河北省地面數字電視廣播多頻網頻率規劃研究

張 勇

（河北省廣播電視技術中心，河北石家莊 050012）

國家新聞出版廣電總局《地面數字電視廣播覆蓋網發展規劃》（廣發［2012］113號）提出加強廣播電視公共服務能力建設，推動地面電視由模擬向數字化轉換。到2020年中國地面數字電視覆蓋網基本建成，地面數字電視綜合覆蓋率基本達到現有模擬電視覆蓋水平，地面數字電視接收機全面普及，地面電視公共服務水平得到較大提升。地面模擬電視信號停止播出，地面電視實現由模擬到數字的戰略轉型。地面數字電視廣播覆蓋網總體規劃作為其基礎發揮著重要的作用。

河北省新聞出版廣電局與國家新聞出版廣電總局規劃院聯合，共同開展了河北省地面數字電視廣播覆蓋網總體技術規劃的研究工作。該項目按照中國當前地面數字電視的發展方向，針對河北省的11個地級市以及139 個縣（縣級市）的廣播電視發射臺現狀，研究提出適合河北省現狀的地面數字電視廣播頻率規劃方案，同時開展了相關的覆蓋測試及網絡優化研究。在規劃過程中，項目組首先明確河北省地面數字電視廣播頻率規劃的原則以及相應的技術準則［1］，確定出適用于河北省開展地面數字電視廣播高清和標清業務的工作模式，并建立了河北省廣播電視數字臺站數據庫，開展地面數字電視廣播的覆蓋分析、干擾分析并給出相應的研究報告。

1 頻率規劃原則

由于各省、市發射基礎設施等情況不同，在正式開展頻率規劃工作前，須確定規劃的基本原則。規劃原則的確定應以無線電磁波空間傳播特性為基礎，在國家新聞出版廣電總局規劃原則以及無線電管理部門頻率分配指導下，對地面數字電視無線覆蓋網絡頻率資源、發射設備配置、基本網絡結構等做出科學合理的規劃。以能夠有效利用現有無線頻率資源［2］，充分保證地面數字電視覆蓋網絡的覆蓋質量，滿足觀眾收看需求。

河北省地處華北，北依燕山，南望黃河，西靠太行，東坦沃野，內守京津，外環渤海，周邊分別與內蒙古、遼寧、山西、河南、山東等省毗鄰，總面積達18.77萬km2。地勢由西北向東南傾斜，西北部為山區、丘陵和高原，其間分布有盆地和谷地，中部和東南部為廣闊的平原，地貌復雜多樣。河北省各級廣播電視發射臺站承擔了中央、省、市、縣級廣播電視節目的傳輸任務。因此，綜合考慮河北省地形、發射臺站播出節目、臺站建制及其他相關因素，本次規劃工作制定了如下規劃原則。

1）綜合考慮河北省地面數字電視廣播覆蓋網需分階段實施的情況，規劃工作按照省級、市級、縣級節目覆蓋順序進行，省級節目優先使用單頻網頻道資源。

2）規劃工作按照國標GB／T 14433—1993《彩色電視廣播覆蓋網技術規定》的頻道劃分，優先使用UHF頻段，在頻率緊張的地區可以少量使用VHF頻段。

3）開展地面數字電視廣播業務，充分利用現有廣播發射臺基礎設施。

4）對現有模擬電視頻道的覆蓋進行保護，新增地面數字電視頻道應盡可能不對現有頻道造成干擾。如干擾無法消除，則現有模擬電視頻道非服務區以及未經批準擅自播出的模擬電視頻道覆蓋將不受保護。

5）對鄰省（直轄市、自治區）的有用電視規劃頻道進行保護，如該規劃頻道與其他現狀臺站存在較為嚴重的干擾，實際已經無法啟用，則應當撤銷。

6）如出現較嚴重干擾問題，可根據實際覆蓋需求，采取改變極化方式、調整發射天線方向等技術措施消除干擾。

2 頻率規劃步驟

規劃的基本原則確定后，應采取以下步驟開展相關頻率分析、規劃工作。

1）篩選候選頻道。首先，對將要指配數字臺站所在地區內的所有頻率使用情況進行匯總，包括頻率、精確地理坐標、海拔高度功率、增益等數據。對上述頻率數據進行進一步分析，具體分析工作可借助CHIRplus＿BC軟件的頻率掃描模塊對指配數字臺站進行頻率掃描［3］，篩選掉同臺址的模擬現狀臺站，并刪除同臺址的有用規劃臺站。

2）確定候選頻率。篩選頻道可以給出從DS－13到DS－48共36個頻道的有害場強數值及最大干擾源。需要找出可用場強相對較小的若干頻道進行比較分析，可以參考有害場強越大，對應頻道可用場強越大的規律。同時，在頻率資源較充足的情況下，對距離較近的數字臺站，為避免出現同頻干擾，應盡量避開選擇同樣的候選頻道。

3）候選頻道覆蓋干擾分析。對確定的各候選頻道進行覆蓋干擾分析，實際規劃工作中，重點考慮候選頻道對模擬頻道的干擾問題，以確定候選頻道的實際可用性。

4）制定規劃方案。對候選頻道覆蓋干擾分析完成后，根據分析結果并結合指配數字臺站覆蓋區域的頻率使用狀況，制定規劃方案，最終為每個指配數字臺站確定頻道。

5）特殊情況分析。對于頻率資源緊張的臺站，有時無法確定候選頻道，如必須考慮指配數字頻道，可對現有模擬頻道進行分析，看是否滿足模擬轉數字條件，可當作備用數字頻道使用。

3 頻率規劃涉及的技術參數

與傳統模擬電視頻率規劃不同，在地面數字電視頻率規劃工作中，規劃參數的選擇會對指配數字臺站的覆蓋效果，以及對周圍發射臺站的干擾程度產生重要影響。地面數字電視頻率規劃的參數主要分為兩部分。

1）與接收機的設計有關，如接收天線特性、接收機噪聲系數以及需滿足的時間概率和地點概率等。

2）與發射臺站的規劃有關，如射頻載噪比、最小場強、射頻保護率、天線鑒別、電波傳輸模型［4］等，上述參數需經理論計算和實際測量得出。最小場強、射頻保護率等規劃參數是需要考慮的基本參數，這與模擬電視頻率規劃相同。而在地面數字電視頻率規劃中這些參數受到系統基本參數的影響，也就是地面數字電視所采用的工作模式。

本次規劃工作中，電波傳播模型采用了CHIRplus＿BC 軟件中的L＆S VHF／UHF（Tuneable）和ITU－R 1546 Terrain 模型，這兩種模型分別基于ITU 的1546模型和526 模型傳播曲線，相關參數可以根據不同的傳播環境進行調整。

3.1 系統參數

目前，國家標準涵蓋的地面數字電視工作模式共330種［5］，其中國家新聞出版廣電總局推薦的7種地面數字電視工作模式詳見表1。為了滿足在大多數地區開展地面數字電視標清電視節目的業務需求，本次規劃以室外固定接收為主。模式3及以下模式可以作為移動接收方式選擇，但由于系統靜碼率較低，傳輸節目較少，考慮到本次規劃以城市、農村廣播電視基本公共覆蓋為主，傳輸節目必須滿足中央及本省、市、縣節目，單個頻道需傳輸的節目內容較多，因此采用表1中的第6種工作模式開展地面數字電視廣播。

3.2 室內接收的標準場強

地面數字電視的覆蓋還兼顧城區室內接收，電磁波進入建筑物存在傳播損耗必將影響到接收場強。傳播損耗主要取決于使用頻率、建筑材料和電磁波入射角，同時還要區分接收點是在樓內深處或是靠近大樓外墻、窗口。一般情況下建筑物的穿透損耗定義為建筑物內給定高度的平均場強與該建筑物外相同高度處的平均場強之差（dB）。根據大量測試得到有用的統計信息，表2列出了建筑物的平均穿透損耗和標準差［6－8］。本規劃分析選用“中成功率”參數，即建筑物的穿透損耗為11dB，標準差為6dB。

表2 UHF頻帶Ⅳ／Ⅴ波段建筑物穿透損耗Tab.2 Building penetration loss ofⅣ／ⅤUHF band

實際覆蓋中，不同建筑物中室內接收成功率分為3種情況。

1）低成功率：辦公大樓里不靠外墻的房間。

2）中成功率：市區靠外墻有金屬化玻璃窗的房間，市區公寓不靠外墻的房間。

3）高成功率：郊區無金屬化玻璃窗的住宅，市區公寓樓內靠外墻有窗的房間。

3.3 最低可用場強

對于地面模擬電視規劃，按照ITU－R BT.417－5建議書的有關規定，UHF頻段最低可用場強：

波段Ⅴ（DS－25～DS－48）為70dB·μV／m；

波段Ⅳ（DS－13～DS－24）為65dB·μV／m。

對于地面數字電視規劃，按照GY／T 237—2008《VHF／UHF頻段地面數字電視廣播頻率規劃準則》有關規定，規劃中使用的最低可用場強與系統C／N 門限以及其他相關參數有關［9］，可以采用“電壓法”進行計算。GB／T 26252—2010《VHF／UHF頻段地面數字電視廣播頻率規劃準則》對UHF 頻段不同模式在不同信道環境中C／N 門限參考值進行了定義。一般認為，室外固定接收采用萊斯信道對應的C／N 門限；室內固定接收，采用瑞利信道對應的C／N 門限。

規劃工作中，系統C／N 門限確定后，其他相關參數的具體取值如下：噪聲系數取7dB，接收端天饋增益取7dB（室外固定接收）／6dB（室內固定接收）。典型接收高度為天線高10m（室外固定接收、高層室內固定接收）／1.5m（底層室內固定接收）［10］。

在地面模擬電視頻率規劃中，信號接收端的地點概率一般取值為50%，接收端信號質量與場強成線線變化，場強越小接收質量越差。而地面數字電視的信號質量存在突變，當場強小于門限電平時接收質量突然變壞，即存在“峭壁效應”。因此，在地面數字電視頻率規劃中，信號接收端的地點概率一般取值為95%。

按照上述確定的C／N 門限和其他相關參數，可以計算出UHF頻段對應室外和室內固定接收方式的最低可用場強中值（不考慮高度損耗修正），由于篇幅所限，表3中僅列出了部分最低場強中值。

表3 部分地面數字電視廣播UHF頻段最低中值場強（95%地點概率）Tab.3 Part of the DTMB UHF band minimum received strength（95%location probability）

3.4 保護率

在地面數字電視規劃過程中，欲收廣播電視信號除了滿足最低可用場強的要求外，還必須考慮同頻干擾、鄰頻干擾和鏡像干擾對覆蓋區域的影響。射頻保護率是指在保證正常接收條件下，接收機輸入端欲收信號與非欲收信號的最小功率比，以分貝（dB）值表示。要保證信號的良好覆蓋，必須使欲收廣播電視信號電平與干擾信號電平之差高于相應的射頻保護率。

針對高斯（Gaussian）、萊斯（Ricean）和瑞利（Rayleigh）3種不同的傳輸信道類型，ITU－R P.1368分別給出了數字與數字、數字與模擬之間的保護率。一般認為，固定接收采用萊斯信道對應的數值；便攜接收采用瑞利信道對應的數值。系統模式6（星座映射：64－QAM，前向糾錯：0.6）的同頻射頻保護率（選用連續干擾）如表4所示，對距離較近的干擾通常選用連續干擾的取值［11］。

表4 同頻保護率Tab.4 Same frequency protection ratio

4 規劃工作的開展

在分析河北省的11個地級市以及139個縣（縣級市）的發射臺站基礎數據的基礎上，為充分保證河北省完成地面電視由模擬向數字的轉換工作，帶來更加豐富多彩高質量的電視節目，在規劃中提出了省、市、縣地面數字電視“統一規劃、統一標準、統一管理”的原則，分別規劃省級單頻網、市級單頻網、縣級多頻網，保證頻譜和功率的有效利用。在一個地區組建電視單頻網，充分節約頻道資源，方便今后地面數字電視的科學管理。

河北省地面數字電視廣播多頻網頻率規劃方案是在相應規劃原則的指導下，通過頻率掃描以及干擾分析進行制定的。對于省外臺站的干擾，通過降低功率、天線定向、極化鑒別等方式消除對其的干擾［12］。由于篇幅所限，筆者無法就139個臺站的規劃工作逐一做詳細介紹，就以辛集市（2013年底已經國家新聞出版廣電總局批準）作為案例，對河北省縣級地面數字電視廣播多頻網頻率規劃方案的制定進行說明。由于辛集市地處華北平原，地勢平坦開闊，其規劃步驟和方法具有代表性。

4.1 頻道掃描結果

對辛集市及周邊的UHF波段頻率使用情況進行了全面掃描，根據頻率掃描結果如圖1所示，經過全面分析，確定辛集市多頻網頻道DS－45及DS－47為備選頻道。

圖1 辛集市UHF波段頻率使用情況Fig.1 UHF band frequency usage of Xinji

4.2 頻道干擾分析

在確定備選頻道基礎上，使用CHIRplus＿BC軟件對上述2個頻道進行了干擾分析。圖2為DS－45頻道同頻干擾分析圖，圖3為DS－47頻道同頻干擾分析圖。從圖中可以看出DS－45 頻道對安平縣中央第一套節目（43km）存在干擾。因此，根據以上分析結果，優先選用DS－47 作為本次方案中的頻道。

以下干擾分析圖中深色界限為地區界線，三角形標志為發射臺站。

圖2 辛集市DS－45頻道干擾分析Fig.2 DS－45channel interference analysis of Xinji

圖3 辛集市DS－47頻道干擾分析Fig.3 DS－47channel interference analysis of Xinji

4.3 河北省多頻網優化與覆蓋分析

按照上述方法及步驟，在河北省139個縣、縣級市分別規劃了地面數字電視頻道。在此基礎上，對河北省地面數字電視廣播多頻網覆蓋圖進行了整體優化及覆蓋分析，優化后的（室外固定接收／95%地點概率）覆蓋情況如圖4所示。其中三角形標志為此次方案預設臺站，深色線為地區界線，淺色線為縣界線。

圖4 河北省地面數字電視廣播多頻網覆蓋圖（室外固定接收／95%地點概率）Fig.4 Coverage of multi－frequency DTMB networks of Hebei Province （outdoor fixed received／95%location probability）

5 結 語

2013年8月河北省地面數字電視廣播覆蓋網總體技術規劃項目正式完成，從2013年底開始按照該規劃陸續開展了河北省頻率申報工作。2014年11月，國家新聞出版廣電總局開展了中央節目無線數字化覆蓋項目，涉及河北省100余座發射臺。其中，各縣節目覆蓋頻道基本使用了本次河北省規劃的多頻網頻道，總體技術規劃在河北省的地面數字電視發展中發揮著重要作用。下一步，隨著河北省地面數字電視廣播覆蓋網的建設和不斷完善，地面數字電視廣播系統不僅能夠提供數字電視廣播服務，同時還提供數據增值服務等拓展業務，將為廣播電視事業帶來新的發展機遇。

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