地面數字電視單頻網研究

文/熊壯

1.單頻網組網

單頻網是指若干個發射臺同一時間在同一個頻率上發射同樣的信號，實現對一定區域的覆蓋，提高頻譜利用率，網絡覆蓋質量好。

組建安全高效的單頻網必須解決“同步”問題，同步主要通過GPS同步時鐘參考源和SFN適配器來解決。

1.1 頻率同步

為確保接收設備穩定解碼整個系統發射的信號，單頻網中各發射機輸出的信號頻率應相同，這要求各發射機有很高的頻率精度和穩定度。

1.2 時間同步

為了使來自其他發射機的接收信號與欲接收信號之間的時延在接收機能夠抵抗的時延范圍內，要求系統內的各發射機時間必須嚴格同步，即同一個信號幀應該在相同的時刻被各個發射機發送。

1.3 比特同步

單頻網中各發射機在相同的時刻、發送相同的信號幀時要求對所有信號幀進行相同的調制。不同發射機不同時刻發射的信號幀應完全一致，不許存在允差。

地面數字電視單頻網最大建站距離是單頻網的重要參數，它決定了單頻網的發射站點的選取、建設成本以及建網的復雜程度。地面數字電視單頻網的最大基站間距主要取決于地面數字電視系統抗回波干擾的能力，系統如果可承受的回波延時越長，單頻網基站間距離可以越大。下面是國標三種幀頭格式下建站理論最大距離:PN420幀 頭，L=16.67Km；PN595幀 頭，L=23.61Km ；PN945幀頭，L=37.5Km。

2.多站點組建單頻網實例

2015年，湖南廣電移動電視有限責任公司在湖南長沙地區進行四個站點單頻網組網實踐。

岳麓山:海拔300m，天線安裝高度20m，與接收端平均相對高度約280m，發射機功率1KW。達摩嶺:海拔777m，天線安裝高度30m，與接收端平均相對高度約750m，發射機功率1KW。跳馬:海拔230m，天線安裝高度20m，與接收端平均相對高度約200m，發射機功率1KW。星沙:海拔70m，天線安裝高度190m，與接收端平均相對高度約210m，發射機功率0.5KW。四基站間的關系如圖1。

圖1

根據以上基站距離關系，結合國標單頻網幀頭格式最大距離的理論，可以看出，達摩嶺、岳麓山、跳馬及南岳4基站之間距離超出了PN945幀頭格式下最大距離的理論值。每個基站根據海拔高度及鐵塔高度的因素，其覆蓋效果也不盡相同。四個基站未作任何網絡優化下的實際覆蓋效果如圖2。

圖2

按照基站情況和每個基站實際覆蓋效果，我們對重疊區域進行信號收測發現，雖然在信號重疊區場強強度達到接收標準，但未能解析節目碼流信號，干擾嚴重，并且信號干擾區域隨著各種自然因素在重疊區也不斷發生位移。

3.網絡優化

在單頻網絡中，對網絡同步具有嚴格要求，特別是當各個發射點間距大于保護間隔對應距離時，覆蓋重疊區域容易產生網絡干擾。

通常情況下，單頻網網絡優化有三種方式，即調整發射機發射功率、調整發射機延時、調整發射天線傾角度。在實際組網環境下，特別是當單頻網中存在遠超保護間隔的發射基站時，采用時延調整的方法完成優化部分重疊區時，使一些原本接收良好的區域產生新的干擾；另外，部分海拔高的基站采用調整功率的方法在消除覆蓋重疊區干擾的同時存在有效覆蓋面積縮小的問題。

經過技術探討和多方論證，對以上四個基站采用調整天線下傾角與發射機延時的方案消除網絡中的重疊區干擾，從而達到了網絡優化的目的，使網絡整體達到更好的覆蓋效果。

（1）調整各基站發射距離。達摩嶺基站發射天線東面其半功率角發射距離為18km，南面滿功率角發射距離為18km；岳麓山基站發射天線四面天線半功率角發射距離全為25km；跳馬基站發射天線南、西、北三面天線半功率角發射距離全為20km；南岳基站北面發射天線滿功率角發射距離為63km；星沙基站由于功率等級及所處地理位置，不做調整。

（2）調整天線方位角度。以下對達摩嶺基站為例，根據要求覆蓋距離計算天線需調整角度。圖3為達摩嶺基站垂直面方向圖，由此可知，此天線的半功率角為5.2度，滿功率角為14度。另外，廠家提供其電氣傾角為1.2度。

圖3

天線需要下傾角度（θ）=半功率角或滿功率角（α/2）+需要發射距離角度（β）-電氣傾角（c）

各角度間關系，如圖4。

已知條件——與接收端平均相對高度H，所希望得到的覆蓋半徑R，天線垂直平面的半功率角α，需確定天線傾角θ。

圖4

計算結果為:

東面天線下傾角度 θ = 5.2/2 + arctan（750/18000）- 1.2 = 3.78°

南面天線下傾角度 θ = 7/2 + arctan（750/18000） -1.2 = 8.18°

結語

通過對各基站發射天線方位角度及發射機延時的調整，再次對重疊覆蓋區域進行信號收測，發現基站覆蓋場達到了預期效果，重疊覆蓋區域信號收縮有度，滿足了接收條件。針對個別小區域存在的一些“陰影覆蓋”不能正常接收情況，可通過小型直放站做移頻覆蓋解決。總體衡量，本次調試較為成功，為將來DTMB單頻網的組網積累了大量的經驗。