文成縣地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)與實踐

胡永相

【摘要】文成縣地處山區(qū)、地形復(fù)雜，為了提高地面數(shù)字電視的覆蓋范圍和信號質(zhì)量，本文研究了文成縣地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)與實踐。首先介紹了單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的特點、構(gòu)成和關(guān)鍵技術(shù)，接著探討了單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在文成縣地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用和實踐，最后在文成縣地區(qū)進行單頻網(wǎng)組網(wǎng)測試，評估了該技術(shù)在提升信號覆蓋范圍和質(zhì)量方面的效果。測試結(jié)果表明，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)能夠有效提高信號覆蓋范圍，降低系統(tǒng)建設(shè)和維護成本。

【關(guān)鍵詞】地面數(shù)字電視；單頻網(wǎng)組網(wǎng)；技術(shù)與實踐

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.01.011

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展和數(shù)字電視的普及，地面數(shù)字電視成為了人們獲取信息和娛樂的重要途徑。而地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)作為一種有效的組網(wǎng)技術(shù)，可以提供更好的信號覆蓋和接收質(zhì)量，為用戶提供更好的觀看體驗。文成縣作為一個地區(qū)性的城市，面臨著數(shù)字電視信號覆蓋和傳輸質(zhì)量等方面的挑戰(zhàn)。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)可以有效抑制多徑干擾，減少信號丟失和圖像質(zhì)量下降，提供更穩(wěn)定、清晰的電視節(jié)目觀看體驗。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)可以通過合理的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計和頻率規(guī)劃，實現(xiàn)更廣泛的服務(wù)覆蓋，提供更多地區(qū)的數(shù)字電視節(jié)目接收和播放服務(wù)。通過地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設(shè)和優(yōu)化，可以提高地方廣播電視傳輸?shù)募夹g(shù)水平和服務(wù)質(zhì)量，促進地方廣播電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對地方經(jīng)濟起到積極的推動作用。因此，本文探討了文成縣地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)與實踐，以期為解決文成縣電視信號覆蓋問題提供參考借鑒。

1. 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)概述

1.1 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)是一種用于地面數(shù)字廣播系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)。在傳統(tǒng)的地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，每個電視頻道需要獨立的頻率進行傳輸，這會導(dǎo)致頻譜資源的浪費和頻道間的干擾。而單頻網(wǎng)技術(shù)通過將多個電視頻道合并到一個頻率上進行傳輸，實現(xiàn)了多個電視頻道共享同一頻率資源的目的。具體來說，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)利用相應(yīng)的復(fù)用器和編碼壓縮處理設(shè)備來處理節(jié)目流和信息數(shù)據(jù)流。這些設(shè)備通過輸出TS信號，并將信號送入單頻網(wǎng)適配器進行TS/ASI碼率適配。通過TS/ASI碼率適配，可以將TS信號的碼率調(diào)整為適合單頻網(wǎng)傳輸?shù)乃俾?，以確保信號的穩(wěn)定傳輸和高質(zhì)量的廣播[1]。

通過接收GPS衛(wèi)星的信號，適配器可以獲得高精度的時間參考，從而實現(xiàn)各站點之間的時鐘同步。這樣可以確保單頻網(wǎng)中各個發(fā)射站的工作時鐘保持一致，避免信號沖突和傳輸錯誤。通過融合GPS技術(shù)和ASI/DS3適配器，單頻網(wǎng)適配器能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的時鐘同步和有效的碼流傳輸，從而提高單頻網(wǎng)的性能和廣播質(zhì)量。通過采用百分百透明的傳輸方式，可以確保傳輸過程中不會發(fā)生任何信號丟失、變形或錯誤的情況。這樣可以最大限度地保證傳輸?shù)挠行院蜏蚀_性，使得各個傳輸流程中的碼流保持一致。

這種技術(shù)可以有效提高頻譜利用率，減少對頻譜資源的需求，并且能夠降低系統(tǒng)成本和提高傳輸效率。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以廣泛涵蓋地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)，特別是在資源有限或頻譜資源緊張的情況下，可以提供更多的電視頻道選擇，提高用戶的觀看體驗。此外，該技術(shù)還可以降低能源消耗和減少對環(huán)境的影響，具有較好的可持續(xù)性發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1.2 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)特點

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，SFN）具有以下幾個特點：

覆蓋范圍廣：地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)通過多個發(fā)射臺同時發(fā)射相同的信號，可以實現(xiàn)信號的無縫覆蓋。相比于傳統(tǒng)的多頻網(wǎng)，SFN能夠減少不同頻率之間的干擾，提高信號的覆蓋范圍。

接收質(zhì)量穩(wěn)定：由于多個發(fā)射臺同時發(fā)射相同的信號，接收設(shè)備可以從不同的發(fā)射臺接收到相同的信號，減少了多徑干擾和信號衰減對接收質(zhì)量的影響。這使地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)能夠提供更加穩(wěn)定、清晰的信號質(zhì)量。

頻譜利用率高：地面數(shù)字單頻網(wǎng)采用正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM），將頻譜劃分為多個子載波進行傳輸。通過合理的子載波分配和調(diào)制方式選擇，可以充分利用頻譜資源，提高頻譜利用率。

抗多徑干擾能力強：由于采用OFDM技術(shù)，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)在時域上具有較好的抗多徑干擾能力。通過添加循環(huán)前綴，可以消除多徑引起的時延擴展，降低碼間干擾，提高信號的抗干擾能力。

靈活性和可擴展性：地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)具有較高的靈活性和可擴展性?？梢愿鶕?jù)實際需求和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進行發(fā)射臺的布局和頻率規(guī)劃，以適應(yīng)不同地區(qū)和不同覆蓋需求。同時，SFN還可以與其他無線通信系統(tǒng)進行共享和協(xié)同工作。

1.3 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構(gòu)成

基于射頻產(chǎn)生方法的不同，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)又可以分為二個類別：①基于射頻信號分配方法的單頻網(wǎng)。在這種情況下，主發(fā)射站負責(zé)產(chǎn)生和發(fā)射整個覆蓋區(qū)域的射頻信號。主發(fā)射站通過發(fā)射設(shè)備將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換為射頻信號，并通過天線進行廣播傳輸。這種方式要求主發(fā)射站能夠滿足整個覆蓋區(qū)域的射頻信號，對主發(fā)射站的設(shè)備和技術(shù)要求較高，故使用頻率較低。②基于基帶信號分配方式的單頻網(wǎng)。在這種單頻網(wǎng)中，數(shù)字電視射頻信號被分配到各個從站，然后再由從站進行發(fā)送以實現(xiàn)從站區(qū)域的覆蓋范圍。主發(fā)射站將地面數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)化為基帶信息，并經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)傳送給各個從臺站。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構(gòu)成主要由發(fā)射站設(shè)備、單頻網(wǎng)適配器、GPS時鐘接收設(shè)備、地面數(shù)字電視發(fā)射機等，其具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2. 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 SDH網(wǎng)絡(luò)傳輸

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）傳輸網(wǎng)絡(luò)是一種同步數(shù)字傳輸技術(shù)，用于在光纖或微博鏈路上傳輸數(shù)據(jù)和信號。它是一種層次化的傳輸結(jié)構(gòu)，通過將數(shù)據(jù)劃分為不同容量等級，實現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)傳輸[2]。SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)采用了一系列的信息結(jié)構(gòu)等級，包括STM-1、STM-4、STM-16、和STM-64等級。其中STM-1是最基本的等級，傳輸速率為155.520 Mb/s。每個STM-1幀由9行和270列組成，共計2430個字節(jié)。每個字節(jié)包含9位有效數(shù)據(jù)和3位保護性信息。

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)節(jié)目傳輸網(wǎng)絡(luò)通常采用光纖+SDH和數(shù)字微波+SDH兩種類型。光纖+SDH是指利用光纖作為傳輸介質(zhì)，通過SDH（同步數(shù)字體系）技術(shù)進行信號傳輸和管理。光纖具有高寬帶、低損耗、抗干擾等優(yōu)勢，可以有效地傳輸數(shù)字電視信號，而SDH技術(shù)能夠?qū)π盘栠M行同步、時鐘恢復(fù)和錯誤檢測等處理，保證信號的穩(wěn)定傳輸和高質(zhì)量。通過將節(jié)目ASI流和管理單元指針信息復(fù)用成DS3信號，再經(jīng)過STM-1傳送模塊和光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸，完成整個節(jié)目的傳輸過程[3]。數(shù)字微波+SDH是指利用數(shù)字微波技術(shù)進行信號傳輸，并結(jié)合SDH技術(shù)進行管理。數(shù)字微波具有高頻率、大容量的特點，可以實現(xiàn)遠距離的信號傳輸，結(jié)合SDH技術(shù)，確保了信號的穩(wěn)定傳輸和質(zhì)量。

2.2 單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)

單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)是用于地面數(shù)字電視廣播的一種系統(tǒng)，它能夠同時向多個設(shè)備發(fā)送相同的廣播信號。該系統(tǒng)通過把不同的廣播節(jié)目轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并使用特定的調(diào)制和傳輸技術(shù)，將這些信號傳輸?shù)綇V播發(fā)射塔或天線上，從而實現(xiàn)對廣播節(jié)目的無線傳輸。單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)通常包括編碼器、調(diào)制器、功放器、天線系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。其優(yōu)勢在于能夠通過單一的頻率傳輸多個廣播節(jié)目，減少了頻譜資源的占用。同時，由于所有接收設(shè)備接收的是相同的信號，可以避免多頻道干擾和頻率沖突的問題。

3. 文成縣地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

馬山廣播電視轉(zhuǎn)播臺位于文成縣境內(nèi)海拔892米的馬山黃泥崗頭山頂，該位置地勢較高、視野開闊、無遮擋，方便接收到良好的衛(wèi)星信號。馬山廣播電視轉(zhuǎn)播臺的發(fā)射臺原本使用DS-19和DS-28兩個頻點進行發(fā)射，文成縣融媒體中心按照上級統(tǒng)一部署積極實施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化700兆赫頻率遷移項目后，本地單頻網(wǎng)系統(tǒng)及遷移項目實施完成后，中心現(xiàn)有3臺發(fā)射機已經(jīng)正常工作，分別是DS-19、DS-28作為中央無線覆蓋，DS-13作為本地系統(tǒng)用。DS-19和DS-28兩個頻道通過雙工合成后送至天線發(fā)射覆蓋，發(fā)射機輸出接入多工器寬帶輸入口，將DS-13本地頻道送入現(xiàn)有天饋系統(tǒng)，與DS19和DS-28共用系統(tǒng)進行發(fā)射覆蓋。系統(tǒng)架構(gòu)見圖2。

3.2 SFN組網(wǎng)

通過使用SFN適配器和GPS接收器，系統(tǒng)可以實現(xiàn)多個發(fā)射臺之間的同步操作，避免同頻干擾，并確保信號接收成功。使用SFN適配器對傳輸流進行MIP處理，并結(jié)合精確的GPS接收機提供的參考信號，SFN系統(tǒng)可以實現(xiàn)發(fā)射臺之間的頻率和時間同步。同時，采用PN420模式的保護間隔設(shè)置，可以有效消除同頻干擾現(xiàn)象，確保系統(tǒng)正常運行。

3.2.1 激勵器與GPS

激勵器（Exciter）是廣播和電視傳輸系統(tǒng)中的一種設(shè)備，其主要作用是將音頻和視頻信號轉(zhuǎn)換為適合廣播傳輸?shù)恼{(diào)制信號，它在廣播和電視傳輸系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，確保信號的質(zhì)量和兼容性，以便接收到清晰、穩(wěn)定的廣播和電視節(jié)目。馬山廣播電視轉(zhuǎn)播臺采用高斯貝爾（型號GQ-3760）激勵器，它具備先進的調(diào)制技術(shù)、信號處理功能以及可靠穩(wěn)定的性能，為節(jié)目的傳輸提供了可靠的支持[4]。同時，配置一臺GPS/BD X（GPS/北斗雙模）接收機，通過該接收機，激勵器能夠獲取高精度的時間參考。每秒一個脈沖的1 PPS信號提供了精確的時間基準，而10 MHz標準頻率則用于確保頻率同步。通過GPS/BD X接收機和激勵器的協(xié)同工作，單頻網(wǎng)組網(wǎng)可以實現(xiàn)高精度的頻率和時間同步，提供穩(wěn)定、可靠的廣播服務(wù)。

3.2.2 地面數(shù)字電視發(fā)射機

地面數(shù)字電視發(fā)射機是用于將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換為無線電信號并進行傳輸?shù)脑O(shè)備，它可以接收來自編碼器的數(shù)字電視信號，并進行調(diào)制、編碼和解調(diào)等處理，將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換為適合的無線傳輸調(diào)制信號。發(fā)射機具有功率放大器，可用于增強調(diào)制信號的功率等。馬山廣播電視轉(zhuǎn)播臺采用一部高斯貝爾地面數(shù)字單頻網(wǎng)電視發(fā)射機（型號GT-5900 A-1000），功率為1000W。在臺站配置一臺橋式雙工器，將DS-19和DS-28兩個頻道的發(fā)射機輸出信號合為一路，接受來自兩個發(fā)射機的信號，并將其合并成一個復(fù)合信號，這個復(fù)合信號通過天饋線傳送到鐵塔上的4層4面偶極子發(fā)射天線，由發(fā)射天線將信號進行輻射和發(fā)射[5]。

3.2.3 其他配套系統(tǒng)

為了確保地面數(shù)字電視系統(tǒng)的正常運行，還需要改造其他配套系統(tǒng)，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，這些系統(tǒng)包括供配電系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等。這些配套系統(tǒng)能夠確保系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定地運行，并提供高質(zhì)量的數(shù)字電視信號傳輸服務(wù)。

4. 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)測試

使用專業(yè)設(shè)備對系統(tǒng)進行TR 101-290監(jiān)測測試，該測試用于地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的監(jiān)測和測試，評估數(shù)字電視信號的質(zhì)量和性能，以確保廣播系統(tǒng)的正常運行和信號傳輸?shù)目煽啃?，測試結(jié)果見表1。經(jīng)過TR 101-290監(jiān)測，結(jié)果顯示一級和二級均無錯誤。對系統(tǒng)各指標進行分析，各項指標都符合相關(guān)技術(shù)標準，符合數(shù)字電視地面覆蓋傳輸要求，這表明單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在文成縣地區(qū)的實踐中取得了良好的效果。

5. 結(jié)束語

本文介紹了單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在文成縣地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用和實踐。通過采用單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，可以有效提高信號的覆蓋范圍和質(zhì)量，降低系統(tǒng)建設(shè)和維護成本。單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)具有頻譜效率高、抗多徑干擾能力強、成本低和信號覆蓋范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢，使得單頻網(wǎng)成為地面數(shù)字電視系統(tǒng)中的一種重要組網(wǎng)技術(shù)，能夠提供更好的信號質(zhì)量和用戶體驗。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)有望在地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用，同時，隨著無線通信技術(shù)的進步，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)能夠在其他領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

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