不同信源傳輸條件下的單頻網組網應用實例

任彥如

（作者單位：山西省廣播電視局安全播出調度指揮中心）

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不同信源傳輸條件下的單頻網組網應用實例

任彥如

（作者單位：山西省廣播電視局安全播出調度指揮中心）

摘 要：簡要介紹兩種不同信源傳輸條件下的單頻網組網應用實例；科學地選擇了傳輸模型及傳輸通道，在不影響覆蓋質量的情況下提供兩種完全不同的建設方案，達到了經濟有效覆蓋的目的。

關鍵詞：數字電視；單頻網覆蓋；IP傳輸

1 概述

近年來，隨著數字電視技術的蓬勃發展及廣大群眾對電視媒體需求的增加，為2018年開始逐步關停模擬電視提供了良好的技術及群眾基礎，數字電視在國內的建設速度進入了快速通道。

國內的數字電視發展已發展到了嶄新的階段，頻道節目在行政區域內的影響力急需進一步加大，節目覆蓋方式從單站覆蓋向區域覆蓋發展，多頻點覆蓋向單頻點覆蓋發展。2015年中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程單頻網地面數字電視廣播發射系統的順利實施為數字電視單頻網的發展提供指明了方向。數字電視節目以單頻網形式對行政區域做同頻覆蓋勢必作為未來數字電視節目覆蓋的主要形式。在接下來的章節中將從設計技術原則、建設方法、測試方法等不同方面闡述不同信源傳輸條件下的單頻網建設方式。

2 設計技術原則

2.1 相關設計原則

本技術方案設計基于以下幾方面的分析：接收方式、工作模式、接收門限、節目源編碼、目標區域等。

2.2 有效覆蓋網的規劃原則

主要參考ITU-R P．rec 370建議書和GY/T 237--2008，通過二到三期工程，在覆蓋的區域中確保80％的用戶，99％的時間有最低要求的傳輸質量。

2.3 有效全向輻射功率（EIRP）

邊緣地區的場強應至少留有3 dB富余量，所以邊緣地區的場強應大于 32dB；同時需要有足夠的載噪比(參考GY/T236-2008),確保能夠穩定流暢的接收。

2.4 保護率的確定

同頻保護率就是本頻信號至少要大于干擾信號的場強多少dB，有用信號低于某一數值就不能保證質量。

參考GY/T 237-2008標準的規定，同時參考我公司對國標地面數字電視發射機保護率的測試結果。

2.5 可用度的確定

根據地形的不同，主要參考ITU-R P ．rec 370建議書和奧村模型進行場強規劃，并以最終實測結果為準進行修正。

2.6 保護率要求的分析

頻率復雜、頻率資源緊張，接收系統將受到模擬同/鄰頻干擾、數字同/鄰頻干擾。即使在全數字電視時期，如果能夠支持鄰頻工作，將進一步提高頻譜利用率，簡化頻率規劃過程。

抗模擬同/鄰頻干擾能力、抗數字同/鄰頻干擾能力高低將決定頻譜規劃的有效性，以及能否提高頻譜的利用率。

ITU-R 1368-2標準的規定的同頻保護率為14dB，即有用信號高出同頻干擾信號14dB。如果設計時考慮采用用鄰頻發射，則鄰頻保護率就變得尤為重要。由于電視頻率的間距為8MHz，按照規定，要求鄰頻保護率為-35dB。

關于地面數字電視發射機的保護率要求，表1、表2是測試結果，可以作為參考。

表1　表2　測算結果

表2　測算結果

2.7 無線覆蓋試算

發射臺分米波路徑計算。計算采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計算模式。該模式是以準平坦地形大城市區的中值場強或路徑損耗作為參考，對其它傳播環境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。見表3。

表3　計算結果

計算時發射頻道中心頻率f按726MHz，接收天線為七單元八木天線，增益8dB，高度按4m；相對高度落差400m。

參考公式：

發射點高度和發射功率及覆蓋距離的關系見圖1。

圖1　發射點高度和發射功率及覆蓋距離的關系

以上技術原則是單頻網設計的技術基礎，然而在建設過程中不同的條件需要的不同的建設方案及配置，在下文中重點介紹兩個不同信源傳輸方式的單頻網建設方式，為保障覆蓋效果，此文以有線傳輸方式作為重點介紹。

3 不同條件下的單頻網建設方法

單頻網建設的投資和工期與傳輸節目套數和基礎條件（鐵塔建設、信源通道建設等）息息相關，下文以兩種截然不同的標準單頻網事例作為基礎，從建設步驟、投資概況及工期計算三方面做簡要介紹：

3.1 已建成光纖傳輸網絡

此類項目只需建設機房及相關前端和發射系統，假設傳輸節目包含省、市、縣相關節目共10套（編碼方式AVS）；省級、市級節目已傳到縣級前端機房；新建2個500W機房含鐵塔（80m），與原主站同頻播出。建議將項目建設分為前期規劃、覆蓋優化兩大步驟。

3.1.1 前期規劃

系統配置（見圖2）。

圖2　系統配置

各發射站點基本構成見圖3。

圖3　各發射站點基本構成

發射系統主要由信號接收及分配設備、DTMB激勵器、數字發射機、監控系統、等組成。DTMB發射機:完成ASI 碼流的同步調制，同時上變到相應的發射頻道，輸出對應頻道的射頻功率。同步系統：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步時鐘（1PPS）和基準頻率（10MHz)。

設備清單見表4。

表4　設備清單

項目建設周期的最長點為機房及鐵塔建設有效施工期內預算為5個月。根據公式計算及計算機模擬，發射機單站覆蓋半徑500W約等于20km、1000W約等于30 km，計算上同頻保護率單頻網實際覆蓋半徑約為40 km。

通過以上構架可見在已建成傳輸網絡的情況下系統構建較為簡單。資金投入的主要部分為機房建設，這也是目前的主要建設方法。

3.1.2 覆蓋優化

3.1.2.1 場地勘測

需覆蓋的區域必須經過徹底勘測，進行場地威脅評估，它包括對所有預測因素的考慮和計算以及對誤差因素的彌補計算。中繼發射臺站的部署是按勘測結果決定的。

3.1.2.2 為需覆蓋區域進行覆蓋設計

根據不同區域可的地貌和地理分布情況和實際覆蓋情況，優化具體發射臺的位置、高度及功率要求。

3.2 單頻網系統的實施與優化

DMB-TH單頻網的實施是一個相當繁瑣的過程：單頻網系統設計—建立主臺—測試優化—建立小功率發射臺—再測試優化—建立補點發射臺—系統測試優化。

3.2.1 建立主臺參數、測試優化

用測試系統進行實際覆蓋測試，借助測試軟件進行分析；適當對發射機進行參數調整、功率調整以及對天線方向、傾角調整達到最佳覆蓋效果。

3.2.2 建立小功率發射臺、測試優化

用測試系統進行實際覆蓋測試，借助測試軟件進行分析；適當對發射機進行參數調整、功率調整以及對天線方向、傾角調整達到最佳覆蓋效果。

3.2.3 建立補點發射臺

根據實際測試結果，在覆蓋盲區建立若干微、小功率的同頻轉發的補點臺。

3.2.4 系統測試優化

最后用測試系統進行覆蓋測試，對發射機的功率以及對天線的覆蓋場型、傾角進行微調，達到驗收要求。

3.3 測試系統

3.3.1 測試系統的主要任務

測試系統的主要任務是為建網提供正確的依據，用于系統調試以及正常開通后的日常維護。

3.3.2 測試系統的構成

測試系統主要有測試儀器及測試附件構成，必須的測試儀器有碼流分析儀、頻譜儀、DMB-T測試接收機、矢量分析儀、監視器、場強儀、GPS、計算機等。

3.3.3 測試系統技術實施要點

主要是測試儀器的選型，應該考慮所選測試儀器的類型盡可能多地能用于未來符合國標的DTTB系統測試。

3.3.4 測試步驟

測試步驟包括覆蓋場強測試、單頻網TS信號延時測試、單頻網同步測試、多徑模擬測試、移動測試和車載系統測試。

基于GIS（地理信息系統）和GPS（全球衛星定位系統）原理，在數字電視地面廣播覆蓋范圍內實時監控、采集、記錄并顯示場強信息和位置信息，方便直觀的反映地面數字電視廣播信號場強分布情況，并進行統計分析，生成報表，為數字電視地面廣播系統的系統規劃、網絡設計、系統評估優化、SFN建設、工程驗收和運行維護提供重要的依據。

圖4　系統測試框

圖5　單頻網同步測試

圖6　多徑模擬測試

圖7　移動測試

從場強測試結果中可以數字電視地面廣播系統的場強分布，得到全面、準確的覆蓋信息，工程設計者很容易做出系統規劃。

3.3.5 系統測試框圖（見圖4）

單頻網TS信號延時測試。

單頻網同步測試（見圖5）。

多徑模擬測試（見圖6）。

移動測試（見圖7）。

在開闊的場地，接收車時速120 km/ h以上。

3.4 需重新搭建傳輸網絡

此種建設方式往往一切從零起步，無輔站機房、無鐵塔、無自有傳輸通道。隨著技術融合步伐的加快尤其是通訊運營商覆蓋的擴大從零起步的狀態下與其合作租用其寬帶通道傳輸信源及機房鐵塔是組建單頻網的良策。

通訊商的鐵塔高度較低（100M為主），同樣的覆蓋效果需要多個小功率發射機做聯合覆蓋，與上節同樣的覆蓋面積所需輔站臺數為10余個。根據相關標準及實際經驗我們選取了另一個覆蓋面積相仿的地域做方案介紹。同樣假設傳輸節目包含省、市、縣相關節目共10套（編碼方式AVS）；省級、市級節目已傳到縣級前端機房；1個主站1KW，租用10個機房含鐵塔（50米），與原主站同頻播出。也將項目建設分為前期規劃、覆蓋優化兩大步驟。

3.4.1 前期規劃

系統配置：（見圖8）。

圖8　系統配置

各發射站點基本構成見圖9。

圖9　各發射站點基本構成

發射系統主要由信號接收及分配設備、DTMB激勵器、數字發射機、監控系統、等組成。DTMB發射機:完成ASI 碼流的同步調制，同時上變到相應的發射頻道，輸出對應頻道的射頻功率；雙向IP適配器將ASI信號轉換為IP格式；同步系統：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步時鐘（1PPS）和基準頻率（10MHz)。

項目建設周期的最長點為發射設備的生產與網絡優化保守估計3個月。根據公式計算及計算機模擬，發射系統可構成一個半徑為40 km的覆蓋區域與上一種形式相仿。但是每年將產生機房租賃費，需要長期投入。

3.4.2 覆蓋優化

同上一小結（略）。

4 總結

以上章節簡要介紹了兩種不同信源傳輸條件下的數字電視單頻網組網應用實例。在覆蓋效果大致相當的情況下兩種案例的投資、建設周期相差較大。總結起來各有特點，分別為：

（1）已建自有傳輸通道需新修機房：傳輸安全性高、單站點覆蓋余量大、一次性投資但額度較大、施工周期較長、單頻網站點的擴展能力較差。

（2）租賃通訊傳輸通道及機房：施工工期短、單頻網擴充靈活、啟動資金較少、每年需投入租賃費、單站覆蓋余量?。C房電力余量?。?/p>

綜上所述：根據自身條件、因地制宜、精心規劃，調集資源，建一個符合當地特點的數字電視單頻網是能夠實現的。

表5　設備清單