淺析地面無線數字電視廣播系統建設

羅蘊軍，廖慶龍

（新余市廣播電視臺，江西 新余 338000）

淺析地面無線數字電視廣播系統建設

羅蘊軍，廖慶龍

（新余市廣播電視臺，江西 新余 338000）

地面無線數字電視發展迅速，特別是隨著國標的出臺，地面無線數字電視的發展將迎來新一輪快速發展的時代。進廣播電視“村村通”工程的有效方式。首先概述了地面無線數字電視，然后介紹地設需求、標準選擇、系統結構和組成、信號覆蓋情況等多方面，闡述新余市廣播電視臺況。電視；AVS；無線發射發展地面無線數字電視，是加速推面無線數字電視的優勢，最后從建的地面數字電視廣播系統建設情

數字電視；地面無線數字

為全面宣傳貫徹落實黨的十八大精神，健全和完善農村公共文化服務體系，實現農村廣播電視全覆蓋，實現城鄉公共文化服務均等化，各級政府均將促進數字電視地面廣播系統的發展作為一項重要民生工程。發展地面無線數字電視，是加速推進廣播電視“村村通”工程、為民辦實事的有效方式，不僅可以滿足廣大人民群眾日益增長的精神文化需求，而且還可以宣傳黨的路線、方針、政策，促進社會和諧。

1 地面無線數字電視概述

數字電視是指采用數字技術將圖像和聲音信號進行處理和調制、壓縮和編碼，經存儲和傳輸后，供用戶收看的電視系統。數字電視系統是從拍攝、編輯制作、存儲、播出、傳送、接收等全過程都采用數字信號的電視系統。數字電視與傳統的模擬電視相比都有重大改進，增加了節目容量；提供更加清晰的圖像質量和優美的音質；提供更多專業化、對象化、多樣化廣播電視節目。

地面無線數字電視主要實現方式就是通過采用數字壓縮技術，利用無線頻率傳送廣播電視節目。因無線頻率資源是社會的公共資源，是供需矛盾日益突出的不可再生資源；同時地面數字電視廣播是公共服務，數字化過程涉及到大眾的利益；數字電視廣播發展會對文化事業和信息化進程產生巨大的影響。所以目前地面數字電視廣播的快速發展乃大勢所趨。

2 地面無線數字電視的優勢

地面無線數字電視廣播系統是廣播電視體系中的重要組成部分，它能夠滿足現代信息化社會所要求的“信息到人”的基本需求，提高了無線頻譜的利用率，用戶可以在移動狀態下較穩定接收到較高質量的廣播電視節目信號。

2.1 數字電視的主要優勢

目前電視按信號傳輸可以分為模擬電視和數字電視兩大類，數字電視相對于模擬電視有較大優勢：1）信號質量更穩定，適宜遠距離傳輸；2）采用數據壓縮技術，便于實現不同網絡走向融合，充分實現真正意義上的信息資源共享；3）容易實現信號存儲，而存儲時間與信號的特性無關；4）可以實現時分多路，充分利用信道容量，實現文字多工廣播；5）可以合理地利用各種類型的頻譜資源；6）很容易實現加密/解密和加/干擾，便于數據廣播業務和專業的應用；7）具有互操作性、可擴展性、開放性和兼容性[1]。

2.2 無線傳輸的主要優勢

數據傳輸可以分為有線和無線兩大類方式。無線傳輸方式與有線傳輸方式相比具有以下優勢：1）本錢廉價。用無線數據傳輸模塊建立專用無線數據傳輸方式，節省了人力物力。2）建設周期短。遠程站點相互連接通信時，無線的方式可以迅速組建起通信鏈路，工程周期可大大縮短。3）適應性好。采用無線數據傳輸方式有更好的更廣泛的適應性，幾乎不受地理環境限制。4）擴展性好。采用無線數據傳輸方式，只需將新增設備與系統設備相連接就可以實現擴充。5）系統易維護。無線數據傳輸線路相當精簡，出現故障時只需維護數據傳輸模塊，能快速找出原因，恢復線路正常運行。

總之，地面無線數字電視廣播系統這種覆蓋方式具有建設和運行費用較低、建設周期短、技術成熟、傳輸安全、信號覆蓋范圍廣、信號質量好、傳輸的節目多、性價比高等優勢。

3 地面無線數字電視廣播系統建設

3.1 建設需求

1）地理環境的要求。根據無線電視特有的屬性，地面無線數字電視對地理環境有一定的要求，它適合在部分丘陵地帶和平原地區使用和發展，不適合在森林地帶、極端低洼地區和高山發展地面無線數字電視。在不超過無線數字電視基站覆蓋范圍內，用戶都可以通過固定接收或者移動接收等方式收看無線地面數字電視。

2）適合的發展條件。一是推進無線數字電視發展符合國家科技發展政策與要求，是社會進步的必然趨勢。二是無線數字廣播電視技術手段已經成熟，隨著國標的強制實施，相關的產業支持和配套能力逐步增強。三是地面無線數字電視，能將地方政府的聲音傳入廣大人民群眾的千家萬戶。廣大用戶只需用一個機頂盒和一副天線即可收看到無線發射的多頻道、效果好的廣播電視節目。所以，建設地面數字電視廣播網，是目前廣播電視信號有效覆蓋農村地區、遠郊及偏遠山區，以及移動終端的優選傳輸方式。

3）實際的建設需求。首先，新余地形，西部以丘陵為主，東部為平原，南北高、中間低平、東部敞開，新余境內山地大部分布在境界邊緣，地理環境比較適用地面無線數字電視。其次，新余臺十多年前已建設了無線發射臺，位于新余市區的西北端仰天崗山頂，海拔424 m，發射塔高60 m，利于搭建無線數字電視發射系統。最后，電視節目傳輸行業正處于打破舊模式、建立新模式的關鍵時期，新余臺成立了電廣傳媒數字廣播電視有限公司，以無線地面數字電視為主營業務。

3.2 編碼、傳輸標準選擇

1）信號傳輸標準。目前，國際上形成了4種不同的地面數字電視廣播傳輸標準，即歐洲的DVB-T標準、日本的IS?DB-T標準、美國的ATSC標準和我國的國家標準DTMB。2007年8月1日，我國頒布的強制性的國家標準——《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》（標準號為GB20600—2006）正式實施。國標DTMB以時域正交頻分復用（TDS-OFDM）調制技術為核心，傳輸效率或頻譜效率高、抗多徑干擾能力強、信道估計性能良好、適于移動接收。地面數字電視國標的頒布實施，推動了我國廣播電視事業有序、快速的發展，促進我國廣播電視產業的優化升級和可持續發展。

2）信源編碼標準。經過十年多演變，音視頻編碼技術層出不窮。目前可以選擇的信源編碼標準有：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（簡稱AVC，也稱JVT、H.264）、AVS。MPEG-2是第一代信源標準，MPEG-4、AVC、AVS為第二代標準。MPEG-4的編碼效率是MPEG-2的1.4倍，AVC和AVS的編碼效率都是MPEG-2的2倍以上[2]。MPEG-2、MPEG-4、AVC標準都是由MPEG專家組制訂的，AVS是我國自主制定的，具備自主知識產權。AVS是開放式制訂的國家、國際標準，易于推廣；編碼技術方案簡潔，芯片實現復雜度低。由于地面電視系統采用無線發射傳輸，頻率資源有限，因而形成了節目數量與質量、信號覆蓋與頻點帶寬之間的矛盾。在頻率資源有限的情況下，有效解決這對矛盾的唯一選擇就是采用高效率編碼標準。綜上所述，AVS標準是第二代信源標準的最佳選擇。按照系統設計要求，以5個頻點傳輸60套標清節目，平均每個頻點12套節目；系統采用32QAM調制方式，節目傳輸帶寬達到25.989 Mbit/s；采用AVS編碼標準，減去每個頻點的管理信息占用的帶寬，平均每套節目的壓縮碼率在2 Mbit/s左右，完全可以達到標清傳輸的要求；同時采用單載波調制方式可以有效地降低信號接收門限，改善信號覆蓋效果。

3.3 系統結構與組成

3.3.1 系統結構

整個地面無線數字電視廣播系統的構成非常復雜，但從宏觀上看，系統主要由數字前端、網絡管理系統、傳輸（發射）系統和用戶終端構成，其結構如圖1所示。

圖1 地面無線數字電視系統的結構圖

3.3.2 數字前端

為方便管理及維護，編碼系統以硬件支持軟件編碼的方式組成，以全IP組網方式將節目信號采集、傳輸、編碼及加擾復用等環節實現節目數據和管理數據的傳輸；同時將前端節目編碼管理及維護等軟件統一集中到管理服務器上，對編碼服務器、CA服務器、客服充值服務器及其他設備實行遠程管理。

1）信源部分。信源部分主要指廣播電視節目及數據信息的來源渠道。信源設備主要包括數字衛星接收機、節目采編工作站、編碼器、有線電視機頂盒等。數字衛星接收機選用同洲P5000，可解碼MPEG-2，H.264/MPEG-4 AVC，AVS等編碼格式節目；能將所接收的節目以ASI、HDMI、網絡信號輸出；開放SNMP可編程接口，便于廣電機房設備集中管理。

2）處理部分。處理部分主要是對工作流程中各種數字信號進行相應處理，并使系統附加服務具有靈活性和多樣性[3]。系統選用了哈雷多通道復用器Prostream，該設備集復用加擾為一體，具有網絡輸入/輸出端口與TS流端口。它的作用是將CA軟件產生的加擾信息同節目信息復用到一起；同時給每套節目添加相應PID，以此產生節目排序表，是所有信號的匯集點，也是前端系統的終點站。選用德芯NDS3506TX作為DVB網關，將TS流信號轉換成網絡信號輸出，輸出帶寬大、穩定。交換機網絡組網也是系統的關鍵，因此在交換機的選擇上應該以設備的穩定性為最重要的參考點，最終系統選用了思科WS-C3560G系列企業級三層千兆交換機。

3）編碼服務器。編碼服務器是裝載編碼軟件的載體，每臺服務器可以由編碼軟件通過交換機選取12套節目進行編碼，之后再由交換機輸出至復用器進行節目復用與加擾；因此編碼服務器是網絡信號最繁忙的設備，需要處理海量的節目信息與管理信息，因此在選擇編碼服務器的時候最重要的兩點是CPU的運算速率與網卡的輸入輸出帶寬。系統選用戴爾PowerEdge R320作為編碼服務器，服務器采用了Intel至強E5-2403 CPU，雙端口千兆網卡。

3.3.3 管理系統

管理系統要滿足網絡運行的基本要求，主要包括設置管理、安全性管理、性能管理、用戶管理和差錯管理等[3]。在應用中應強調設備的穩定性，系統選用戴爾PowerEdge R310作為管理服務器，并安裝了國標AVS編碼軟件、CA軟件與客服軟件等相關軟件。系統的節目信號和管理信號分別有不同的處理流程。

1）節目信號的處理流程：每個節目輸出設備都有其相應的輸出口IP地址（組播輸入地址），編碼軟件就是通過相對應的IP地址找到需要進行編碼的節目源；在經過編碼處理后（根據設計要求設定每套節目的碼率），節目的輸出同樣需要輸出到某個IP地址（組播輸出地址），由復用器來定義這個節目的組播輸出地址。也就是說每套節目在通過編碼后都會輸出到復用器的某個特定的組播輸出地址，并由此進行節目編組輸出，系統復用器應定義5個TS輸出口，每個端口編組12套節目輸出，同時，按照設計要求限定每個輸出端口的帶寬不得大于25.989 Mbit/s。圖2為地面無線數字電視系統信號流程圖。

圖2 地面無線數字電視系統信號流程圖

2）管理信號的處理流程：CA服務器是管理整套系統的關鍵，任何管理信息都需要通過CA軟件才能下發到用戶的節目信息中去。流程為：（1）調用用戶信息；（2）確認用戶信息，完成業務信息；（3）請求CA系統授權操作；（4）授權下發、完成業務辦理。例如，某個用戶通過客服服務系統使用充值卡充值，首先用戶在撥打服務電話后，客服系統將要求用戶輸入需要充值的智能卡號碼，之后系統將通過調用BOSS系統中的用戶資料，通報用戶確認用戶信息，然后要求用戶輸入充值卡號碼和密碼，此過程同樣需要調用BOSS系統信息，以確認該充值卡是否有效，確認有效后，將自動按標準添加用戶繳費信息，更新BOSS系統中的該用戶信息，同時將通過網絡接口連接到CA系統，控制該用戶所收看節目的加密條件。

3.3.4 發射系統

發射系統的工作是將節目流（TS流）調制成射頻信號發射出去，其流程是TS流信號經過復用后傳輸至調制器。數字發射系統主要是由天饋線系統和數字發射機組成[4]。

1）數字發射機。系統采用凱騰四方1 kW寬帶數字電視發射機，符合GB20600—2006標準規定，采用先進的數字預失真校正技術，校正量大，可以有效地提高發射機的整機指標以及效率；功放管采用國外大公司原裝進口的最新型LD?MOS，指標好、效率高、體積小；分配、合成采用吉塞爾與3 dB混用方式，即可得到最小的插損，又能夠保證良好的隔離。無線發射占用DS40～DS44電視頻道頻率，調制參數設定射頻輸出頻率分別為730 MHz，738 MHz，746 MHz，754 MHz，762 MHz，調制星座均為32QAM，單載波。因設備工作的特性并不是完全一樣，在每個調制器輸出信號前都將信號衰減電平設置為0 dB，并測試混合輸出的波形，根據測試波形，調整調制器的衰減電平，使每個頻點的輸出電平都在同一水平上，以降低斜率，提高信號質量。最大允許發射功率為1 500 W，在實際使用中，通過控制激勵器增益，來控制發射功率。一般正常使用的發射功率為900 W左右，發射信號在4 W以下。

2）天饋線系統。發射天線使用鞍山市圓方生產的UHF四偶極子寬帶數字電視發射天線陣，該天線具有寬頻帶、低駐波比、高增益的顯著特點；470～860 MHz的頻率范圍，增益達到12.5 dB，駐波比小于1.1；八層四面，安裝靈活、方便；水平極化方式；可以改變天線陣的水平方向圖，充分發揮輻射的最大效益；可以采取不同的波束下傾和零點填充來滿足不同服務區的要求。系統的電視發射機饋線使用饋管SDY-50-40，饋管長度為85 m。本系統采用多工器方式進行功率合成發射。

3.3.5 終端系統

終端系統的主要作用是接收發射臺的數字電視無線信號，并解碼、解擾還原成數字與模擬視音頻信號，供電視或移動終端接收識別。終端系統包含接收天線、機頂盒等設備。調試時，由于引向器陣列對增益、后向輻射、輸入阻抗等都有影響，首先要將室外八木天線架設到一定的高度，離開地面高度二三米以上，以免影響天線的阻抗和仰角。接好饋線，將接收天線的引向器對向發射臺方向，反復調整天線的方位角和仰角，即可接收到清晰的數字信號[3]。另外需要注意，接口需用防水膠帶處理，同時還應注意防雷。

3.3.6 供配電系統

穩定可靠的供配電系統是無線數字電視安全播出的重要保障。供配電系統主要是前端機房供配電系統改造和發射機房用電。前端系統設備大量使用了服務器，大大增加了原有供電線路的壓力，為保證供電安全，其供電線路進行相應的更換；為保證安全播出，機房用電總功率大約為23 kW，線路設計按用電總功率30 kW設計，并采用易事特20 kVA UPS作為應急電源，UPS只對節目播出關鍵設備供電。發射機房因原無線發射臺電力系統留有冗余，采用原電力系統供電，完全能滿足增加了無線數字電視系統發射設備的用電需求。增加易事特EA900系列30 kVA UPS作為應急電源，在遇發射機房停電的情況時，首先將發射機功率降半發射，以保證UPS供電時間足夠；降低發射功率對實際信號覆蓋不會產生明顯的減弱。配電系統應盡量使三相負荷相當，均流供電；杜絕負荷串聯式連接，杜絕連接點松動。

4 信號覆蓋情況

新余臺采用數字頻譜場強儀收測數字電視發射頻道的頻譜、場強；然后通過機頂盒及電視終端直接觀看地面無線數字電視接收效果；所用接收天線均是分米波標準測試天線。新余市全境東西最長處101.9 km，南北最寬處65 km，發射臺位于全市中心點偏南，且為市區最高點。在全市范圍內30余個鄉鎮或辦事處近100個點的信號強度和信號質量測試，并進行收視效果觀察（接收天線架高4 m）。東面地勢平坦，無高山阻擋，因此信號覆蓋情況非常理想，最遠處新溪鄉龍尾洲村信號測試場強可達40 dB；南面因良山鎮及九龍山鄉地勢崎嶇，且大部分居民都依山而居，信號被山丘阻擋，信號覆蓋情況較差；北面歐里、觀巢兩地信號覆蓋大部分可達到47 dB左右；人和、鵠山鄉兩地的信號覆蓋因蒙山的遮擋，出現較大的差別，最高可達場強45 dB；西面因仰天崗山脈延伸，近處信號覆蓋較差，而在最西端信號場強可達48 dB；西南面因地勢復雜，信號覆蓋情況不理想?？傮w而言，新余地面無線數字電視信號覆蓋還是比較理想，只有南面、西南面和北面的一部分地區信號覆蓋較差，總體信號覆蓋區域超過80%。

5 總結

地面無線數字電視廣播系統的傳輸和使用有效提高了頻譜資源利用率，能克服環境惡劣的影響，大大改善用戶收看廣播電視節目的質量。新余市地面無線數字電視廣播系統自2013年5月正式開播以來，以其收費低、信號好、節目多深受城鄉居民的青睞，作為“村村通”工程的延伸，有效改善了廣播電視文化發展中城鄉不均衡的狀況。

[1]李志輝.淺談數字電視技術的現狀與發展[J].數字技術與應用，2012（10）：225-226.

[2] 李小蘭.三大熱點推動廣播電視數字化[N].通信產業報，2007-01-22（4）.

[3] 于翔.淺析數字電視前端平臺系統集成[J].中國有線電視，2010（5）：572-574.

[4]李軍善.無線數字電視系統的應用[J].電視技術，2010，34（11）：75-76.

責任編輯：薛 京

Analysis on Construction of Wireless Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting System

LUO Yunjun,LIAO Qinglong
（Xinyu Radio and Television Station,Jiangxi Xinyu 338000,China）

Thewirelessdigitaltelevision terrestrialhasdeveloped rapidly,especiallywith thenationalstandard, wireless digital television terrestrial development will usher in a period of rapid development.Development of wireless digital television terrestrial is accelerating radio and television"coverage to every village"project in a efficient way.Firstly,the terrestrial wireless digital television is summarized.Then the advantages of the terrestrial wireless digital television are introduced.Finally,from construction requirements,standard ofselection,system structure and composition,signal coverage,Xinyu radio and television station digital television terrestrial multimedia broadcasting system construction is expounded.

digital television;DTMB;AVS;wireless transmitting

TN949.197

A

10.16280/j.videoe.2015.08.002

【本文獻信息】羅蘊軍，廖慶龍.淺析地面無線數字電視廣播系統建設[J].電視技術，2015，39（8）.

2014-10-10