地面數字電視標準單頻網(wǎng)技術(shù)分析論文

　　摘要：數字電視以SFN覆蓋為主，相對于多頻網(wǎng)，SFN不但具有技術(shù)優(yōu)勢、傳輸質(zhì)量?jì)?yōu)勢，同時(shí)能夠利用同一RF頻道播送多套電視節目，可以高效利用頻譜資源，對于多頻網(wǎng)中被禁用的部分頻道，SFN可以重新啟用，這有助于增加地面電視的可用頻率范圍及頻道數量。本文探討了SFN技術(shù)的傳輸標準與結構，并結合數字電視網(wǎng)絡(luò )建設實(shí)例，說(shuō)明了SFN的應用方法、覆蓋效果。

　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)晤l網(wǎng)；數字電視；地面電視；應用

　　數字電視以數字信號傳輸信息，可以減少信號損失及改善接收效果，收視過(guò)程無(wú)重影、無(wú)噪聲，且圖像清晰，建設數字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò )可以為用戶(hù)提供質(zhì)量更高的公共信息傳輸服務(wù)。我國內地的城市居民多利用有線(xiàn)電視傳輸網(wǎng)絡(luò )接收數字電視，對于有線(xiàn)電視傳輸網(wǎng)絡(luò )無(wú)法通達的鄉村地區及城郊地區，具有移動(dòng)接收及簡(jiǎn)單接收能力的地面數字電視成為了發(fā)展主流。為了促進(jìn)地面電視實(shí)現良性發(fā)展，應合理規劃網(wǎng)絡(luò )覆蓋模式。目前地面無(wú)線(xiàn)數字電視的常用覆蓋模式為單頻網(wǎng)（SFN）技術(shù)，本文研究了標準SFN技術(shù)在地面數字電視中的應用問(wèn)題，以?xún)?yōu)化地面電視組網(wǎng)技術(shù)以及傳輸網(wǎng)絡(luò )。

　　1傳輸標準與SFN結構

　　地面數字電視信號傳輸標準包括DTMB、ATSC、ISDB-T及DVB-T，其中DTMB標準技術(shù)特點(diǎn)鮮明，幀結構單位為整秒，能夠確保SFN實(shí)現同步，組網(wǎng)設備相對簡(jiǎn)單、成本低，可以支持多媒體廣播業(yè)務(wù)、高清電視業(yè)務(wù)，且具有擴展性強、兼容性好等優(yōu)勢，可強化覆蓋網(wǎng)的拓展性與實(shí)用性，因此地面電視的SFN覆蓋網(wǎng)多以DTMB為傳輸標準。SFN系統包括調制器、GPS接收機及適配器等，SFN系統結構如圖1所示。SFN系統中的激勵器主控通信，可調制信道編碼及實(shí)現故障報警，同時(shí)需要支持整個(gè)SFN系統完成比特、時(shí)間及頻率同步。SFN系統可在TS流中插入SIP包，向發(fā)射機傳輸TS流，激勵器可解析TS碼流及處理SIP包信息，在不改變PCR的基礎上實(shí)現比特同步。激勵器還能夠連接不同的前端設備與分配鏈路，以1μs精度作為參考，在GPS中提取1PPS、10MHz的標準時(shí)間及標準頻率，從而實(shí)現時(shí)間同步；頻率同步的調制方式為T(mén)DS-OFDM，在調制狀態(tài)下發(fā)射機的信號頻率應相同，以利用激勵器調整變頻本振，使不同發(fā)射機的GPS時(shí)鐘與10MHz參考源實(shí)現同步。SIP包是確保SFN實(shí)現同步覆蓋的重要構成部分，間隔時(shí)間為1s，如間隔＞1s，可能會(huì )導致激勵器失步，抖動(dòng)為±100ns；如超出標準抖動(dòng)范圍，極有可能導致激勵器重啟，全包抖動(dòng)也為±100ns，在超出標準抖動(dòng)范圍時(shí)可導致網(wǎng)絡(luò )延遲。SIP包由填充字節、功率控制、頻偏設置、調整延時(shí)、廣播尋址、最大延時(shí)、SI-SIP及SIP頭構成。

　　2SFN技術(shù)的應用

　　2.1工程概況

　　某區廣電局在早期安裝了發(fā)射機，安裝位置為廣電大樓，發(fā)射機工作頻率為2000W，工作模式為DTMB單載波，單載波的傳輸速率為25.989Mbps，LDPC編碼效率為0.8，星座映射為32QAM，幀頭格式為PN595，載波模式C=1；發(fā)射機的發(fā)射頻點(diǎn)共為8個(gè)，發(fā)射頻率在642~759MHz之間，可傳送的數字電視為62套，采用四偶極子天線(xiàn)，天線(xiàn)處于垂直極化狀態(tài)，可實(shí)現四層四面發(fā)射，發(fā)射塔與廣電大樓的總高度為127m，發(fā)射點(diǎn)的實(shí)際海拔為73m。經(jīng)測試證實(shí)發(fā)射系統的覆蓋半徑為32~50km，由于覆蓋半徑廣及信號接收效果好，該系統在早期迅速發(fā)展了大量用戶(hù)。另一方面，由于近年來(lái)該區的市政規劃發(fā)生重大變化，發(fā)射塔附近、市區內建設了大量高層建筑，密集的高層建筑阻擋了無(wú)線(xiàn)信號，導致覆蓋范圍縮小，且覆蓋區內的信號質(zhì)量變差。為了保證信號電平強度達到要求，并擴大地面電視信號覆蓋范圍，該區廣電局決定在高山上另建發(fā)射站，并組建SFN覆蓋網(wǎng)。

　　2.2調制參數與數字頻率

　　在建設SFN時(shí)需要確保固定覆蓋與移動(dòng)覆蓋實(shí)現兼容，采用總局推薦的調制模式，將FEC碼率調整為9.629Mbps，信號幀長(cháng)為4725個(gè)符號，FEC選用0.4，設臺最大距離為23.6km。幀頭長(cháng)度取78.7μs，信號電平最小值為-84dBm，C/N為12.9dB，交織720。在規劃數字頻率時(shí)充分利用了空閑頻道，以減少頻道干擾問(wèn)題，同時(shí)對部分頻道，包括公共新聞、文體、經(jīng)濟及影視頻道等進(jìn)行打包復用，以確保數字頻率符合模數同播原則。為傳輸高清電視節目，應保證SFN系統中應用的編碼器支持DRA標準及AVS標準，考慮到需要傳輸體育類(lèi)及其他動(dòng)態(tài)類(lèi)節目，將節目的帶寬調整至1.5Mbps左右，盡量避免帶寬＜1.0Mbps。在規劃數字頻率時(shí)還要求每個(gè)頻道傳輸的電視節目≥6套，EPC占用的帶寬應控制在0.3kbps左右，同時(shí)利用剩余帶寬傳輸部分廣播節目。為了降低SFN組建難度，采用了循序漸進(jìn)式建網(wǎng)及覆蓋方法，先完成骨干臺的選點(diǎn)及覆蓋工作，確保骨干臺實(shí)現大功率、多點(diǎn)覆蓋，在測算發(fā)射臺覆蓋范圍時(shí)依據CCIR曲線(xiàn)圖。曲線(xiàn)圖的繪制基準為1kW發(fā)射功率、4m接收天線(xiàn)，天線(xiàn)增益10dB，發(fā)射功率2.5kW，接收場(chǎng)強取45dBμV，門(mén)限值為30dBμV。

　　2.3發(fā)射系統與信號接收

　　建網(wǎng)時(shí)采用了DTMB1kW型數字發(fā)射機，發(fā)射機的頻率為475~807MHz，其構成部分包括控制單元、耦合器、合成器、放大器、分配器及激勵器，將功率較大的BLF888A型管作為末級功放。末級功放的設計原則為模塊化、寬頻帶及超線(xiàn)性，可實(shí)現熱插拔，因此可以降低發(fā)射機的安裝及維護難度�？刂颇�塊可實(shí)時(shí)監控末級功放與激勵器等相關(guān)構件的工作狀態(tài)，并將監測數據傳送到信號發(fā)射質(zhì)量監控系統當中�？刂颇�塊的接口協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議及RS485協(xié)議，利用上述接口協(xié)議不但能夠有效管理發(fā)射機工作狀態(tài)，同時(shí)可以實(shí)現遠程監測，發(fā)現信號傳輸過(guò)程受到干擾時(shí)能及時(shí)調整SFN系統運行狀態(tài)，從而保證SFN系統中的天饋模塊、發(fā)射機與激勵器等的技術(shù)指標、工作性能達到國家標準。在天線(xiàn)信號接收方面，本系統采用的接收方式包括便攜式接收與固定接收，便攜式接收分為室外接收與室內接收兩種模式。室外便攜接收的條件較為復雜、天線(xiàn)總類(lèi)繁多，包括公交系統接收及出租車(chē)接收等，信號接收效果與高層建筑屏蔽、信號額外損耗有關(guān)，天線(xiàn)增益接近0，在部分情況下可造成嵌入天線(xiàn)出現負增益。室內便攜接收主要被用于偏遠地域及有線(xiàn)電視難以覆蓋的區域，一般情況下SFN系統可使天線(xiàn)增益12~15dB。固定接收是常見(jiàn)的天線(xiàn)接收形式，天線(xiàn)具有增益性及特定的方向性，安裝在屋頂上或距地面10m高的區域。由于SFN傳輸環(huán)境當中存在多種干擾源，包括多普勒頻移、電磁波及建筑反射干擾等，且系統中存在覆蓋盲區，如隧道、偏遠郊區、地下室及高層建筑陰影區等，為了抑制干擾、減少覆蓋盲區及提高接收天線(xiàn)增益，在部分區域設置了直放站。

　　2.4SFN覆蓋測試

　　為了測試SFN的覆蓋效果，在組網(wǎng)工作完成后進(jìn)行了開(kāi)路測試，測試的發(fā)射站共為三個(gè)，臺站的發(fā)射功率均為1kW，間距為37.06km、24.56km、21.58km，靜態(tài)延時(shí)均為0，采用垂直極化方式。在測試的過(guò)程中如出現LDPC誤包，則失敗判據為L(cháng)DPC誤包率，將判決門(mén)限定為1%。為減少干擾，在測試時(shí)需要適當限制天線(xiàn)場(chǎng)形，同時(shí)控制好交疊區內的最長(cháng)延時(shí)，避免延時(shí)超過(guò)保護間隔。在測試時(shí)發(fā)現，覆蓋網(wǎng)中的信號重疊區域達到兩個(gè)以上，如開(kāi)啟的發(fā)射站達到2個(gè)以上，則可以確保接收點(diǎn)場(chǎng)強得到有效提升，但在場(chǎng)強得到提升的同時(shí)，無(wú)法有效增強接收點(diǎn)C/N或靈敏度。經(jīng)測試后證實(shí)移動(dòng)接收LDPC>0的區域在覆蓋網(wǎng)中所占的比例約為5%，LDPC=0區域約為95%。電平區間<-80dbm，覆蓋區域為2%；電平區間為-70~-80dbm，覆蓋區域為6%；電平區間為-60~79dbm，覆蓋區域為26%；電平區間為-50~-59dbm，覆蓋區域為48%；電平區間為-40~-49dbm，覆蓋區域為16%；電平區間>-40dBm，覆蓋區域為2%。

　　3結語(yǔ)

　　綜上所述，在地面電視系統中應用數字化編制處理技術(shù)可以保證信息傳輸過(guò)程的可靠性、實(shí)時(shí)性及快速性，讓用戶(hù)能夠收看到清晰的圖像。為了推廣地面數字電視，應重視運用SFN技術(shù)。在運用SFN技術(shù)時(shí)需要嚴格執行國家標準，確保覆蓋網(wǎng)的同步性達到要求。在構建SFN時(shí)，應注意做好頻率規劃，充分挖掘頻譜潛力，確保正常播出模擬電視；同時(shí)要注意對SFN發(fā)射網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行優(yōu)化調整，減少信號輻射、電磁波、覆蓋盲點(diǎn)及覆蓋盲區，進(jìn)而有效提高覆蓋率。

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