貴州廣播電視臺地面數(shù)字電視無線覆蓋系統(tǒng)應(yīng)用

胡 濱，龍小燕，劉 明，潘正偉，袁高升

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

0 引 言

為推進(jìn)無線廣播電視數(shù)字化轉(zhuǎn)換工作，加快構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、傳輸快捷以及覆蓋廣泛的無線數(shù)字廣播電視公共服務(wù)體系，保障全國城鄉(xiāng)居民更好地收聽收看廣播電視節(jié)目，國家新聞出版廣電總局和財政部聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于實施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的通知》。中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程是推進(jìn)基本公共文化服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化和均等化的重要任務(wù)，是切實保障城鄉(xiāng)居民聽好廣播、看好電視的重要舉措，必將進(jìn)一步鞏固中央廣播電視節(jié)目無線覆蓋成果，有效解決無線模擬技術(shù)條件下傳輸節(jié)目較少和質(zhì)量有待提高等問題。

按照總局和省局關(guān)于關(guān)停模擬電視節(jié)目和啟動無線地面數(shù)字電視的指導(dǎo)意見和安排，全省發(fā)射臺模擬電視向數(shù)字電視轉(zhuǎn)換的工作已經(jīng)基本就緒，各直屬臺均根據(jù)自身情況對發(fā)射系統(tǒng)和信源系統(tǒng)進(jìn)行了改造升級，省局直屬臺模擬節(jié)目向數(shù)字節(jié)目的轉(zhuǎn)換工作已經(jīng)全部準(zhǔn)備完成［1］。根據(jù)省局統(tǒng)一規(guī)劃，各發(fā)射臺包括東山發(fā)射臺將于8月20日整體關(guān)停模擬電視發(fā)射，全面啟用數(shù)字電視發(fā)射。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程計劃在貴陽市貴州廣播電視臺東山發(fā)射臺使用兩個頻道發(fā)射12套中央電視節(jié)目和4套本地節(jié)目，每套節(jié)目視頻碼率2.2 Mb/s，伴音碼率128 kb/s。18頻道播出CCTV-7等4套電視節(jié)目和本地4套節(jié)目，31頻道播出CCTV-1等8套標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視節(jié)目，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

1.1 電源保障系統(tǒng)

為了保障系統(tǒng)的用電安全，東山電源系統(tǒng)在原有電源系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，多增設(shè)兩臺320 kVA的防雷隔離變壓器和630 A的雙電源切換開關(guān)。兩路高壓配電供電經(jīng)先經(jīng)320 kV變壓器降壓后，經(jīng)兩臺320 kVA防雷隔離變壓器輸出，再經(jīng)630 A雙電源切換輸出，最后通過配電柜將電源分配給各個用電單元使用。整個電源保障系統(tǒng)在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，滿足了防雷、隔離、防觸電以及易維修等需求。各個環(huán)節(jié)均配有各項電源參數(shù)的實時監(jiān)控系統(tǒng)，確保了整個系統(tǒng)的用電安全。電源保障系統(tǒng)如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2電源保障系統(tǒng)圖

1.2 前端信源系統(tǒng)

前端信源系統(tǒng)主要由信源接收和信源處理兩部分組成。信源接收部分主要接收中星6A和中星6B上的12套央視節(jié)目和4套本地節(jié)目。信源處理部分由轉(zhuǎn)碼、復(fù)用以及流切換等各個功能模塊組成，對接收的16套節(jié)目進(jìn)行處理。整個前端信源系統(tǒng)如圖3所示。

1.2.1 信源接收

為了保障整個系統(tǒng)的信源安全，信源接收部分采用了多重備份機制，主要分為本地備份和異地備份兩種。本地衛(wèi)星信號備份使用異構(gòu)天線對中星6A和中星6B進(jìn)行備份。異地備份是貴州臺異地為東山發(fā)射臺信源進(jìn)行備份，傳輸方式分為有線和無線兩種，有線方式使用光纜對衛(wèi)星信號和國干網(wǎng)央視信號進(jìn)行實時傳輸備份，無線方式使用NEC微波、無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)以及NDI傳輸技術(shù)等多種方式對信源進(jìn)行多重備份。

圖3 前端信源系統(tǒng)圖

無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)和NDI傳輸技術(shù)都是基于IP的傳輸方式。無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)使用廣域網(wǎng)進(jìn)行傳輸，NDI傳輸技術(shù)使用無線局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸。無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)基于TVU系列產(chǎn)品實現(xiàn)，可做到低碼率、低延時及高壓縮比的傳輸。NDI傳輸技術(shù)在NDI編解碼器的基礎(chǔ)上搭配網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)［2］，由于貴州臺與東山發(fā)射臺之間地理環(huán)境位置特殊，在一定高度直線距離上無任何遮擋，經(jīng)過測試，通過網(wǎng)橋搭建的無線局域網(wǎng)完全滿足NDI傳輸需求，保障了信源幾乎零延時和高質(zhì)量的傳輸。

1.2.2 信源處理

信源處理基于EMR平臺，即新一代多媒體交換平臺。該平臺集成了編碼、解碼、復(fù)用、調(diào)制、IP輸出、流切換及適配等多種功能，可按用戶的不同需求進(jìn)行靈活配置。平臺支持雙電源冗余備份、節(jié)目備份、端口備份以及GBE輸入輸出備份，可處理多格式和多類型信號，實現(xiàn)任意輸入、任意處理以及任意輸出。

主備系統(tǒng)均在EMR平臺上進(jìn)行信號處理，包括對中星6A上的CCTV1等12套節(jié)目進(jìn)行接收和傳輸，并與中星6B上的央視12套節(jié)目和本地4套節(jié)目轉(zhuǎn)碼后的流進(jìn)行打包復(fù)用，形成18頻道和31頻道的TS流，同時做到了系統(tǒng)內(nèi)部的多重備份流切換和系統(tǒng)外部的系統(tǒng)級備份切換。

1.3 發(fā)射系統(tǒng)

東山發(fā)射臺18頻道和31頻道配備兩臺高斯貝爾1 kW電視數(shù)字發(fā)射機作為主發(fā)射機［3］，配備兩臺1 kW的Screen發(fā)射機作為備發(fā)射機，工作頻點分別為 514 MHz（DS-18）和 658 MHz（DS-31）。

高斯貝爾發(fā)射機由射頻、監(jiān)控、冷卻及供電等系統(tǒng)組成，可對信號進(jìn)行放大、分配、功率合成、濾波、預(yù)校正以及切換等處理，可實時采集設(shè)備的工作狀態(tài)參數(shù)，支持本地和遠(yuǎn)程對發(fā)射機進(jìn)行操作。Screen發(fā)射機采用全新進(jìn)化的ARK-X激勵器，具有數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)和多配置模式；采用XETTM超高效率技術(shù)，可使發(fā)射機整機效率達(dá)到42%，大大減小了冷卻系統(tǒng)的尺寸，且支持熱插拔方便調(diào)試和維修。

考慮到當(dāng)?shù)貜V播電視受眾收看本地節(jié)目的需求，擬利用18頻道同時傳輸4套本地電視節(jié)目。兩頻道視頻編碼格式為AVS+，音頻編碼格式為DRA，工作模式為C=3 780、PN945，交織長度為720、FEC編碼率為0.8，采用16QAM調(diào)制方式，系統(tǒng)凈荷為19.251 Mb/s。

1.4 SFN組網(wǎng)

貴州喀斯特地貌山脈眾多，無線覆蓋難度比較大，須采用SFN組網(wǎng)模式才能確保整個貴陽市大范圍都能接收到無線數(shù)字電視信號。為了保證幾個發(fā)射臺之間不會產(chǎn)生同頻干擾，造成信號接收失敗，必須使發(fā)射臺的頻率、時間及碼元達(dá)到同步且在保護(hù)間隔允許的范圍內(nèi)。因此，系統(tǒng)采用SFN適配器和GPS接收機來滿足該需求。SFN適配器可對輸入的TS流進(jìn)行MIP處理，插入時間和信息等以確保碼元同步。GPS接收機可提供10 MHz參考頻率和1 Hz定時脈沖，在鎖定狀態(tài)下，頻率穩(wěn)定度達(dá)到1E-12量級，時間精度達(dá)到±50 ns，可確保達(dá)到頻率和時間同步，同時采用PN945模式，保護(hù)間隔允許時間差最大為125 μs，要求允許的最大距離不能高于36 km，即可消除同頻干擾現(xiàn)象。

2 系統(tǒng)測試

2.1 前端信源測試

使用專業(yè)碼流分析儀設(shè)備對系統(tǒng)的前端信源進(jìn)行TR 101-290監(jiān)測測試，包括31頻道中央臺8套節(jié)目，18頻道本地4套節(jié)目和中央臺4套節(jié)目，測試結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，290監(jiān)測除了有少量的三級錯誤以外，一二級均無錯誤。分析節(jié)目的編碼方式、視音頻碼率、以及PID信息，各項指標(biāo)和視音頻質(zhì)量均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可滿足數(shù)字電視地面覆蓋傳輸要求。

表1 290監(jiān)測測試結(jié)果表

2.2 覆蓋測試

2.2.1 覆蓋效果計算

根據(jù)《中央中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程總體技術(shù)方案》所選定的工作模式，參考GB/T 26666—2011《地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)實施指南》，結(jié)合東山發(fā)射臺的各項技術(shù)參數(shù)（包括設(shè)備、地理及環(huán)境等各項因素），對發(fā)射臺的覆蓋效果進(jìn)行技術(shù)試算，經(jīng)專業(yè)頻率規(guī)劃計算，電視節(jié)目室外固定接收覆蓋效果整體較好。

2.2.2 移動誤碼率和接收效果測試

使用1.5 m全向天線移動接收車保持勻速對覆蓋效果計算的主要道路進(jìn)行移動誤碼率接收測試［4］。測試過程誤碼率臨界點為2×10-3。測試結(jié)果表明，覆蓋試算范圍內(nèi)，除了少部分地區(qū)誤碼率較大外，其余部分地區(qū)誤碼率指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)。選用誤碼率較高的地區(qū)龍洞堡機場進(jìn)行接收效果測試，估算整體覆蓋范圍內(nèi)誤碼率較高地區(qū)的接收效果，從而評估整體覆蓋范圍內(nèi)的接收質(zhì)量，測試結(jié)果表明，在誤碼率較大區(qū)域，即誤碼率接近2×10-3處，信號仍能正常接收，表明整體接收效果可滿足覆蓋需求。

3 系統(tǒng)創(chuàng)新性設(shè)計

3.1 多重備份機制

系統(tǒng)采用了多方式、多手段、多技術(shù)及多途徑的本地和異地備份方式確保衛(wèi)星信源和本地信源的安全，同時新增了小關(guān)發(fā)射點作為發(fā)射臺站的異地容災(zāi)備份方式。

3.2 無線蜂窩網(wǎng)技術(shù)傳輸

系統(tǒng)首次采用無線蜂窩技術(shù)進(jìn)行信源傳輸，實現(xiàn)了更高的傳輸效率和更短的延遲，隨著第五代移動通信即5G技術(shù)的發(fā)展，將來可為發(fā)射臺多模式發(fā)展提供可能。

3.3 NDI+無線局域網(wǎng)傳輸

通過IP網(wǎng)絡(luò)，NDI能實時傳輸和接收多重廣播級質(zhì)量信號，具有低延遲、精確幀視頻以及數(shù)據(jù)流相互識別和通信等特性?；诘乩憝h(huán)境搭建的NDI+無線局域網(wǎng)方式可在局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行信號和視頻的實時共享，實現(xiàn)任意輸入和任意輸出，在此基礎(chǔ)上，不僅可以為信源進(jìn)行實時異地備份，也可以實時傳輸東山發(fā)射臺各監(jiān)控信息和畫面，做到遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作，為未來實現(xiàn)無人值守提供技術(shù)支撐。

4 結(jié) 語

通過前期不斷地對電源、前端信源、發(fā)射系統(tǒng)、SFN組網(wǎng)及天饋系統(tǒng)等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)試和測試，系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)指標(biāo)均已符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且覆蓋范圍滿足需求。該系統(tǒng)的正式投入使用將大力提升貴州廣播電視臺在無線發(fā)射領(lǐng)域的影響力，使貴州廣播電視臺在全媒體時代成為貴州省的最強音。