大慶DTMB單頻網與有線網的整合補點研究

2006年，我國頒布了地面數字電視廣播傳輸強制性國家標準(GB20600-2006)(簡稱DTMB)。國務院辦公廳2008年一號文件轉發了國家發改委、國家廣電總局等6部委《關于鼓勵數字電視產業發展若干政策的通知》，該《通知》中指出，到2015年基本停止播出模擬電視節目。因此，隨著2015年的接近，全國各大城市的DTMB無線網絡建設、網絡改造工程都在如火如荼的進行中，其中一部分城市更是率先完成了DTMB網絡建設。然而，由于各地地理特征的不同和無線信號傳輸的局限性，導致無線信號在不同地區出現盲區、階段性盲區的傳統問題也困擾著各地的地面數字電視廣播運營商。如何能更穩定有效的、更加節省資源的通過無線信號補點的方式解決無線信號覆蓋范圍不夠、強度不足的問題呢？下面以大慶地區為例，介紹一種可利用已經建設好的有線電視光纖網絡實現無線DTMB單頻網信號同頻的補點技術。

一、大慶地區的DTMB網絡建設

大慶市位于松嫩平原中部，地域平坦，平均海拔只有146米。從地理特征上看，沒有高山遮擋，比較適合無線信號的傳輸。但是大慶市也有自己的城市特點，就是下屬行政區之間的距離比較遠， 因此，要想在大慶地區實現無線信號全覆蓋，必須要進行無線信號補點。

DTMB地面數字電視無線網絡的組網方式有兩種，分別是單頻網和多頻網，從無線信號覆蓋的角度來看，由于城市高樓等建筑物的遮擋，無論單個數字電視發射站點的發射功率多大，城市里都會有很多信號覆蓋不到的區域，單頻網可大大節約頻譜資源。因此，大慶地區無線DTMB網絡將采用單頻網組網方式覆蓋。

二、同步單頻網的應用難點和不足

但是單頻網也有它的缺點和不足。目前，實現單頻網，在發射端的最大難點是多個發射機的采用相同頻率同步播出同一節目。而接收端最大的技術難點是在多個發射站點都覆蓋到的交叉覆蓋區內，才能可靠地接收發射信號。發射端需要通過GPS等時鐘信號同步發射時間，保證各發射點數字電視信號的時間、頻率與比特嚴格同步。接收端如果僅收到一個發射站信號，這個信號將十分穩定，是不需要考慮同步問題的。但實際上單頻網組網時會出現多個轉播基站信號共同覆蓋區，用戶端接收機接收到不同發射站信號的時間，完全有可能是不同步的（盡管各發射站發射時間是同步的）。困擾各地地面數字電視廣播運營商最大的技術問題，是單頻網廣播的同頻干擾問題。我國地面數字電視廣播標準為此提出了單頻網廣播的解決方案，目前采用的主要是各基站利用GPS同步發射時間的方案。

GPS同步發射主要采用的三種信號同步方式：

頻率同步：

為確保接收機能將欲收信號之外的，來自其它發射機的接收信號視為回波單頻網中各發射機輸出信號的頻率應相同，這要求各發射機有高的頻率精度和穩定度。

時間同步：

為使來自其它發射機的接收信號欲接收信號之間的時延在接收機能夠抵抗的時延范圍內，要求各個發射信號之間的時間同步，即盡管一次分配網和發射機引入了時延，同一個信號幀也應在相同的時刻被各個發射機發送。

比特同步：

單頻網中各發射機在相同的時刻發送相同信號幀要求所有的信號幀在各個發射機中被完全一樣的調制，或者說，要求各個發射機中調制一個信號幀的數據逐比特對應相同，這就是所謂的比特同步要求。

基于以上三種同步方式的同步單頻網依靠GPS的頻率精度，解決各發射機的同步問題。各發射機將GPS的10MHz信號作為外部參考源，解決各發射機的頻率同步；利用GPS的1PPS秒脈沖信號，和單頻網適配器的信息，解決各發射機的時間同步。

三、共源單頻網技術介紹

下面介紹一種采用光纖實現信號同步的單頻網解決方案——共源單頻網解決方案。

共源單頻網是整個網絡只有一套激勵器，各發射機的信號由光纖送達。由于共用激勵器，保證了網絡的頻率同步和比特同步。時間同步則由控制到達各發射點的信號延時來保證。

要做到各臺發射機的時間同步，只要保證各通道發射機的光纖鏈長度相等就可以了。即：

光纖1+補償光纖1=光纖2+補償光纖2=……=光纖N+補償光纖N=光纖N+1

光纖延時原理如下圖。射頻電信號輸入激光二極管(LD)，LD將輸入射頻電信號變換成該信號調制的光信號，通過光接頭耦合進光纖。光電檢測器(PD)將射頻調制的光信號再變換為原來的射頻電信號。輸出的射頻電信號的頻譜完全和輸入射頻電信號的頻譜相同，只是用光纖作為介質延遲了一段時間，也就是說，射頻信號瞬時存儲在光纖延時單元中，存儲的時間的長短與光纖的長度成正比，這就是光纖延時的原理。

當光波在光纖中以速度v傳播的時候，延時的長短正比于光纖的長度L，那么特定長度L的光纖產生的時延可以表示為：

上式中， n為波長為 λ的光波在光纖中的折射率，c為光波在自由空間中的傳播速度。由△t的表達式，我們可以看出，延時時間的長短是與光纖長度L成正比例的，只要能改變光纖的長度，就能實現不同的延時時間。

光纖作RF時延的優勢：在同步單頻網中，時延是在激勵器中，依靠對數字基帶信號的存儲轉發的時間間隔來實現的。對于RF信號，要實現較長時間的延時，目前光纖是最經濟實用的選擇。首先，光纖可實現的時延較大，每公里光纖可實現約5μS的延時。其次，光纖的損耗小，在1550nm波段，單模光纖的損耗約0.2dB/km，加上熔接損耗，也不超過0.25dB/km。再者，光纖的體積小，易彎曲，光纖的直徑為125μm，一盤25km的光纖，體積不超過Φ300×200mm。

共源單頻網最重要的一個特點就是采用光纖實現發射機的信號傳輸與同步，廣電企業可利用有線光纖電視網實現DTMB無線單頻網的信號同步。以大慶地區為例，大慶地區有線電視光纖網絡已經覆蓋了大慶的五個行政區（包括距離市中心最遠的大同區），如果采用共源單頻網技術，利用現有的有線電視光纖資源實現DTMB無線單頻網的信號同步，則可以有以下優點：

1、節省大量的GPS、單頻網適配器、傳輸網絡適配器以及激勵器等設備資源。

2、可以使用多個較小功率發射機代替一個大功率發射機，降低信號輻射、減少電磁波污染、增強信號覆蓋均勻度。

3、無需考慮距離因素進行無線信號盲區補點（只要該盲區已經覆蓋有線電視網絡），快速解決盲區信號的覆蓋問題。

4、節省系統安裝調試時間，減少系統故障率，提高系統的可靠性。

綜合以上資料，采用共源單頻網技術，實現DTMB單頻網與有線電視光纖網的整合補點，非常適合大慶地區或其它覆蓋有線電視網的城市實現50km以上大范圍的DTMB無線網絡的信號覆蓋和盲區補點應用。