縣級地面數(shù)字電視平臺發(fā)射系統(tǒng)建設的實踐

羅萬福

（疏附縣廣播電視臺，新疆 喀什 844100）

1 疏附縣地面數(shù)字電視平臺的規(guī)劃

疏附縣廣播電視臺實施的農村無線數(shù)字電視覆蓋工程，設備采用地面數(shù)字電視國家標準[1]GB200600—2006（DTMB），疏附縣無線發(fā)射臺海拔1 310 m，覆蓋半徑70 km，塔高170 m，周邊地形為淺山區(qū)地形，部分縣鄉(xiāng)海拔高度落差大，在270～440 m范圍內，建設地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，具體建設需求如下：1）系統(tǒng)設計采用國標GB20600—2006（DTMB）標準；2）使用2個UHF頻點傳輸16套數(shù)字電視節(jié)目，覆蓋縣級大部分用戶；3）選擇合適的發(fā)射功率及接收條件，以達到節(jié)約運行成本。

根據(jù)以上要求，縣級地面數(shù)字電視根據(jù)本地具體情況，選擇地面數(shù)字電視國標中工作模式“C=1+PN595+32QAM+0.8LDPC”的調制模式[2]，該調制模式具有25.989 Mbit/s的傳輸凈載荷，如果按照平均每套節(jié)目MPEG-2 2.33 Mbit/s碼率，該模式每個頻道可以傳輸8套標清節(jié)目，同時可加入EPG（電子節(jié)目指南），CA等信息。

2 地面數(shù)字電視前端系統(tǒng)的設計

2.1 系統(tǒng)節(jié)目規(guī)劃

設置好系統(tǒng)的工作參數(shù)，就進行節(jié)目劃分。節(jié)目的內容決定了碼流的高低，通常情況下，利用MPEG-2壓縮標準傳送一套快速運動的體育節(jié)目大概要求2.5～4 Mbit/s的碼流，傳送一套新聞、訪談節(jié)目大概需要2～3 Mbit/s的碼流，傳送一套圖文信息只需要2 Mbit/s左右的碼流，而傳送高清電視節(jié)目需要10 Mbit/s左右的碼流。本方案根據(jù)用戶信號源的類型合理配置，傳輸16套節(jié)目。

2.2 前端平臺

地面數(shù)字電視前端系統(tǒng)主要根據(jù)地面數(shù)字電視廣播特點將數(shù)字信號源進行編碼、復用、加擾處理，同時插入EPG等信息，并加入條件接收系統(tǒng)（CAS）/用戶管理系統(tǒng)（SMS）等網(wǎng)管信息。

疏附縣廣播電視前端送來的自辦節(jié)目和衛(wèi)星節(jié)目的A/V信號送入MPEG-2編碼復用器，復用器輸出MPTS流送入加擾器進行加擾、加密，最后輸出加密后的MPTS流。節(jié)目源采用低碼流超級編碼器，每個節(jié)目的平均碼流為2.5 Mbit/s左右，每頻道傳送8套電視節(jié)目，共傳送16套電視節(jié)目。系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

3 發(fā)射系統(tǒng)設計

前端系統(tǒng)參數(shù)規(guī)劃好后，就要進行發(fā)射和接收規(guī)劃設計了，要考慮發(fā)射和接收之間的視距、地形地貌、發(fā)射功率、接收條件等[3-4]。

1）疏附縣DTMB發(fā)射系統(tǒng)設計

疏附縣無線地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的覆蓋問題，根據(jù)實際勘探情況：采用異形場天線組陣，南偏西35°，西偏南30°，東偏北45°，北偏西45°。

2）發(fā)射天線設計

發(fā)射天線采用6偶極子反射板天線，采用全向異形場覆蓋結構，共24個面。

示蹤劑的加入是根據(jù)之前設置好的投料點坐標作為球心，將半徑為15 mm的球體所包含區(qū)域濃度值定義為1，混合室內其他區(qū)域的濃度定義為0，利用Fluent中初始化(initialization)打補丁的功能(Patch)以補丁方式加入到計算過程中。

3）疏附縣廣播電視發(fā)射臺發(fā)射功率計算

已知設備參數(shù)為：發(fā)射功率（pt）為57 dBm，發(fā)射天線增益（Gt）為12 dBi，接收天線增益（Gt）為12 dBi，天饋系統(tǒng)衰減（Lt+Lr）為4 dB，現(xiàn)場系數(shù)（n）為3 dB，固定衰落儲備（Fm）為7 dB，噪聲系數(shù)（N）為7 dB，熱噪聲功率電平（Pn）為-105.2 dBm，基準發(fā)射頻率為650 MHz。

對于DTMB地面數(shù)字電視系統(tǒng)的無線傳輸分析，結合疏附縣實際，小功率覆蓋按視距和OkuMura-Hata模型計算如表1所示。

表1 按視距和奧村模型計算數(shù)據(jù)

從理論上計算，選500 W單頻道發(fā)射機，在接收端有足夠的電平裕量。32QAM的C/N要求為20 dB，500 W對應的功率為57 dBm。但是疏附縣與各鄉(xiāng)海拔高度落差太大，約為500～550 m和270～440 m，即使增大功率也無用，故選擇500 W發(fā)射功率，最終采取寬帶直放站盲區(qū)補點，實現(xiàn)無線數(shù)字電視覆蓋。

4 接收端設計

無線數(shù)字電視針對疏附縣農村的固定覆蓋，具體設計參數(shù)如下：為了計算接收機的最小接收場強，根據(jù)《VHF/UHF頻段在地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準則》[5]，最小接收場強采用下面的公式計算

式中：F為接收機噪聲系數(shù)，單位為dB；K為玻耳茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23；T0為絕對溫度，T0=290 K，B為接收機的噪聲帶寬，B=7.56×106 Hz；C/N為系統(tǒng)所需的接收機輸入端射頻載噪比；G為相對于半波偶極子的天線增益，單位為dB；λ為信號波長，單位為m；Lf為饋線損耗，單位為dB；Emin為接收地點的最小等效場強，單位為dBμV/m。參數(shù)及計算結果如表2所示。

表2 固定接收最小場強參數(shù)表據(jù)

所以接收端輸出功率為

式中：pr為發(fā)射機功率；Gt為發(fā)射天線增益（12 dBi）；Ap為電波傳播的損耗；Ga為接收天線增益（12 dBi）；Lf為饋線損耗（5 dB）。

根據(jù)《VHF/UHF頻段在面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準則》，數(shù)字電視測量功率與場強的換算公式為

式中：Pr為接收天線信號輸出功率，單位為dBm；Lf為饋線損耗，單位為dB；f為信號中心頻率，單位為MHz；Ga為相對于半波偶極子的天線增益，單位為dB；接收場強為72 dBμV/m，根據(jù)計算固定接收最小場強為56 dBμV/m，滿足設計要求。

5 測試結果

在整個30頻道到35頻道工作點帶寬內，駐波比都小于1.18，如表3所示。

表3 不同頻率下的駐波比

天線為六層四面四偶極子發(fā)射天線，增益如表4所示。

表4 六層四面四偶極子發(fā)射天線增益

無線數(shù)字電視接收信號場強測試表如圖5所示。測試結論為：因為數(shù)字無線機頂盒接收信號的門限值為26 dB，在本次測試中所有頻點的接收信號強度均強于機頂盒的門限值，所以機頂盒所有頻點的節(jié)目均能正常收看。

表5 實地測試結果

6 總結

根據(jù)疏附縣實地測量，有些山區(qū)由于周邊的地勢起伏較大，阻擋了信號，需要在這些盲區(qū)增設直放站，其他地方，根據(jù)實際測試結果和農戶的反映，接收效果達到了預期目標，解決了疏附縣農牧民看電視難的問題，豐富了群眾文化生活。

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[1]GB 20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調制[S].2006.

[2]馬巾，別業(yè)鵬.荊門電視臺地面數(shù)字電視固定覆蓋實踐[J].電視技術，2009，33（1）：84-86.

[3]楊威，楊杰，張國庭.地面數(shù)字電視廣播覆蓋的研究[J].廣播與電視技術，2007（11）：16-25.

[4]何劍輝，李國松，倪士蘭.地面數(shù)字電視廣播規(guī)劃臺站數(shù)據(jù)參數(shù)介紹[J].廣播與電視技術，2007（2）：79-81.

[5]GB/T 26252—2010，VHF/UHF頻段地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃準則[S].2010.