中衛市農村數字電視無線覆蓋方案

邵 云

（寧夏回族自治區中衛廣播電視臺，寧夏 中衛 755000）

1 引言

中衛市是寧夏西部的一個地級市，也是我國西部的一個樞紐城市。在中衛地區，信息獲取手段的落后已經成為構建和諧社會和建設新農村的嚴重障礙。針對目前中衛市農村地區廣播電視覆蓋現狀，中衛市廣播電視臺和成廣電視設備有限公司（下稱成廣公司）在市中心和東部勝金關農村地區建設了一套國標數字電視無線覆蓋規劃系統。

2 系統原理

本系統主要解決農村地區電視信號覆蓋問題。根據地理位置，在轄區的東部和西部城區中心各建一個發射站，以實現對西發射站的東南部180°，半徑20 km范圍內，北部半徑9 km范圍內和東發射站的南部偏東180°，半徑15 km范圍內，85%以上地區廣播電視節目地面數字電視信號的良好覆蓋，信號場強在上述范圍內不低于30 dBμV。并通過發射天線的偏置設計，有效避免對本縣以外地區廣播電視信號的干擾，界外場強低于20 dBμV。

本系統的前端信源系統設在城區廣電大樓，包括編碼復用系統、加擾系統、調制系統和光纖傳輸系統。利用5個電視頻道，采用國標地面數字電視技術，傳輸電視節目35套以上，廣播節目8套以上，電視節目每套碼率平均不低于2.35 Mbit/s。5路TS流信號經加擾、激勵器調制，在射頻上合成后通過既有光纖傳至各發射站，經光接收機接收后傳至發射機，發射機進行選頻并將每一個頻道信號功率放大到100 W后發射，系統原理如圖1所示。

3 系統實現

本系統要求，在中衛市城區東部和西部共建2個發射主站，各使用5臺單頻道100 W發射機，覆蓋境內的大部分農村地區，并根據覆蓋情況在邊遠鎮再建設2個或更多直放站進行補點發射，以實現對中衛市城區境內所有農村地區地面數字電視信號的良好覆蓋。

圖1 數字電視傳輸系統圖

3.1 100 W單頻道發射機

系統中，2個發射站各配置5臺100 W發射機，使用5個相同的電視頻道，發射5路數字電視信號。5臺發射機采用組合設計方式，將2個和3個頻道的發射機分別裝入1個機柜，在發射機輸出端采用數字式帶通濾波器構成的雙工器和三工器進行頻道合成，通過2副天線發射出去。

系統采用成廣公司生產的DMB-100-I型100 W數字電視廣播發射機。主要由頻道選擇器、激勵放大器、功放單元、顯示單元、控制單元、輸出濾波器、電源系統以及風冷系統等組成。100 W數字電視廣播發射機原理如圖2所示。

圖2 100 W數字電視發射機原理圖

發射系統中，雙工器和三工器裝在一個機柜內，這樣發射站的主要發射設備被設計裝在3個機柜內，發射系統圖如圖3所示。

圖3 5×100 W數字電視發射系統圖

在發射站，光接收機解調輸出的多個頻道射頻信號，經發射機采用多級頻道濾波器后，分離出單一頻道的射頻信號進入各頻道發射機。本系統中，選頻器負責將合成射頻信號里的每個頻道信號取出。對于隔頻信號，分離過程簡單，但實現相鄰頻道數字電視信號的分離，則必須采取變頻濾波方式才能獲得良好的技術指標，選頻器原理如圖4所示。

圖4 選頻器原理圖

在相鄰頻道信號分離處理過程中，采用變頻技術和聲表面濾波技術，這是成廣公司根據本系統的特點獨創的射頻處理技術，實現過程復雜，成本較高，最大特點是實現了相鄰頻道高隔離度的要求。

3.2 多工器系統

多工器包括1個雙工器和1個三工器，DS-43和DS-46進行雙工，DS-41，DS-44和DS-48進行三工，合成后的2路射頻信號通過2副天線發射出去。多工器采用星型結構，主要技術指標：1）頻率范圍為470～862 MHz（DS-43/46 雙工，DS-41/44/48 三工）；2）功率容量為 2×1 kW/3×1 kW；3）插入損耗不大于0.5 dB（工作頻帶內）；4）隔離度不小于35 dB；5）駐波比不大于1.10；6）輸出接口為IF70；7）輸入接口為L27。

3.3 發射天線

本系統使用2副天線進行發射，采用6層偶極子筒型垂直極化天線。該天線設計功率容量3 kW，頻率帶寬100 MHz，可滿足多工使用的要求。發射天線單元采用筒形結構，天線系統進行了適當的相位補償優化，同時功率分配器采用多級切比雪夫變換以獲得更好的寬帶特性。該天線采用不銹鋼制作，具有防腐能力強、使用壽命長的特點。其主要優點是結構簡練輕巧、易于制作和運輸，駐波比特性好，頻率帶寬較寬，可滿足100 MHz間隔范圍內的多工器的要求。

6層筒形垂直極化天線系統由6對筒形天線振子、3根分饋線、1只3∶1功率分配器和1只λ/4調配線組成。主要技術指標：1）頻率范圍為 470～800 MHz/指定電視頻道中心頻率±50 MHz；2）功率容量為 1.4 kW；3）天線增益為9.8 dB；4）駐波比不大于1.10；5）方向性為全向（220°弱向）；6）極化方式為垂直；7）波束填充大于 8%；8）系統重量為100 kg。

3.4 數字電視激勵器

本系統5個頻道的國標數字電視激勵器設置在電視大樓中心機房，采用成廣公司激勵器CGDE-I。激勵器滿足標準GB20600-2006和GY/T229.2-2008的技術要求，可以實現國標要求的330種工作模式。激勵器的主要性能指標：1）工作頻段為VHF/UHF任一指定電視頻道；2）帶寬為8 MHz；3）頻率穩定度中，內置頻率基準不大于 1×10-8，外接頻率基準不大于 1×10-10；4）輸出功率可調范圍為-10～0 dBm；5）帶肩比（中心頻率±4.2 MHz）小于-50 dB；6）帶內波動不大于0.3 dB；7）MER優于36 dB；8）帶外雜散和諧波抑制不大于-65 dB；9）相位噪聲≤-65 dBc/Hz@10 Hz，≤-80 dBc/Hz@100 Hz，≤-90 dBc/Hz@1 kHz，≤-100 dBc/Hz@10 kHz，≤-115 dBc/Hz@100 kHz，≤-125 dBc/Hz@1 MHz。

4 系統試驗

4.1 系統工作模式

本系統支持國標的330種工作模式，在選擇發射機工作模式時，應根據各地的實際情況進行規劃設計，才能保證地面數字電視廣播系統覆蓋效果最佳。

無論多載波工作模式，還是單載波工作模式，均在時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）幀結構下進行子載波參數選擇。國標DTMB的統一性表現在系統幀結構、擾碼糾錯、系統時鐘、時域交織、調制方式、信號帶寬等，國標DTMB的融合性表現在時域和頻域相結合的信號處理方式上，在此基礎上的單載波和多載波信號可以統一用硬件處理。

根據成廣公司承擔的大量工程項目經驗，在相同測試環境下，邊緣接收場強時，單載波16QAM模式的性能要比多載波的32QAM模式好；對發射機而言，相同輸出功率情況下，發射機單載波工作時的帶肩比要比多載波工作高約2～3 dB，而在相同帶肩比情況下，單載波工作時的輸出功率約比多載波工作高約20%～30%。

在選擇發射機工作模式時，還應作如下基本考慮：

1）達到最低碼流要求。35套標清節目平均每套碼流控制在2.35 Mbit/s，每個頻道7套節目，碼流合計為16.5～17.5 Mbit/s，留有近20%裕量，可有效防止碼流溢出。

2）本項目主要面向農村固定用戶覆蓋，選擇C=1有如下好處：更低的峰平比，在16QAM時，單載波的峰平比要低1.5～2 dB，這樣發射機的成本可以降低，效率也可以得到5%以上的提高，運行成本降低了；接收成本更低，由于接收芯片的成本差異，同一個廠家的機頂盒，通常單載波的價格要略低一點。

根據廣電總局推薦的7種主要工作模式，本系統選用了如下4種工作模式進行試驗，最后根據接收效果確定了表1中的第2種模式為常規工作模式。

表1 4種工作模式參數

4.2 發射系統的測試

系統安裝完畢后，對整個發射系統進行測試。內容包括激勵器測試、信號分配系統測試、發射機系統測試和天饋系統測試。經測試，各子系統均達到了設計要求，可以投入使用。特別是發射機的帶肩比指標，均在-36 dB以下，包括相鄰頻道的2臺發射機均能達到這一要求，因此，本系統設計合理。

系統建成后，對每個發射系統的信號分布情況進行詳細的道路測試，進行多點測試，包括主要覆蓋區的近端（10 km以內）、遠端（場強覆蓋的邊緣20 km），考察測試點的場強和實際接收效果。同時在國標的不同模式下進行測試，包括發射機的效率、覆蓋場強和接收效果，最終確定上述第2種模式為最佳的覆蓋模式。

5 小結

本系統的實施，實現了中衛市城區境內大部分農村地區的數字電視無線覆蓋。由于系統具有良好的擴展性，易于實現其他地方的補點覆蓋。只要廣電系統光纖能夠到達的地方，大范圍補點時可采用本系統的單頻道發射方案，小范圍補點時可采用多頻道寬帶放大方案。

采用了射頻同源發射技術，所有相同頻道的發射機使用同一臺激勵器信號，該方案具有以下兩大優勢：第一，能有效解決干擾問題，因為在系統設計時，應盡量減少交叉覆蓋區域，就算出現交叉覆蓋區域，也不會影響數字電視的接收。第二，節省系統成本，由于第一個發射臺站建設完畢后，新增發射臺站的發射機不再需要激勵器，這樣發射機系統的成本則會大大節省。