中央無線數字化覆蓋工程
——單頻網

樊菊萍

﹙山西廣播電視無線管理中心，太原 030012﹚

中央無線數字化覆蓋工程
——單頻網

樊菊萍

﹙山西廣播電視無線管理中心，太原 030012﹚

在中央無線數字化覆蓋工程—單頻網的建設實施階段，本文結合實際介紹了單頻網發射系統、組網技術方案及本地單頻網的發展概況

單頻網；地面數字電視；適配器

1 引言

2014年11月，根據國家新聞出版廣電局的統一部署，中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程開始在全國開展建設，此工程的實施極大地加快了中國地面電視數字化的進程。數字地面電視中單頻網的建設因其具有更大的覆蓋范圍、節省頻率資源、節省功率資源等顯著優勢而成為地面數字電視廣播的主要組網方式。

2 單頻網發射系統

地面數字單頻網發射系統由激勵器、SPN適配器、地面數字電視廣播發射機（功率放大）和發射天饋線四個部分組成。單頻網發射系統的主要設備是單頻網（SPN）適配器，SPN適配器包括GPS/BDS授時接收模塊、頻率馴服模塊、相位比較模塊、分頻器、本地振蕩器以及中心控制模塊等構成。

單頻網授時系統為地面數字電視單頻網提供統一的時鐘參考﹙秒脈沖﹚和頻率參考﹙10MHz﹚,是地面數字電視單頻網能否成功構建的關鍵所在。兩種授時方式可實現自動無縫的切換，為了達到授時系統工作穩定，中央覆蓋工程地面數字電視單頻網的授時系統需同時支持北斗系統﹙BDS﹚和全球定位系統﹙GPS﹚。

3 地面數字電視發展的現狀與困難

在中國，地面廣播電視是694MHz-790MHz頻段（簡稱700MHz頻段）的惟一主要業務使用者，并且這個頻段也是國標地面數字電視一直以來開展業務所使用的。這幾年隨著無線通信技術的不斷發展和演進，無線頻譜資源顯得愈發寶貴。尤其是對于具有良好傳輸特性的700MHz頻段，在較低資金投入下即能夠實現較高的無線覆蓋質量。隨著新一代無線通信系統TD-LTE在我國的發展，電信運營商及行業主管單位覬覦地面電視廣播模數轉換可能帶來的空余頻譜，提出了對于低頻段頻譜資源的需求，期待能夠使用分米波部分頻段資源用于發展TDD-LTE與FDD-LTE業務，而700MHz頻段則是電信運營商心目中最佳的覆蓋頻段，由此便引發了針對于700MHz頻段用于發展TDD-LTE系統與傳統地面電視廣播系統間的矛盾與問題。470MHz-862MHz頻段之所以特別有吸引力，是因為與移動通信業務正在使用的頻段相比，該頻段的無線電波在高樓密集的環境中能傳播的更遠，傳播的范圍更大。

地面廣播電視頻率規劃的主要目的是更有效、合理的使用廣播電視頻率資源。目前我國地面電視處于模數過渡時期，主要是在盡可能不影響現有地面模擬電視播出的情況下，為廣大發射臺站合理規劃新的廣播電視頻道，為數字電視單頻網提供合理的規劃參數，采用插空指配的方法進行頻率規劃。

4 中央覆蓋工程地面數字電視組網技術方案

地面數字電視廣播單頻網是由多個位于不同地點和處于同步狀態的地面數字電視發射機組成的廣播網絡，他們在可控的時刻，以相同的頻率，發射相同的節目，從而實現對特定服務區的可靠而又全面的覆蓋。能夠有效抵抗無線信道的多徑干擾是地面數字電視廣播系統的一個最大特點。傳統的地面數字電視單頻網網絡結構如圖1所示。

圖1 傳統的地面數字電視單頻網網絡結構圖

中央覆蓋工程采用基于衛星傳輸鏈路的地面數字電視單頻網的組網方式，在節目傳輸過程中增加了加擾加密和解擾解密環節，從而對地面數字電視單頻網的組建提出了新的更高要求。如圖2所示，信源前端采用AVS+編碼，編碼后的標清電視節目首先進行加擾加密及復用，形成1路加密的TS碼流后送入地面數字電視廣播單頻網適配器進行適配，然后送入衛星調制器進行編碼調制形成射頻信號，再通過衛星鏈路進行傳輸，中央無線覆蓋工程衛星傳輸采用DVB-S技術體系。全國各個發射臺站直接接收衛星傳輸信號，通過專業的衛星接收機解調解擾后得到TS碼流，最后送到本地的地面數字電視發射機進行調制發射。

為了確保中央覆蓋工程地面數字電視單頻網的成功構建，包括加擾復用器、單頻網適配器、衛星調制器、衛星鏈路、衛星解調解繞器在內的整個TS碼流傳輸鏈路必須滿足“透明傳輸”的要求。因此解決TS碼流先加擾加密、再適配傳輸﹙單頻網適配+衛星傳輸適配﹚、最后解調解擾解密的端到端“透明傳輸”，是中央覆蓋工程地面數字電視單頻網技術方案的難點和關鍵所在。

圖2 中央覆蓋工程地面數字電視單頻網網絡結構圖

5 單頻網的發展—— 以太原為例

近年太原市的城市建設規模不斷擴大，周邊發展迅猛，加上高樓林立，信號覆蓋等問題日益突顯。經場強覆蓋測試，市中心半徑12km以內的室外信號覆蓋良好，但市中心12km以外的信號覆蓋不佳。中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程地面電視部分采用“省級單頻網和區域單頻網為主，多頻網為輔”的組網技術方案，構建良好的單頻網，在各個站間的距離、發射機的功率、發射站天線的規劃、覆蓋區域的地形、地貌等因素都進行了合理的數據測量、技術分析和統籌調整。我臺在2017年8月安裝了單頻網、多頻網發射機，與位于太原市西的228高山臺組建了單頻網、多頻網系統。正式播出一段時間后，測試發現多頻網同頻干擾嚴重，接收效果差，經過研究在10月28日廠家把多頻網發射機又改成了單頻網發射機，組建單頻網成為解決信號覆蓋問題的最佳方案。

5.1 單頻網發射機數量要求

數字電視單頻網必須有兩臺或以上發射機組成，采用網狀分布，各發射站之間距離間隔也有要求。太原周邊有兩個發射臺可以采用，我臺位于市中心，塔高125m，位于太原市西面的228臺，位于高山之上，塔高90m，兩塔直線距離為40千米左右，因此基本滿足單頻網組網要求。

5.2 單頻網發射機同步要求

太原地區地面數字電視單頻網由兩臺數字電視發射機組成，發射機采用同一頻率發射，必須做到頻率同步、時間同步和碼元同步。

（1）頻率同步：單頻網中的兩臺發射機采用同一頻率，滿足這一要求，依靠每臺發射機中激勵器的上變頻本振頻率與一個GPS參考時鐘頻率同步。

（2）時間同步:在單頻網中，激勵器信號通過不同鏈路與前端設備連接產生，因此時間延遲和信號處理時間不一致。通過單頻網適配器和GPS共同實現時間同步。

（3）碼元同步：為保證終端正常解碼，必須使單頻網中兩臺發射機TS流中的比特同步。通過單頻網適配器實現碼元同步。

5.3 單頻網系統架構

按照地面數字電視單頻網組網原理和技術要求，設計了單頻網組網系統框圖，如圖3所示。

圖3 單頻網組網系統框圖

單頻網適配器接受復用器中的TS流，完成碼率適配，形成包含秒幀初始化包的TS流，通過光纜線路傳送到兩個發射點，經兩個發射點的發射機激勵器進行時鐘同步后，進行信道編碼上變頻變成射頻信號進行發射。除了發射機內置的時鐘系統，還使用了另一臺同步時鐘進行備份。激勵器的時鐘同步調整，主要根據接收到的TS流中的SIP包分析時間信息，計算出碼流在兩個發射站之間的傳輸時間，由此時間兩個發射臺調整各自的時延，從而達到時間同步的要求。

5.4 單頻網實施和測試

通過數據演算和實際測試，決定采用老軍營發射點為主發射點，滿功率1kW發射，228臺發射點為輔發射點，600W發射。建成后，在太原市東南西北各個方向共48個測試點對信號覆蓋效果進行了測試，在最南端，離發射中心30km處場強為22dBμV，在最北端，離228臺22km處場強同樣是22dBμV，而東西方向30km處場強達到28dBμV～30dBμV。18個測試點平均場強為41dBμV。建設地面數字電視單頻網后，信號覆蓋范圍變大，效果明顯，太原市周邊信號覆蓋得到了極大地改善。太原市數字電視單頻網是城市環境下的單頻網，網絡的設計和實現具有以下特點：

⊙ 單頻網各發射臺站點采用同一廠家的地面數字電視發射機進行組網，便于互相兼容。

⊙ 根據各發射站點的實際情況，節目傳輸網絡采用了靈活的傳輸模式，主要包括：“光纖+數字光端機”、“光纖+數字光端機+微波”、“光纖+SDH”等。

⊙ 在保證整個單頻網覆蓋區內信號接收電平較高的前提下，為了滿足復雜城市環境中良好移動接收的要求，充分利用地形地勢的遮擋，通過科學合理地設計天線場型及各臺站發射功率，極大地減少了單頻網重疊覆蓋區，降低了單頻網調整和優化的難度。

6 結束語

國際地面數字電視一路走來，從標準正式頒布起至今已過去10多個年頭了，經歷了標準的起草、完善、頒布及推廣投入使用。在中央廣播電視無線數字化覆蓋工程中，創造性的使用了衛星傳輸鏈路傳輸單頻網適配后的地面數字電視節目流，極大降低了覆蓋工程中數字電視節目的傳輸復雜度，高效地將中央電視節目傳輸至了全國各地，但同時對地面數字電視單頻網適配器提出了更高的要求。中央覆蓋工程的實施將進一步推動我國地面電視的模數轉換進程，確保2020年我國地面電視全部完成數字化總體目標的順利實現。

[1] GD/J066-2015．基于衛星傳輸的地面數字電視單頻網適配器技術要求和測量方法

[2] 張國庭，萬倩等．單頻網建設原則及優化方法．電視技術，2013(12)

[3] 曹志，馮景鋒等．新一代地面數字電視技術發展及演進．廣播與電視技術，2013(2)

[4] 梁建華，左寧宇，莊軍．單頻網和同頻轉發器在常州地面數字電視平臺建設中的應用．廣播與電視技術，2016(7)

Central Radio Digital Coverage Project--Single Frequency Network

Fan Juping
(Shanxi radio and television wireless management center, Taiyuan, 030012)

In the implementation phase of the Central wireless digital coverage project-Single frequency network, this paper introduces the development of the transmission system, the networking technology and the local single frequency network.

Single frequency network; Terrestrial digital television; Adapter

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.015

G22，TN93，TN94文獻標示碼：A

1672-7274（2017）12-0044-03