地面數字電視單頻網組網技術的研究

【摘要】在數字信息技術的推動下，地面數字電視得到了有效推廣，全國范圍內地面數字電視迅速擴展，在這一過程中頻譜資源緊張等問題逐漸顯現，目前，單頻網組網技術是提高頻譜利用率的最佳解決方案。鑒于此，本文對地面數字電視單頻網組網技術進行深入研究，并探討組網過程中的關鍵問題。

【關鍵詞】數字電視;單頻網;組網技術

地面數字電視主要是指通過接收電視塔發出的地面數字信號，具有抗無線信道的多徑干擾、保證數字電視信號接收質量等特點，并且與衛星電視和有線電視共同組成我國電視廣播綜合覆蓋網絡。地面數字電視系統包括地面數字電視節目集成系統、地面數字電視節目傳輸系統以及地面數字電視發射系統。現階段，地面數字電視組網方式主要有多頻組網和單頻組網兩種形式，多頻組網（Multiple Frequency Network，MFN）主要是指同一數字電視節目由不同的電視頻道發送，并且通過轉發器（translator）來實現電視頻道的轉換，多頻組網模式下一路信號需要占用幾倍帶寬，消耗大量的頻譜資源;單頻網（Single Frequency Network，SFN）是由多個不同地點的處于同步狀態的無線電發射臺，可以通過網狀分布同時在同一個頻率發射節目信號，實現對該服務區域的有效覆蓋，有效地提高了頻譜資源的利用率。下面就對地面數字電視單頻組網技術的應用進行分析：

1. 單頻網技術特點

數字化是廣播電視未來發展的主要趨勢，隨著地面數字電視技術的不斷推廣和普及，在一定程度上增加了頻譜資源的使用效率。而地面數字電視單頻組網技術可以實現同一時間以同一頻率發射相同內容的射頻調制信號，節省頻譜資源的同時還可以增加覆蓋面積，本文從以下幾點分析單頻網組網技術的特點。

1.1 節省頻譜資源

地面數字電視使用單頻網組網模式，可以有效抵抗無線信道的多徑干擾，可以通過相鄰頻道發射節目信號，提高頻譜資源利用率。通過選擇不同保護間隔的工作模式可以形成16公里和36公里覆蓋范圍的單頻網組網。

1.2 提高功率效率

地面數字電視單頻網組網技術不僅可以提高網絡頻率效率，還可以提高網絡功率效率。單頻網通過網狀結構發射數字信號，降低了對發射機功率的要求，一個接收機可以接收來自不同發射機的信號，而且可以接收多個較小功率發射機的信號，接收多路折射及反射信號，這些多路徑信號的平均效應可以降低某一接收點的場強變化范圍，可以降低大功率發射機所帶來的輻射和電磁波污染，也可以有效解決盲區覆蓋問題。

1.3 覆蓋范圍更廣

地面數字電視采用單頻組網技術可以在初步規劃和覆蓋的基礎上進行優化升級，有效擴大地面數字電視網絡覆蓋面積。通過針對性的增加單頻網發射站點或者同頻直放站可以根據實際覆蓋需要靈活調整或者增加覆蓋區域。地面數字電視網絡構架，如圖1所示：

2. 單頻網組網的關鍵技術

科學技術的發展給電視廣播領域帶來了巨大的變革。電視數字化和網絡化技術日趨成熟，對電視品質也有了更高的要求，這也加速了數字電視技術的發展進程。地面數字電視單頻網組網技術主要包括：單頻網網絡規劃、組網模式選擇、覆蓋重疊區域接收性能調試以及單頻網節目分配網絡等。

2.1 單頻網網絡規劃

地面數字電視進行單頻網網絡規劃要求所有發射機采用同一頻率發射，并且在不同的應用環境中可以組建結構不同的單頻網絡。地面數字電視節目信號覆蓋需求具有地域性差異。對單頻網組網模式組網規劃的研究將有利于各地區根據實際情況和業務需求選擇最佳網絡模式，促進地面數字電視單頻組網技術的有效應用。

2.2 單頻網組網模式

地面數字電視單頻網主要由前端系統、傳輸系統、發射系統和接收系統組成。前端系統由編碼器、復用器、加擾器組成，不同路徑傳輸的節目源經過編碼器轉換成適用于地面數字電視的碼流，然后通過復用器合成一路信號，按照DVB標準加擾算法對該信號進行加擾，輸出TS碼流;傳輸系統負責將TS碼流傳輸到地面數字電視的各個發射系統當中;發射系統則是將TS碼流經過調制、變頻、濾波、放大等處理后進行地面發射;接收系統主要任務是通過接收天線將高頻調制信號進行變頻、解調后得到數字電視碼流，經過復用、解碼等操作完成用戶端數字電視節目信號的接收。

2.3 單頻網重疊區域接收性能

地面數字電視信號覆蓋區域會存在重疊現象。在單頻網發射機的重疊覆蓋區域，接收信號呈現多徑衰落，重疊區域理論上不會產生同頻干擾，但是在實際應用過程中，一些覆蓋區域仍然會出現接收信號不理想的現象。地面數字電視信號接收效果與無線電發射臺的位置、設備功率大小以及接收機性能有關。因此，改善單頻網的覆蓋效果，對提高地面數字電視單頻網組網技術的推廣和應用至關重要。

2.4 同步措施

節目分配網絡存在光纖、數字微波等多重實現手段，如果地面數字電視節目分配網絡達不到單頻網絡要求將無法起到頻率同步、時間同步以及比特同步的作用。現階段，地面數字電視單頻網中，滿足頻率同步、時間同步以及比特同步的要求，關鍵在于數字電視節目信號傳輸端的單頻網適配器和接收端的同步系統，適配器會在碼流中插入同步信息，接收端將該同步信息取出并且進行調制，兩部分通過協調配合確保信號頻率、時間以及比特同步。碼流傳輸過程中必須嚴格保證控制包與地面數字電視節目信號的時間關系，不能隨意更改，以免影響同步措施。

3. 總結

在現代數字信息技術的推動下，我國地面數字電視信號開播城市逐漸增加，信號覆蓋強度以及覆蓋效果不斷完善，地面數字電視產業快速健康發展。單頻網組網技術由于節省頻譜資源、提高網絡功率效率以及信號覆蓋范圍廣等優勢，在我國地面數字電視網絡中得到廣泛應用。地面數字電視單頻組網方案主要用于設備及頻率資源受限的地區，通過網狀分布結構在同一個頻率發射數字電視節目信號，從而實現對服務區域內的有效覆蓋。單頻網應用過程中，網絡規劃、組網模式選擇、覆蓋重疊區域接收性能調試以及單頻網節目分配網絡是單頻組網的核心技術，通過對射頻信號進行同步儲存沖擊、降低重疊區域內信號同頻保護以及干擾。

參考文獻：

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作者簡介：趙海英，山東泰安人，高級工程師，研究方向：廣播電視工程。