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地面數(shù)字電視標準單頻網(wǎng)技術分析論文
摘要：數(shù)字電視以SFN覆蓋為主，相對于多頻網(wǎng)，SFN不但具有技術優(yōu)勢、傳輸質量優(yōu)勢，同時能夠利用同一RF頻道播送多套電視節(jié)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(shù)量。本文探討了SFN技術的傳輸標準與結構，并結合數(shù)字電視網(wǎng)絡建設實例，說明了SFN的應用方法、覆蓋效果。
關鍵詞：單頻網(wǎng)；數(shù)字電視；地面電視；應用
數(shù)字電視以數(shù)字信號傳輸信息，可以減少信號損失及改善接收效果，收視過程無重影、無噪聲，且圖像清晰，建設數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡可以為用戶提供質量更高的公共信息傳輸服務。我國內地的城市居民多利用有線電視傳輸網(wǎng)絡接收數(shù)字電視，對于有線電視傳輸網(wǎng)絡無法通達的鄉(xiāng)村地區(qū)及城郊地區(qū)，具有移動接收及簡單接收能力的地面數(shù)字電視成為了發(fā)展主流。為了促進地面電視實現(xiàn)良性發(fā)展，應合理規(guī)劃網(wǎng)絡覆蓋模式。目前地面無線數(shù)字電視的常用覆蓋模式為單頻網(wǎng)（SFN）技術，本文研究了標準SFN技術在地面數(shù)字電視中的應用問題，以優(yōu)化地面電視組網(wǎng)技術以及傳輸網(wǎng)絡。
1傳輸標準與SFN結構
地面數(shù)字電視信號傳輸標準包括DTMB、ATSC、ISDB-T及DVB-T，其中DTMB標準技術特點鮮明，幀結構單位為整秒，能夠確保SFN實現(xiàn)同步，組網(wǎng)設備相對簡單、成本低，可以支持多媒體廣播業(yè)務、高清電視業(yè)務，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(tǒng)包括調制器、GPS接收機及適配器等，SFN系統(tǒng)結構如圖1所示。SFN系統(tǒng)中的激勵器主控通信，可調制信道編碼及實現(xiàn)故障報警，同時需要支持整個SFN系統(tǒng)完成比特、時間及頻率同步。SFN系統(tǒng)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的基礎上實現(xiàn)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的標準時間及標準頻率，從而實現(xiàn)時間同步；頻率同步的調制方式為TDS-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時鐘與10MHz參考源實現(xiàn)同步。SIP包是確保SFN實現(xiàn)同步覆蓋的重要構成部分，間隔時間為1s，如間隔＞1s，可能會導致激勵器失步，抖動為±100ns；如超出標準抖動范圍，極有可能導致激勵器重啟，全包抖動也為±100ns，在超出標準抖動范圍時可導致網(wǎng)絡延遲。SIP包由填充字節(jié)、功率控制、頻偏設置、調整延時、廣播尋址、最大延時、SI-SIP及SIP頭構成。
2SFN技術的應用
2.1工程概況
某區(qū)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)射頻點共為8個，發(fā)射頻率在642~759MHz之間，可傳送的數(shù)字電視為62套，采用四偶極子天線，天線處于垂直極化狀態(tài)，可實現(xiàn)四層四面發(fā)射，發(fā)射塔與廣電大樓的總高度為127m，發(fā)射點的實際海拔為73m。經(jīng)測試證實發(fā)射系統(tǒng)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(tǒng)在早期迅速發(fā)展了大量用戶。另一方面，由于近年來該區(qū)的市政規(guī)劃發(fā)生重大變化，發(fā)射塔附近、市區(qū)內建設了大量高層建筑，密集的高層建筑阻擋了無線信號，導致覆蓋范圍縮小，且覆蓋區(qū)內的信號質量變差。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(qū)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(shù)與數(shù)字頻率
在建設SFN時需要確保固定覆蓋與移動覆蓋實現(xiàn)兼容，采用總局推薦的調制模式，將FEC碼率調整為9.629Mbps，信號幀長為4725個符號，F(xiàn)EC選用0.4，設臺最大距離為23.6km。幀頭長度取78.7μs，信號電平最小值為-84dBm，C/N為12.9dB，交織720。在規(guī)劃數(shù)字頻率時充分利用了空閑頻道，以減少頻道干擾問題，同時對部分頻道，包括公共新聞、文體、經(jīng)濟及影視頻道等進行打包復用，以確保數(shù)字頻率符合模數(shù)同播原則。為傳輸高清電視節(jié)目，應保證SFN系統(tǒng)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及其他動態(tài)類節(jié)目，將節(jié)目的帶寬調整至1.5Mbps左右，盡量避免帶寬＜1.0Mbps。在規(guī)劃數(shù)字頻率時還要求每個頻道傳輸?shù)碾娨暪?jié)目≥6套，EPC占用的帶寬應控制在0.3kbps左右，同時利用剩余帶寬傳輸部分廣播節(jié)目。為了降低SFN組建難度，采用了循序漸進式建網(wǎng)及覆蓋方法，先完成骨干臺的選點及覆蓋工作，確保骨干臺實現(xiàn)大功率、多點覆蓋，在測算發(fā)射臺覆蓋范圍時依據(jù)CCIR曲線圖。曲線圖的繪制基準為1kW發(fā)射功率、4m接收天線，天線增益10dB，發(fā)射功率2.5kW，接收場強取45dBμV，門限值為30dBμV。
2.3發(fā)射系統(tǒng)與信號接收
建網(wǎng)時采用了DTMB1kW型數(shù)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、寬頻帶及超線性，可實現(xiàn)熱插拔，因此可以降低發(fā)射機的安裝及維護難度�？刂颇K可實時監(jiān)控末級功放與激勵器等相關構件的工作狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到信號發(fā)射質量監(jiān)控系統(tǒng)當中。控制模塊的接口協(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)，同時可以實現(xiàn)遠程監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)信號傳輸過程受到干擾時能及時調整SFN系統(tǒng)運行狀態(tài)，從而保證SFN系統(tǒng)中的天饋模塊、發(fā)射機與激勵器等的技術指標、工作性能達到國家標準。在天線信號接收方面，本系統(tǒng)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、天線總類繁多，包括公交系統(tǒng)接收及出租車接收等，信號接收效果與高層建筑屏蔽、信號額外損耗有關，天線增益接近0，在部分情況下可造成嵌入天線出現(xiàn)負增益。室內便攜接收主要被用于偏遠地域及有線電視難以覆蓋的區(qū)域，一般情況下SFN系統(tǒng)可使天線增益12~15dB。固定接收是常見的天線接收形式，天線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(qū)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(tǒng)中存在覆蓋盲區(qū)，如隧道、偏遠郊區(qū)、地下室及高層建筑陰影區(qū)等，為了抑制干擾、減少覆蓋盲區(qū)及提高接收天線增益，在部分區(qū)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)工作完成后進行了開路測試，測試的發(fā)射站共為三個，臺站的發(fā)射功率均為1kW，間距為37.06km、24.56km、21.58km，靜態(tài)延時均為0，采用垂直極化方式。在測試的過程中如出現(xiàn)LDPC誤包，則失敗判據(jù)為LDPC誤包率，將判決門限定為1%。為減少干擾，在測試時需要適當限制天線場形，同時控制好交疊區(qū)內的最長延時，避免延時超過保護間隔。在測試時發(fā)現(xiàn)，覆蓋網(wǎng)中的信號重疊區(qū)域達到兩個以上，如開啟的發(fā)射站達到2個以上，則可以確保接收點場強得到有效提升，但在場強得到提升的同時，無法有效增強接收點C/N或靈敏度。經(jīng)測試后證實移動接收LDPC>0的區(qū)域在覆蓋網(wǎng)中所占的比例約為5%，LDPC=0區(qū)域約為95%。電平區(qū)間<-80dbm，覆蓋區(qū)域為2%；電平區(qū)間為-70~-80dbm，覆蓋區(qū)域為6%；電平區(qū)間為-60~79dbm，覆蓋區(qū)域為26%；電平區(qū)間為-50~-59dbm，覆蓋區(qū)域為48%；電平區(qū)間為-40~-49dbm，覆蓋區(qū)域為16%；電平區(qū)間>-40dBm，覆蓋區(qū)域為2%。
3結語
綜上所述，在地面電視系統(tǒng)中應用數(shù)字化編制處理技術可以保證信息傳輸過程的可靠性、實時性及快速性，讓用戶能夠收看到清晰的圖像。為了推廣地面數(shù)字電視，應重視運用SFN技術。在運用SFN技術時需要嚴格執(zhí)行國家標準，確保覆蓋網(wǎng)的同步性達到要求。在構建SFN時，應注意做好頻率規(guī)劃，充分挖掘頻譜潛力，確保正常播出模擬電視；同時要注意對SFN發(fā)射網(wǎng)絡進行優(yōu)化調整，減少信號輻射、電磁波、覆蓋盲點及覆蓋盲區(qū)，進而有效提高覆蓋率。
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