域問題，結(jié)合實(shí)際情況，給出了不同的解決方案，為地面數(shù)字電視覆蓋工作提供了參考。

1. 建網(wǎng)過程中需要注意的幾個(gè)問題

網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式。DTMB標(biāo)準(zhǔn)推薦了單載波和多載波兩種覆蓋方式，兩種覆蓋模式各有優(yōu)劣，綜合而言，單載波建網(wǎng)成本較低，接收門限低于多載波，功率譜密度也高于多載波，但是在繞射能力上，多載波模式優(yōu)勢明顯，因此，單載波系統(tǒng)更適合大范圍覆蓋，多載波系統(tǒng)更適合城市組網(wǎng)。從運(yùn)營成本的角度看，在同等實(shí)效下，由于單載波系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)平均功率是多載波系統(tǒng)的二分之一，因此單載波系統(tǒng)的節(jié)電效果是非常明顯的，而電費(fèi)在整個(gè)運(yùn)營成本中占比較高，這是我們在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃上必須要考慮的經(jīng)濟(jì)性問題。

發(fā)射頻率的一致性。我們在IV波段和V波段選擇了多個(gè)頻道進(jìn)行了覆蓋測試，根據(jù)覆蓋的效果，建議選擇發(fā)射頻率時(shí)頻帶不要太寬。這是因?yàn)橄噜忣l道在頻率的空衰情況、繞射能力等方面差異不大，體現(xiàn)在接收終端表現(xiàn)為一致性較好。發(fā)射頻帶跨頻太寬會使我們在技術(shù)參數(shù)的選擇上很難取舍，面臨顧此失彼的局面。

工作模式的選擇。DTMB標(biāo)準(zhǔn)推薦了七種工作模式，本文主要采用的是第四種模式，但是在實(shí)際使用中，可以在干擾嚴(yán)重區(qū)域使用第二種模式，雖然系統(tǒng)載荷降低了一半，但是有效覆蓋范圍加大50%以上，抗干擾能力大大增強(qiáng)，在強(qiáng)干擾區(qū)域仍然能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定接收。從模式四到模式二，由于采用了不同的調(diào)制方式，最小信號接收電平降低了6.4dB，接收載噪比門限降低了7dB，在實(shí)際工作中采用模式2可使某個(gè)受干擾頻道仍然具有使用價(jià)值。

2. 覆蓋模式的選擇

我們在實(shí)際建設(shè)中必然要面臨的典型場景主要有兩種：密集城區(qū)和農(nóng)村區(qū)域。密集城區(qū)人口分布集中，高樓林立，建筑物之間的物理遮擋嚴(yán)重。而農(nóng)村區(qū)域建筑稀疏，人群分散，主要以農(nóng)田和樹林為主。覆蓋網(wǎng)建設(shè)首先要通過主站或者多個(gè)主站單頻網(wǎng)模式實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋，使整個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率達(dá)到70%以上，在此基礎(chǔ)上對信號盲區(qū)和干擾區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)覆蓋，有效提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。信號盲區(qū)比較多見于建筑物物理遮擋嚴(yán)重的密集城區(qū)，對于大面積的盲區(qū)覆蓋一般選擇城市一個(gè)或多個(gè)制高點(diǎn)，通過單頻網(wǎng)方式實(shí)施覆蓋。對于最常見的小面積盲區(qū)一般采用直放站進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)覆蓋。干擾區(qū)域只能采取移頻覆蓋方式，通過變頻技術(shù)在干擾區(qū)重新選擇合適的頻率進(jìn)行發(fā)射。

單頻網(wǎng)、直放站、移頻覆蓋方式互補(bǔ)性很強(qiáng)，靈活使用將有效提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋率。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，正確的運(yùn)用設(shè)備非常重要，為了避免同頻干擾，發(fā)射設(shè)備的功率不是越大越好，發(fā)射點(diǎn)覆蓋范圍不是越大越好，而是要嚴(yán)格規(guī)劃補(bǔ)點(diǎn)區(qū)域，根據(jù)實(shí)際需要，通過大量的測試工作最終選定合適的發(fā)射功率。天線的方向、俯仰角度和極化方式也是要根據(jù)實(shí)際需要反復(fù)測試以達(dá)到最好的覆蓋效果。

2.1 單頻網(wǎng)覆蓋模式

單頻網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在通信領(lǐng)域，技術(shù)成熟，可以實(shí)現(xiàn)大范圍的有效擴(kuò)展覆蓋或者信號盲區(qū)覆蓋，特別是在城區(qū)多向?qū)M(jìn)組網(wǎng)時(shí)，單頻網(wǎng)技術(shù)是唯一的選擇。單頻網(wǎng)最大的優(yōu)點(diǎn)就是節(jié)省頻率資源，多個(gè)單頻網(wǎng)發(fā)射站采用同一頻率資源發(fā)射，主要的難點(diǎn)在于各個(gè)發(fā)射站之間的同步問題，通過調(diào)整各發(fā)射站的發(fā)射功率以及延時(shí)，能夠有效縮小相干區(qū)面積或者讓相干區(qū)出現(xiàn)在不需要覆蓋的位置，通過不斷的優(yōu)化，擴(kuò)大覆蓋的同時(shí)降低相干區(qū)的面積。當(dāng)然單頻網(wǎng)覆蓋方式成本最高，同時(shí)對終端接收機(jī)的抗多徑性能要求較高。

2.2 直放站補(bǔ)點(diǎn)模式

直放站技術(shù)更加成熟，與主站使用同樣的發(fā)射頻率，節(jié)省頻率資源，建設(shè)成本最低。但是直放站技術(shù)只適用于小面積盲區(qū)補(bǔ)點(diǎn)，一旦控制不好，很容易和主站信號形成干擾。一般發(fā)射功率在20W以下，覆蓋半徑在2.5公里以內(nèi)，物理環(huán)境也需要一定的條件配合。直放站主要適用于城市和山區(qū)的小范圍補(bǔ)點(diǎn)，比較典型的應(yīng)用場景有以下兩種：

上面兩種典型的直放站補(bǔ)點(diǎn)模式信號來源均使用的是主站空發(fā)信號，因此在規(guī)劃上和實(shí)現(xiàn)上需要注意主站信號和直放站信號的隔離問題，采用多種方式增加隔離度，防止直放站發(fā)射機(jī)自激，比如利用山體、樓體、金屬物體隔離接收，發(fā)射天線可以采用網(wǎng)狀或者指向性強(qiáng)的接收天線等。當(dāng)然信號來源如果采用光纜傳輸或者微波傳輸模式，就可以完全避免自激現(xiàn)象。直放站補(bǔ)點(diǎn)在實(shí)施過程中，發(fā)射天線的極化方式一般與主站不同，這樣能夠有效增加主站信號和直放站信號的隔離度，減小所覆蓋區(qū)域同頻干擾對終端接收的影響，也可以通過調(diào)整直放站的延時(shí)，避免出現(xiàn)多徑現(xiàn)象。

為了解決城區(qū)高大建筑造成的覆蓋盲區(qū)，我們大量使用直放站實(shí)施補(bǔ)點(diǎn)，下面舉一個(gè)實(shí)例：

此直放站向西覆蓋760廠家屬院、755廠家屬院、二院家屬院、116廠家屬院、工人街住宅區(qū)、化紡廠家屬院等大面積的住宅區(qū)，向西覆蓋半徑1.5公里，覆蓋面積約1.2平方公里（如圖1）。此直放站是直接接收主站信號作為信號源，為避免自激，利用樓頂水箱隔離接收天線和發(fā)射天線（如圖2）。同時(shí)為了增加與主站信號的隔離度，此直放站發(fā)射天線采用垂直極化（主站為水平極化）。覆蓋區(qū)內(nèi)部分路測數(shù)據(jù)如下（主頻點(diǎn)）：

2.3 移頻選頻補(bǔ)點(diǎn)模式

移頻技術(shù)也是很成熟的技術(shù)，通過對射頻信號的處理，改變發(fā)射頻率，在同一個(gè)移頻發(fā)射站我們可以對某一個(gè)頻率移頻發(fā)射，也可以對多個(gè)頻率進(jìn)行移頻發(fā)射。由于和主站使用不同的頻率，不會對主站信號產(chǎn)生同頻干擾，也不用考慮和主站的隔離度問題。移頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大面積的覆蓋，一般在主站頻率受到干擾的區(qū)域使用。移頻站建設(shè)成本高于直放站，并且需要額外的頻率資源。

為了解決某區(qū)域西南方向的同頻干擾問題，我們在該區(qū)域東北方向建設(shè)了一個(gè)移頻補(bǔ)點(diǎn)站，對兩個(gè)受到干擾的頻點(diǎn)進(jìn)行了移頻覆蓋，該移頻站覆蓋面積114平方公里，最大縱深13.5KM，下面是實(shí)測的數(shù)據(jù)信息：（主頻點(diǎn)）

3. 環(huán)境對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

說到盲區(qū)覆蓋問題，我們就必須考慮到環(huán)境對信號傳輸?shù)挠绊懀⑶彝笍匕盐沼绊懙姆秶蜕疃?，指?dǎo)我們的實(shí)際工作。我們在終端接收時(shí)遇到最大的問題就是建筑物和樹木對信號傳輸?shù)挠绊?。首先我們討論一下城市里最常遇到的建筑物遮擋問題，在城市里我們必須考慮無線電波通過建筑物時(shí)的吸收損耗和越過建筑物時(shí)的陰影損耗。我們在高大建筑群中的街道上（街道走向與電波傳輸方向垂直）多點(diǎn)測量，場強(qiáng)約比與發(fā)射臺同向同距離的空曠地帶低20-30dB，信號頻率越高衰減越大，在實(shí)際測量中發(fā)現(xiàn)對于高度100米的建筑，能夠擺脫陰影損耗的距離在2.5KM以上。但是在低層板式樓住宅區(qū)情況要好很多，在發(fā)射臺方向，住宅區(qū)2KM以內(nèi)沒有高大建筑的情況下，信號僅衰減不到10dB，頻率越低衰減越少。其次，在農(nóng)村地區(qū)終端接收遇到的環(huán)境問題主要是樹木問題，成片的防風(fēng)林和農(nóng)民家里房前屋后種植的大樹。成片的防風(fēng)林的吸收損耗非常明顯，在防風(fēng)林集中的區(qū)域終端接收場強(qiáng)比同距離的其他區(qū)域低3-10dB，即使在冬季落葉以后，這個(gè)損耗仍不能忽視。對于200米內(nèi)高于接收天線，可以阻斷視線的茂密植物造成的信號損耗非常大。經(jīng)過測試也發(fā)現(xiàn)極化方式和樹木對DTMB信號的阻隔作用基本無關(guān)。

由于電磁波的傳輸受到環(huán)境的影響很大，因此在實(shí)際覆蓋工作中，遇到的問題千差萬別，在接收終端看到的情況更是復(fù)雜多樣，只有不斷的實(shí)踐和總結(jié)，我們才能夠正確的運(yùn)用好技術(shù)裝備，經(jīng)過不斷的技術(shù)改造，發(fā)揮出設(shè)備的最大潛力，把地面無線數(shù)字電視覆蓋工作做好。

參考文獻(xiàn)：

【1】王力.《地面數(shù)字電視覆蓋典型場景及方案設(shè)計(jì)》.廣播與電視技術(shù)，2016（043）006

【2】楊剛.《GB20600-2006單載波和多載波系統(tǒng)性能的比較的研究》DOI：10.7666/d.y1673844