RFST數(shù)字電視同步覆蓋技術(shù)的實際應(yīng)用

趙久晶

赤峰廣電發(fā)射臺經(jīng)棚臺 內(nèi)蒙古 赤峰市 025350

概 述

射頻已調(diào)波技術(shù)在內(nèi)蒙古的實際應(yīng)用是由國家廣電總局、內(nèi)蒙古廣播電視局、國家廣電總局廣播電視科學(xué)研究院、內(nèi)蒙古廣播電視臺共同開發(fā)研制的電視無線覆蓋專用網(wǎng)，它是電視傳輸技術(shù)的一次重要突破，能夠通過共享、復(fù)用有限的射頻帶寬，使電視信號極大限度地進行無線覆蓋，節(jié)省了人力、物力、財力，提高了電視的播出質(zhì)量。

1 RFST技術(shù)在克什克騰旗的實際應(yīng)用

1.1 克什克騰旗地理位置

克什克騰旗位于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市西北部，內(nèi)蒙古高原與大興安嶺南端余脈、燕山山脈交匯帶，屬典型的高山、丘陵地帶。東與林西縣、翁牛特旗接壤；西、北與錫林郭勒盟多倫縣、正鑲藍旗、錫林浩特市、西烏珠穆沁旗相連；南連赤峰市松山區(qū)、河北省圍場縣。東西寬170千米，南北長207千米，總面積20673平方千米，全旗平均海拔1100米，轄13個蘇木鄉(xiāng)鎮(zhèn)、3個街道社區(qū)，戶籍人口24.4萬人，常住人口18.6萬人。

克什克騰旗地勢西部高，多為湖泊、沙地、森林、草原；東部低，多山、多丘陵；南部臺地較多；北部丘陵與山區(qū)相結(jié)合。平原占8.7%、臺地占38.8%、丘陵占52.2%。

其中，南部大光頂子山（海拔2067米）與北部的黃崗梁（海拔2036米）是全旗境內(nèi)影響電磁波傳輸?shù)闹饕系K。

1.2 克什克騰旗RFST發(fā)射基站點位分布情況

地面數(shù)字廣播電視基站在克什克騰旗境內(nèi)主站共有四處，分別是克什克騰旗經(jīng)棚鎮(zhèn)赤峰廣電發(fā)射臺經(jīng)棚臺、達爾罕烏拉蘇木寶爾真井子嘎查C115微波站、三義鄉(xiāng)二窩鋪村C116微波站，經(jīng)棚鎮(zhèn)合意村八〇二轉(zhuǎn)播臺。此四個布點中，三個均為高山臺站，以經(jīng)棚臺為中心，沿303國道、306國道、集通鐵路經(jīng)棚段為干線S形分布。在覆蓋盲區(qū)同興鎮(zhèn)新開地鄉(xiāng)、烏蘭布統(tǒng)開發(fā)區(qū)、紅山子鄉(xiāng)，增設(shè)了四個小功率的基站，形成完整的覆蓋網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。

圖1 克什克騰旗數(shù)字廣播覆蓋示意圖

1.3 8個基站所屬設(shè)備整機結(jié)構(gòu)及工作原理

內(nèi)蒙古赤峰市共設(shè)基站34個，克什克騰旗境內(nèi)設(shè)立基站8個?；舅鶎侔l(fā)射設(shè)備分別為遼寧普天數(shù)碼股份有限公司的AZGD-DTV-50W地面數(shù)字發(fā)射機、北京同方吉兆科技有限公司的GME 11D 13P型數(shù)字1kW電視發(fā)射機、蘇州全波通訊技術(shù)股份有限公司的AW-DT1K-1型數(shù)字1kW電視發(fā)射機。其設(shè)備的整機結(jié)構(gòu)及工作原理為：1kW數(shù)字電視發(fā)射機主要由激勵器、功放單元、主控單元、電控單元、開關(guān)電源、無源部件（分配器、合成器、濾波器定向耦合器等）、冷卻系統(tǒng)七個部分組成。

1.3.1 激勵器

從基帶TS輸入數(shù)據(jù)碼流到符合UHF或VHF頻段地面數(shù)字電視RF信號的轉(zhuǎn)換，主要由基帶處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換、頻率合成、頻輸出放大、監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊組成，可對功放系統(tǒng)的線性/非線性失真與無源器件引起的線性失真同時校正，進一步改善發(fā)射機系統(tǒng)的發(fā)射信號質(zhì)量，可長時間持續(xù)工作。

激勵器內(nèi)部設(shè)有GPS/北斗功能，由內(nèi)部GPS/北斗提供GPS/IPPS信號，無需外接GPS和IPPS信號，GPS、IPPS均可正常鎖定。

1.3.2 數(shù)字功放

數(shù)字400W功放模塊由前級放大器、末級放大器、分配/合成器、控制部分等組成。400W功放線性好、一致性強，可互換使用。監(jiān)控板將功放的工作參數(shù)經(jīng)采樣、存儲、A/D轉(zhuǎn)換、微處理器處理后，通過CAN總線接口傳送到主控單元進行監(jiān)測，具有過激勵、過載、過熱的自我保護控制及狀態(tài)指示功能。

1.3.3 主控單元

主控單元是發(fā)射機監(jiān)控子系統(tǒng)的中心監(jiān)控單元，負責(zé)協(xié)調(diào)整機監(jiān)控系統(tǒng)的工作，同時對外提供通信接口。其主要功能是采集、存儲、分析整機的運行數(shù)據(jù)、整機控制，參數(shù)設(shè)置、提供整機的外部控制接口、系統(tǒng)重要參數(shù)顯示、報警與故障保護處理、人機交互等功能。

圖2 整機原理構(gòu)框圖

1.3.4 電控單元

電控單元由電源分配控制系統(tǒng)和交流接觸器構(gòu)成，與開關(guān)電源檢測控制板共同構(gòu)成“電源及風(fēng)機測控子系統(tǒng)”，如圖3所示。主要功能為采集開關(guān)電源的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)送與中央控制單元、控制整機電源、分配各個部件電源通斷的先后順序、開關(guān)機控制。

圖3 電源及風(fēng)機測控系統(tǒng)

1.3.5 配電單元

配電單元是為發(fā)射機整機提供電力的基礎(chǔ)保障，它主要給風(fēng)機、主控單元、激勵器、電控單元、功放、開關(guān)電源等單元供電。配電單元主要由空氣開關(guān)、交流接觸器、相位保護器及避雷器構(gòu)成。市電380V電源輸入發(fā)射機后，先進入配電單元，給風(fēng)機、主控單元、激勵器、電控單元功放、開關(guān)電源等單元供電，各單元電源通斷電由控單元控制，接通或斷開指定設(shè)備的電源，以實現(xiàn)系統(tǒng)電源開關(guān)的邏輯控制。保護功能提供缺相保護。當(dāng)市電380V交流電源缺相時，自動關(guān)斷整機配電系統(tǒng)，同時提供報警指示。

手動/自動切換，換到手動時，自動控制系統(tǒng)斷開，直接給整機通電：換到自動位置時，整機供電由自動控制系統(tǒng)控制。

1.3.6 開關(guān)電源

采用AC220V三相四線制平衡式輸入，確保各相功率相同。整機開關(guān)電源3個采用并聯(lián)均流輸出，1kW發(fā)射機通常采用3個并聯(lián)均流方式輸出的2.9kW可以多層冗余保證措施，可以在單個電源發(fā)生故障的情況下設(shè)備仍能正常工作。

1.3.7 無源部分

無源部分由功率分配/合成器、濾波器和定向耦合器組成。

功率分配/合成器包括：激勵器二合成器（單激勵器不用）、微帶三分配器、三合成器、帶通濾波器、φ41.3三頭定向耦合器。

2 傳輸節(jié)目內(nèi)容以及天線型號

主發(fā)射臺站赤峰廣電發(fā)射臺經(jīng)棚臺、C115微波站、C116微波站、八〇二轉(zhuǎn)播臺，傳輸?shù)臄?shù)字電視節(jié)目和數(shù)字調(diào)頻廣播節(jié)目，天線的具體參數(shù)如表1、表2所示。

表1 主站節(jié)目源設(shè)備（數(shù)字電視發(fā)射機的節(jié)目源設(shè)備）

表2 天線類型對應(yīng)編號

3 單頻網(wǎng)同步原理

3.1 基站與基站之間的同步

單頻網(wǎng)的同步主要是指頻率同步、時間同步。所謂的頻率同步：各發(fā)射基站所發(fā)出的信號頻率始終保持一致。它是由GPS來實現(xiàn)的，通常GPS參考時鐘的穩(wěn)定性能，可達到1E-12的數(shù)量級；在失去鎖定的24小時內(nèi)，頻率穩(wěn)定性仍可達到1E-10或更高，實現(xiàn)頻率同步。所謂時間同步：兩個基站傳輸信號到達指定地點的時間是一致的。時間同步是由SFN適配器和GPS合并完成。適配器借助10MHz時鐘調(diào)整TS碼流速率借助IPPS時間脈沖，調(diào)節(jié)激勵器的發(fā)射時延、碼流傳輸時間達到不同臺站同步發(fā)射信號的目的。

3.2 發(fā)射臺發(fā)射的信號與用戶接受的信號同步

由于無線電波自身的傳播特點，在傳輸過程中，遇到高樓、高山出現(xiàn)折射、反射及散射現(xiàn)象，經(jīng)草原、森林、湖泊等地帶信號出現(xiàn)能量吸收衰落，接收端會出現(xiàn)收視質(zhì)量下降、分貝降低、使發(fā)射單頻信號出現(xiàn)時延現(xiàn)象，嚴重時會造成畫面靜止或馬賽克狀況。一般情況下，接收端正常接受場強為：接收場強Pr=接收門限電平＋穿透衰減-接收天線增益，對室外覆蓋區(qū)域接收場強達到25dBμV以上，室內(nèi)便可以良好的接收電視信號，滿足收視要求。

車載電視經(jīng)過隧道、地下建筑內(nèi)信號出現(xiàn)嚴重衰落，無法接收到正常的發(fā)射信號，使信號中斷無法正常收到單頻網(wǎng)信號。

為了消除此單頻網(wǎng)傳輸中存在的不足，可增加室外八木天線、增加接收分貝、提高天線高度、調(diào)整天線位置，使天線接收最強的單頻網(wǎng)信號，縮短天線與電視機之間的饋線長度。對于車載電視可采用漏纜方式，增加信號強度，即可改善地下建筑、隧道接收效果。

3.3 兩臺以上的發(fā)射機出現(xiàn)“重疊覆蓋”問題的解決辦法

兩臺以上的發(fā)射機在實際發(fā)射過程中會出現(xiàn)“重疊覆蓋”，接收信號會出現(xiàn)多路衰落造成經(jīng)折射、反射不能同一時間到達指定地，形成傳輸時延，造成接收不理想。為了消除此現(xiàn)象的發(fā)生，發(fā)射設(shè)備應(yīng)具備使用GPS/北斗、提供GPS/IPPS信號、10MHz信號，可對時間進行延遲補償?shù)墓δ?，保持高精度的時間和頻率的輸出。多路單頻信號到達0dB時間保護間隔，信號延時間隔必須小于1.5個保護間隔，就可以實現(xiàn)信號的頻率和時間同步。

克什克騰旗8個基站覆蓋半徑均大于40kM以上，在保證發(fā)射功率的前提下，必須增加天線高度，才能實現(xiàn)連續(xù)覆蓋。站與站之間必須與發(fā)射功率匹配，否則造成SINR（信噪比）下降，不能連續(xù)覆蓋。對于接收效果不理想的覆蓋區(qū)域，可適當(dāng)?shù)恼{(diào)整天線的高度、俯仰角或?qū)訑?shù)以及發(fā)射機的發(fā)射功率用以改善接收效果。

消除收視盲區(qū)：可增加小功率50～300W的基站，如克什克騰旗增加了烏蘭布統(tǒng)、紅山子、同興、新開地鄉(xiāng)四個基站。從以往的80%覆蓋率，提高到現(xiàn)在的91%?；旧舷耸找暶^(qū)，大大提高了該地區(qū)的覆蓋面積和覆蓋率。

結(jié) 語

RFST單頻網(wǎng)數(shù)字電視覆蓋技術(shù)在內(nèi)蒙古地區(qū)的推廣與運用，不但緩解了頻率資源的緊張，提高頻率資源的利用率，同時實現(xiàn)了所屬設(shè)備在傳輸覆蓋區(qū)內(nèi)信號質(zhì)量的可靠性。這種組網(wǎng)方式，結(jié)構(gòu)簡單、環(huán)保性能好、耗能低，特別適合于山區(qū)、草原、森林、丘陵、湖泊、沙地等地理環(huán)境多樣化的內(nèi)蒙古地區(qū)，覆蓋率非常高。隨著地面數(shù)字電視網(wǎng)覆蓋率的不斷提升，技術(shù)不斷完善，播出質(zhì)量進一步提高，會使地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)能夠長期高效運行，惠及廣大受眾。