基于雙模接收機的地面數(shù)字電視廣播無線覆蓋系統(tǒng)設(shè)計

劉耀昱

（烏海市文化廣電事業(yè)發(fā)展中心，內(nèi)蒙古 烏海 016000）

0 引 言

隨著信息網(wǎng)絡(luò)、融媒體等媒介的普及，廣播電視行業(yè)迎來了新一輪變革。此外，隨著大數(shù)據(jù)、云存儲等技術(shù)的持續(xù)推動，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷轉(zhuǎn)型，業(yè)務(wù)模式不斷升級。作為地面數(shù)字電視廣播的核心技術(shù)，單頻網(wǎng)具有資源利用率高、信號覆蓋面廣以及動中通能力強等數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化特點[1]。依據(jù)《全國地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）的要求，國家在2020年已基本建成覆蓋全國的地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)體系，并計劃在5年內(nèi)依托數(shù)字技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)快速實現(xiàn)基于衛(wèi)星傳輸模式的單頻網(wǎng)智能化和無人化運維。因此，展開基于復(fù)雜電磁環(huán)境下的單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域接收能力研究，尤其是針對信道衰落、時延效應(yīng)等現(xiàn)實問題的研究十分重要，一定程度上決定了全國地面數(shù)字電視廣播的整體建設(shè)水平和運行能力。

1 系統(tǒng)建設(shè)方案設(shè)計

1.1 核心技術(shù)背景

數(shù)字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）的主要信息通信方式包括有線通信、地面通信以及衛(wèi)星通信等。地面通信極易受到環(huán)境和人為因素等影響而造成通信性能不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)故障，因此對地面數(shù)字多媒體廣播的技術(shù)機制和通信協(xié)議等標準要求更高[2]。地面數(shù)字電視廣播的關(guān)鍵技術(shù)包括信號發(fā)射技術(shù)、編解碼與格式變換技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)、條件接收技術(shù)（Conditional Access Technology，CA）以及業(yè)務(wù)運營支撐系統(tǒng)（Business &Operation Support System，BOSS）等。

1.2 主要設(shè)備組成

以基于雙模接收機的信源接收裝置1 kW數(shù)字接收機為例，在主信源出現(xiàn)異常情況時，隨時切換備用信源，即雙信源實現(xiàn)自主響應(yīng)。高頻頭、轉(zhuǎn)換器、增益控制器（功放）以及濾波器組成的前置電路系統(tǒng)可實現(xiàn)非線性高增益信號放大功能，并部分完成降噪和抗擾等工作，是數(shù)字接收機系統(tǒng)的核心組件。該模塊可利用BUK7Y14-80EX功放管，完成甲類和乙類功放。300wblf888a主機數(shù)字模塊可向終端用戶輸出高達1.6 kW的功率，滿足遠距數(shù)據(jù)通信的實際需求[3]。為了有效對接中置電路，設(shè)備在前置部分設(shè)計了多級并聯(lián)和定時多域的控制系統(tǒng)。定時裝置實現(xiàn)接收功率的有效監(jiān)控，中置電路的導(dǎo)頻鎖定檢測模塊，后置電路的信道模式檢測模塊是否能夠?qū)崟r響應(yīng)數(shù)字發(fā)射機對應(yīng)的工作模式，并自適應(yīng)識別環(huán)境和人為等因素對系統(tǒng)工作的影響，保證多級電路的穩(wěn)定高效運行，如圖1所示。

圖1 1 kW數(shù)字接收機系統(tǒng)組成

1.3 系統(tǒng)方案設(shè)計

地面數(shù)字電視廣播無線覆蓋系統(tǒng)主要由自主切換裝置、接收機系統(tǒng)、信號轉(zhuǎn)碼與信道復(fù)用設(shè)備、信號解碼與解調(diào)系統(tǒng)以及終端發(fā)射模塊等組成。

該系統(tǒng)采用自主響應(yīng)的主/備信源切換裝置，以現(xiàn)行國際通用的音視頻編碼標準（Audio Video coding Standard，AVS）作為地面數(shù)字信號，采用衛(wèi)星通信信號等信源的唯一編碼方式進行數(shù)字壓縮和格式轉(zhuǎn)換，通過數(shù)據(jù)交換機和管理交換機實現(xiàn)數(shù)字信號多路拆分，并經(jīng)統(tǒng)計復(fù)用器、總線接口（Actuator Sensor Interface，ASI）碼流切換器以及激勵器等完成信號的后續(xù)處理，以滿足終端發(fā)射的標準要求[4]。

系統(tǒng)方案設(shè)計考慮來自衛(wèi)星接收站的輸入信源在編碼形式和頻點使用上存在的差異，需要自主完成接收器的切換，并依托信道的多路復(fù)用、信號的解碼解調(diào)、中段濾波以及二次激勵完成終端發(fā)射準備，以提高系統(tǒng)智慧運維的穩(wěn)定性[5]。

2 系統(tǒng)建設(shè)方案實施

2.1 配置前置組件

前置組件的建設(shè)基于數(shù)字電視媒體綜合處理平臺和異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）碼流架構(gòu)完成，相關(guān)信息如表1所示。硬件設(shè)施搭建在一體化平臺上，通過預(yù)留通用性接口和模塊化插件能夠隨時根據(jù)需求定制功能，實現(xiàn)功能融合的積木效應(yīng)。軟件模塊對接終端需求，更加強調(diào)廣域、穩(wěn)定、高效、大數(shù)據(jù)量以及核心運算能力等，即在多類輸入和多樣干預(yù)的模式下完成信號接收、處理以及發(fā)射程序，并實現(xiàn)基于ASI碼流的輸出信號樣式和制式可選，依托綜合處理平臺進行一體化處理[6]。

表1 前置組件相關(guān)信息

2.2 配置發(fā)射系統(tǒng)

基于雙模接收機的地面數(shù)字電視廣播無線覆蓋系統(tǒng)通常配置2臺大功率（1 kW）發(fā)射機，并激活514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）2組有效頻率點。

2.3 預(yù)期建設(shè)效果

為取得較好的信號廣域覆蓋性能，DTMB建設(shè)時一般以單頻網(wǎng)組建，以空間多模方式提升覆蓋面積和性能，如圖2所示[7]。?。ㄊ校┘墢V播電視臺站通過建立DTMB單頻網(wǎng)發(fā)射點（主級鏈路與備級鏈路），不僅能夠跨越式提升覆蓋性能，而且能夠通過從站信源的反饋機制得到系統(tǒng)運維實時數(shù)據(jù)，有效增強地面數(shù)字電視廣播無線覆蓋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)圖

3 系統(tǒng)性能模擬測試

3.1 前端指標

在系統(tǒng)前端對信號進行模擬測試，主要是通過JC503-SPA-11P便攜碼流分析儀完成對2路信道514 MHz（DS-18）和 658 MHz（DS-31）中 ASI碼流ETSI TR 101-290的信號檢測與誤差分析。514 MHz（DS-18）信道中ASI碼流包括多路衛(wèi)星信號和本地信號，主要由衛(wèi)星完成信號接收、濾波以及一系列處理過程，與本地原始信號復(fù)用變換后進行發(fā)射[8]。658 MHz（DS-31）以衛(wèi)星信號為主，直接由衛(wèi)星實現(xiàn)接收后的二次發(fā)射。

3.2 信號覆蓋效果測試

3.2.1 覆蓋性能模擬計算

依據(jù)省市級廣播電視發(fā)射臺站的技術(shù)參數(shù)，對514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）這2組頻點實際的信號覆蓋性能進行模擬測試，采取新的系統(tǒng)建設(shè)方案，真實覆蓋效果可形成半徑為5 km的球形覆蓋[9]。

3.2.2 定點檢測

根據(jù)覆蓋性能模擬計算效果，進一步確認接收該無線覆蓋信號指標，選取適合點位展開定點檢測。對于接收機而言，利用全向天線，設(shè)定好主瓣方向。一般條件下，設(shè)置接收天線的高度為4 m。

待測參數(shù)主要包括指定信道、信號幅度以及覆蓋性能，結(jié)果如表2所示。可見，系統(tǒng)運行正常。

表2 定點檢測結(jié)果

3.2.3 移動檢測

根據(jù)覆蓋性能模擬計算效果，選取10個移動接收站點實施移動檢測，選擇全向天線，不考慮主瓣方向，對所有方向的檢測信號均進行無差別接收。設(shè)置接收天線的高度為1.5 m，此時移動信源基本維持勻速。

待測參數(shù)結(jié)果如表3所示。

表3 移動檢測結(jié)果

根據(jù)定點檢測與移動檢測結(jié)果可以看出，通過單頻網(wǎng)實現(xiàn)DTMB可以達到較好的信號覆蓋性能，基本能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的正常運行，即通過不斷優(yōu)化調(diào)節(jié)發(fā)射機參數(shù)和接收系統(tǒng)配置指標等，可以在大幅降低信道影響的前提下，提高基于雙模接收機的地面數(shù)字電視廣播無線覆蓋面積和接收效果[10]。

4 結(jié) 論

設(shè)計的無線覆蓋系統(tǒng)采取基于數(shù)字電視媒體綜合處理平臺和ASI碼流架構(gòu)的前置系統(tǒng)配置，利用雙模接收機的優(yōu)異性能，結(jié)合單頻網(wǎng)的組網(wǎng)優(yōu)勢，解決了傳統(tǒng)前置、中置以及后置部件難以協(xié)同、系統(tǒng)整體性不強以及一體化功能難以發(fā)揮等問題。通過多路信源融合、采取信道復(fù)用以及信號解碼等處理技術(shù)，完善了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和有效性，并預(yù)留了擴展接口，在實現(xiàn)功能拓展的基礎(chǔ)上，為未來無人化、智能化臺站建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。