地面數字電視廣播傳輸系統的工程設計及實踐

黃少俊，童龍文

(廣東省廣播電視技術中心，廣東 廣州 510012)

地面數字電視廣播傳輸系統的工程設計及實踐

黃少俊，童龍文

(廣東省廣播電視技術中心，廣東 廣州 510012)

結合相關實例介紹了廣東省地面數字電視廣播傳輸系統在工程設計與實施中的關鍵點，包括發射機功率配置、天饋線系統配置、信號源傳輸和接引系統配置方法等，并對監測系統、配電供電系統、機房接地系統等周邊的配置以及發射頻率的配置進行了說明。

地面數字電視；電視傳輸；中國地面數字電視標準；發射機

2006年8月，中國地面數字電視廣播標準DTMB(GB 20600—2006)正式發布。在此之前，中國部分城市已先行采用歐洲DVB-T標準開展公交移動電視業務，隨著國標頒布(含相關配套標準)[1-2]及近幾年相關產業的發展，采用國標方案進行地面無線覆蓋已成定局，全國各地的電視發射臺陸續進入模擬電視發射系統向數字電視發射系統轉換過程中。筆者根據10年來從事數字電視地面廣播的工作實踐，通過本文發表一點自己的看法，與大家一起交流學習。

1 數字電視發射機功率配置

在模擬時代，發射機額定輸出功率加上發射天線增益，減去天饋線損耗后在天線上的有效輻射功率大小，從而影響覆蓋范圍，故發射功率的大小往往決定其覆蓋區域。但由于數字電視信號傳播中存在峭壁效應(cliff effect)，發射功率并不是影響覆蓋效果的唯一因素，發射功率的提高并不像模擬電視一樣可以很大程度地改善接收效果，除了場強因素外，更重要是發射機自身性能指標(特別是調制誤差比MER的指標優劣)、工作參數的選擇、是否存在模數同頻/鄰頻干擾以及接收端載噪比(C/N)和誤碼率(BER)等因素，才是影響覆蓋效果的關鍵條件。

以發射機工作參數選擇為例，發射機工作模式(單/多載波、調制方式QAM/QPSK、前向糾錯編碼效率0.4/0.6/0.8、幀頭PN420/595/945模式、交織模式等)不同，接收方式不同時(移動/固定)，系統的接收載噪比門限要求也不同，而C/N門限要求不同，決定相應的最小接收電平也不同，從而對接收效果影響很大[1-3]。

另外，覆蓋區域的地形地貌以及建筑物的遮擋，對覆蓋影響較大，從而也影響發射功率配置。若覆蓋區域開闊，發射點的相對發射高度較高時，建議采用單點合適功率全覆蓋方式，如市縣級中心區域覆蓋；對于廣州、深圳等大城市或地形復雜地區，考慮到地形和建筑物的遮擋造成較多的陰影區，建議采用組建小功率單頻網的覆蓋方式。無論何種方式都會存在覆蓋盲區，再考慮使用直放站進行補點優化。

綜上所述，在進行數字電視發射功率配置時，首先綜合考慮欲覆蓋區域范圍、業務需求(高清/多套標清)、接收方式(移動/固定)等，初步確定發射機的工作模式，從而確定系統的C/N門限，再結合發射頻率、天線掛高等具體參數，選擇合適的電波傳播模式進行測算，最終確定數字功率配置，使系統滿足覆蓋區域的接收要求。目前市面已有相關覆蓋預測軟件出售，結合覆蓋區域的地理信息數據GIS，可進行計算機仿真驗證。

下面舉一個理論測算例子來說明：采用哈塔-奧村(Hata-Okumura)電波傳播模型，在越秀山采用DS14，數字功率 3 kW， 利用目前在使用的天饋系統，室外固定接收，預測覆蓋半徑R=52.97 km；若數字功率更換成5 kW，則R=63.00 km。

類似的，DS22/3 kW數字功率，預測覆蓋半徑R=47.86 km； 若數字功率5 kW，則R=56.23 km。

2 數字發射天線和饋線系統配置

目前數字發射天線主要有縫隙天線和偶極板天線兩種。

前者增益高，安裝方便，但只有水平極化方式，天線方向圖不可調整，同時屬于窄帶天線，無法滿足多頻道共用，在組建單頻網時不方便調整覆蓋區域的大小。故一般應用于高山(高塔)單點發射、遠距離固定接收用。

后者增益較前者低，但屬于寬帶天線，通過更換功分器分支電纜可改變天線方向圖，且天線傾角可調，有利于調整覆蓋區域的大小。故非常適合于單頻網組網用。2011年北京中天鴻大推出的UHF數字電視四偶極板天線實現了垂直極化、寬頻段、高增益等特性，該天線在分米波全頻段(470～ 860 MHz) 內輸入駐波比≤1.1，天線增益達到11 dB，多部發射機可共用一副天線，大大提高鐵塔和天饋設備的使用效率。

由于地面數字電視廣播主要考慮地域均勻覆蓋為主，在發射天線的選擇上，重點要根據服務區的地形地貌特點和移動/固定接收的業務應用，恰當選擇發射天線類型和定制方向圖。一般建議在安裝新數字發射天線時，優先采用不超過4層左右的垂直極化偶極板天線。

根據DS-28在東莞烏石排發射點采用上述兩種天線覆蓋效果試驗結果表明，采用垂直極化偶極板天線發射，接收端采用結構簡單的垂直極化接收的鞭狀車載吸盤天線，其移動/固定接收效果明顯優于其他組合方式。

對于饋線而言，目前配套使用的主要有1-5/8和3-1/8兩種。前者損耗大，承受功率小，但成本低；后者損耗小，承受功率大，但成本高?？紤]到數字功率有較高的峰均比PAPR，饋線及相關附屬設備(同軸開關、雙工器、假負載等)功率容限需保留模擬功率5～6倍(7 dB左右)為宜，并結合饋線長度實際選擇上述兩種型號。一般建議數字功率1.5 kW以下(含1.5 kW)、饋線長度100 m以內的采用1-5/8饋線，2.5～5.0 kW數字大功率采用3-1/8饋線為宜，另外在滿足功率容限前提下，優先選擇衰減小(如0.85 dB/100 m或0.5 dB/100 m 等)和駐波比VSWR<1.1的產品。

實例：DS-28在越秀山和圭峰山均采用2.5 kW液冷發射機，均配套3-1/8饋線，大雁山800 W機由于天線掛高80 m以上，為降低損耗也采用3-1/8饋線，其余800 W和600 W機均配套1-5/8饋線。

針對發射臺現有模擬用天饋系統，在新增數字發射系統時，提出如下3種解決方案供參考：

1) 若現有UHF電視發射天饋系統的帶寬和功率容量均滿足新增數字系統要求時，可采用多工器共用現有天饋系統。

2) 若現有UHF電視發射天饋系統的帶寬或功率容量不滿足新增數字系統要求時，而且桅桿段已無位置安裝新數字發射天線對，可考慮將原有窄帶天線更換成同時支持模數同播或數數同播的寬頻帶天線系統。如北京移動電視通過更換原有窄帶天線，重新設計的寬帶天線同時滿足3個頻道共用的要求。

3) 若發射塔桅桿段有滿足要求的空余位置時，可選擇獨立安裝新增數字發射用垂直極化UHF天線，如上述DS-28均全部采用新增天饋系統。

3 信號源傳輸和接引系統配置要求

節目信號經信源編碼壓縮、復用后形成MPTS流(若組建單頻網時，還需通過單頻網適配器插入頻率和時間基準信號SIP包后，實現MPTS流到單頻網傳送流SIP-TS的轉換)，無論是MPEG數字電視信號從播控中心至發射臺或主發射臺至各SFN發射機的信號源傳輸，均可采用獨立光纖或波分復用、數字微波和衛星傳輸等手段，通過PDH、SDH、ATM等網絡傳輸標準進行數字電視信號的透明傳輸。在組建SFN網時，無論采用何種傳輸手段，TS流信號必須100%透傳，不能改變TS流的PID值和PCR值，也不能增刪空包，更不能中途復用其他數據流，且傳送至各發射點的最大時間差不能超過1 s。總之，輸入單頻網內各發射機激勵器的SIP-TS必須是同時且逐一比特同步，加上同頻發射，簡稱“三同”。

1) 首選采用獨立單模光纖傳輸，要求相應的光端機應支持SDI和DVB/ASI信號格式傳輸，同時具備抖動管理功能。如DS-28復用5套節目均由廣東電視臺播出部通過光纖送至越秀山發射臺；越秀山至番禺地球站SFN網點的信號傳輸也是采用獨立光纖。

2) 采用SDH數字微波傳送TS流時，相應的網絡適配器除透明傳輸外，必須滿足GB/T 19263—2003的規定，特別需針對數字微波傳輸過程中產生的時鐘抖動加以校正，克服因傳輸造成系統的不同步。如DS-28越秀山主發射機至圭峰山和烏石排2個SFN點信號傳輸，均采用一對ASI/E1網絡適配器連接SDH數字微波E1口進行點對點透傳。

4 監測系統配置要求

臺站監測監控不僅要考慮發射設備的工作狀態，還要考慮門禁、機房環境、視頻監控等。一般數字電視發射機均配置RS-485、RS-232等通信接口并經公開通信協議，通過軟件實現本地監測監控，還可以通過SFN的SIP包相關信息實現對全網各發射機集中遠程監測監控，未來還需考慮建立覆蓋網絡射頻監測系統，從而實現從信源至接收端的全程監測。如越秀山2.5 kW和番禺地球站0.8 kW機均已通過RS-485接口實現本地監測監控功能。

監測系統完成功能主要包括：

1)對數字發射機進行預設、調整、記錄、查詢；控制定時開、關機，工作模式顯示及修改，功率設置、顯示及調整，故障報警記錄、激勵器主備切換等。

2)發射機的關鍵數據回傳服務器，并形成報表等。

5 供配電系統配置

一般數字電視發射機的效率為15%～20%，如3/5 kW數字發射機能耗一般是20/25 kVA，如考慮空調照明等饋電冗余，配電容量應選30/40 kVA為妥。故需了解發射塔配電總容量及冗余情況，若不滿足新增數字發射設備的需要，應對現有的電力系統進行升級擴容；是否雙路電源供電或柴機供電，動力三相是否平衡，是否需配電力穩壓器等，一般要求從總動力柜獨立開關引岀三相電，外配本機配電箱進行供電。考慮到南方多雷電天氣，電力系統最好配置高等級防雷擊的避雷器。對發射機產品也要求在整機三相電輸入端、功放箱供電的開關電源等關鍵部位配置避雷器，以提高系統可靠性。

6 機房與接地系統的配置

機房要求有高頻接地極(網)，發射機的高頻接地端子與機房的高頻接地極(網)須連接良好。城市樓宇內設置機房時，由于缺少高頻接地極(網)，須要求各設備作等電位連接。

目前數字電視發射機功率等級從0.5～10 kW不同，基本由1～2個19 in(1 in=2.54 cm)標準機柜構成，加上液冷、假負載、多工器、假負載等附屬設備，一般機房有15 m2可滿足要求。另外，機房最好密封并安裝1臺制冷量為7～12 kW(即俗稱約3～5匹)空調進行機房環境控溫，發射機頂端接管道排風系統集中對外散熱。

總之，數字機房基本與模擬電視機房要求相同，參照 GY 5062—1998《電視和調頻廣播發射(轉播)臺(站)設計規范》有關規定即可。

7 發射頻率的配置

根據國內外試驗及專家意見，以移動接收為主的地面數字電視廣播，建議其發射頻率選擇在UHF頻段內550～700 MHz(DS23～DS36)工作頻段較為合適。

目前，我國地面數字電視建設正在加快實施，如何既好又快地完成工程建設，前期的工程設計是關鍵環節。值此地面數字電視國家標準實施、應用之際，希望以此文為契機，與從事地面電視發射傳輸的技術人員交流，起拋磚引玉之作用。

[1] 國家廣播電影電視總局廣播電視規劃院.地面數字電視技術資料匯編[G].北京：國家廣播電影電視總局廣播電視規劃院，2008.

[2] 楊知行.地面數字電視傳輸技術與系統[M].北京：人民郵電出版社，2009.

[3] GB/T 26683—2011， 地面數字電視接收器通用規范[S]. 2011.

責任編輯：閆雯雯

Design and Practice of Digital Terrestrial Television Broadcasting Transmission System

HUANG Shaojun, TONG Longwen

(GuangdongProvincialRadioandTelevisionTechnologyCenter,Guangzhou510012,China)

The important design and practical points about Guangdong provincial digital terrestrial television broadcasting transmission system are introduced, including transmitter power allocation, antenna system configuration, signal source transmission, grounding system configuration method.The configuration of observation system, distribution power supply system, grounding system of computer room and emission frequency are explained.

digital terrestrial television broadcasting;television transmission; China digital terrestrial TV broadcasting standard; transmitter

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.16.010

2015-03-05

【本文獻信息】黃少俊，童龍文.地面數字電視廣播傳輸系統的工程設計及實踐[J].電視技術,2015，39(16).