長樂發射臺地面數字電視廣播系統設計和實施

黃銘峰

（福州董鳳山發射臺，福建 福州 350007）

0 引言

中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程計劃實現12套中央電視節目的無線數字化覆蓋，長樂發射臺地面數字電視廣播系統擬增加4套省市本地數字電視節目，實施共計16套地面數字電視節目的無線覆蓋。地面數字電視廣播系統主要包括前端系統、傳輸鏈路和地面覆蓋網三部分。系統架構如圖1所示。

圖1 地面數字電視廣播系統構架圖

前端系統主要由AVS+編碼器、復用器、節目監測系統和網管系統組成，對數字電視節目進行AVS+編碼復用。傳輸鏈路以衛星為主用，地面傳輸鏈路互相備份。地面覆蓋網絡通過安裝兩套地面數字電視廣播發射系統，分別以單頻網和多頻網的組網方式，在兩個標準電視頻道中播出清流信號。單頻網實現同一業務采用相同的頻率在較大區域內進行覆蓋；在多頻網中，發射機不需要遵守同步發射規則，對本地或者區域性業務的配置更為簡易靈活。

1 系統設計

長樂發射臺位于福建省長樂區高山，實施建設兩張地面數字電視廣播發射系統覆蓋網及配套系統。單頻網使用 DS-41頻道，發送 CCTV-1、2、 4、10、12、13、14、15央視8套標清節目；多頻網使用DS-14頻道，發送 CCTV-7（已改為 17）、9、11、 news（更名為 CGTN）央視 4套標清節目和 FJTV-1、 FJTV-2、FZTV-1、FZTV-3省市本地 4套標清節目。

1.1 節傳系統

國家廣播電視無線覆蓋的主要傳輸手段為衛星、光纜和數字微波，各有特點：衛星上沒有地方電視節目源，且存在日凌影響；高山臺站架設光纜成本高，故障節點多，常有人為和自然因素的意外發生，檢修時效性偏低；微波通信的特點是視距傳輸，抗災能力強，超過視距后需要通過中繼轉發。本次節傳系統設計的核心為實現節目源的兩路不同路由傳輸：央視 12套節目通過 CCTV前端系統由衛星和國干網兩路傳輸，本地 4套節目由廣電中心通過光纜和數字微波傳輸。

（1）主用信源：央視 12套節目以衛星傳輸鏈路為主用，由長樂發射臺的中星 6A衛星天線接收，通過同軸電纜將信號源經功分器分為兩路信號，經 AVS+衛星接收解碼器分別輸出一路央視 8套節目和一路央視 4套節目。本地 4套節目以廣電中心微波鏈路為主用，通過數字微波傳輸至長樂發射臺，經微波收發信機解調輸出4套本地節目傳到 AVS+編轉碼復用器。央視 8套節目TS1（主）直接送往碼流切換器1；央視 4套節目送往復用器與本地 4套節目通過 AVS+編轉碼復用為 TS2（主）送往碼流切換器 2。

（2）備用信源：央視12套節目通過國干網傳輸至省節點，與本地 4套節目在廣電中心匯聚后，通過光纜CATV傳輸至長樂發射臺，經有線電視大卡機解調輸出 16套電視節目傳到核心交換機。央視 8套電視節目通過 AVS+編轉碼復用器并經單頻網適配后輸出一路 TS1（備），送往碼流切換器 1，另外一路央視4套和本地 4套電視節目通過 AVS+編轉碼復用器后輸出一路 TS2（備），送往碼流切換器 2。

1.2 發射系統

TS1（主）與 TS1（備）通過碼流智能切換器 1后輸出至 41頻道發射機，TS2（主）與 TS2（備）通過碼流智能切換器 2后輸出至 14頻道發射機。由于發射塔天線數量的限制，兩臺 1KW數字電視發射機通過UHF多工器進行功率合成，采用 SD-50-80-3饋線和 UHF四偶極子電視發射天線進行地面數字電視廣播發射，實現單頻網覆蓋和多頻網覆蓋。系統結構圖如圖 2所示。

圖2 長樂發射臺地面數字電視廣播發射系統結構圖

2 系統項目實施

地面數字電視廣播采用 DTMB標準體系，系統視頻編碼采用 AVS+標準，碼率：2.2 Mb/s/套節目；音頻編碼采用 DRA標準，碼率：128 kb/s/套節目。在單頻網無線覆蓋中，所有的發射機都以相同的碼流信號調制，并在相同的時刻以相同的頻率進行發射，以保證網絡中所有調制器的工作模式保持一致。以央視主用節目源特點，DS-41頻道單頻網應適配為衛星傳輸模式，采用多載波模式 C=3780，幀頭PN945，交織深度 720，FEC編碼效率 0.8，16QAM調制，系統凈荷為 19.251 Mb/s。

2.1 長樂發射臺前端系統

在長樂發射臺，通過中星 6A接收的央視 8套和央視4套節目在 CCTV前端系統已經完成了 AVS+編碼復用；通過光纜和數字微波接收的數字電視節目的視頻格式為 MPEG-2，音頻格式為 MPEG-1。為此，TS2（主）中 4套本地節目（微波鏈路）的 AVS+編轉碼 +4套央視節目復用和 TS1/2備路電視節目的 AVS+編轉碼復用，是臺站前端系統實現的關鍵。

新一代的媒體綜合處理平臺（簡稱 EMR）通過插卡式結構和模塊化設計，集成了 IP輸入輸出、編碼解碼、調制解調、復用、適配等多種功能，可根據數字電視前端的各種需求靈活配置多種功能板卡。EMR平臺為 1U設備，機框及主控板自帶主控網管接口、 CA接口和4個千兆接口，設備后面板具有 6個無差別功能板卡槽位，可實現個性化定制方案。按系統功能設計，需要用到以下功能板卡：ASI五輸入輸出卡，提供 5個BNC接口，每個接口可以自定義為輸入或者輸出接口； AVS+多路編碼卡，可以對兩路標清數字視音頻信號進行編碼為相應標準的 TS；單頻網適配卡，提供 5個75 ΩBNC接口，包含一路ASI輸入和兩路 DTMB標準的適配輸出，以及GPS 10 MHz和GPS 1PPS信號輸入。

數字電視發射機的輸入端為異步串行接口（ASI）。我臺采用 3臺EMR設備來實現節目源 AVS+編轉碼復用和 ASI輸出。 EMR1配備2張AVS+多路編碼卡和 1張ASI五輸入輸出卡，實施 4套本地節目（微波）的 AVS+編轉碼和 4套央視節目復用（如圖 3所示），輸出 TS2（主）到碼流切換器 2。EMR2配備1張ASI五輸入輸出卡、 4張AVS+多路編碼卡和 1張單頻網適配卡，實施光纜央視 8套AVS+編轉碼復用，單頻網適配后輸出 TS1（備）到碼流切換器 1。 EMR3配備1張ASI五輸入輸出卡，4張AVS+多路編碼卡，實施光纜央視 4套和本地 4套的AVS+編轉碼復用，輸出 TS2（備）到碼流切換器 2。

圖3 TS2（主）電視節目復用界面

2.2 智能應急切換系統

考慮到系統冗余量，碼流切換器配有 6個ASI接口，實現輸入節目源 3切1分2輸出。同時搭載智能應急切換系統，實時監測主、備、輔三路傳輸流中的碼流故障，出現碼流故障可進行碼流自動 /手動切換和節目替換等；還可以支持主備兩路信號監測與切換，作為二選一切換設備使用。

實踐中，在自動切換模式下，當主用播出信號出現異常情況時，碼流智能切換系統會自動切換到備路信號；當主用信號恢復正常時，碼流智能切換系統會自動切回主用信號。手動切換模式可視情況固定選擇播出信源鏈路，同時碼流切換器具備主路斷電直通功能作為應急保障。

2.3 地面數字電視無線覆蓋

41頻道和 14頻道發射機經多工器功率整合后，通過天饋線系統發射，建成 8套央視數字節目的單頻網無線覆蓋和 4套央視 +4套本地電視數字節目的多頻網無線覆蓋。通過使用 DTMB標準的數字電視機頂盒（2015年后生產的國產電視機內置有支持 DTMB的模塊）和外置接收天線，可搜索對應頻道免費收看總計 16套標清數字電視節目。

2.4 遠程監控系統

構建遠程監控系統，在完善地面數字電視廣播體系和實現發射臺數字化、網絡化和智能化建設具有重要的意義。在地面數字電視廣播發射系統的重要節點進行數據采集和實時監測，快速獲取主要信息，科學開展數據分析，是確保播出質量和覆蓋效果不可或缺的手段。

多畫面顯示監測報警系統如圖 4所示，值班人員能夠及時清晰的知曉我臺廣播電視節目的信源和播出情況，在處理問題時能夠做到有的放矢。

圖4 多畫面顯示監測報警系統（多頻網節目）

3 幾點經驗分享

在本次成套系統的建設播出中，我們有以下實踐經驗分享。

（1）發射臺周邊電磁環境日益復雜，若衛星接收的信號質量不佳，可使用窄帶高頻頭或者在高頻頭下方加裝帶通濾波器加以改善。

（2）數字微波的 IP化升級改造。以往數字微波系統已經不能滿足廣播電視靈活和高質量的要求，IP微波應用自適應編碼調制技術、具有接口豐富、高帶寬利用率、可靠的端到端業務管理等多方面特點，是一種部署周期短、成本收益高的信息傳輸手段。我臺 8G頻段IP微波改造后，提高了主用信號源節傳系統穩定性，增加了 IP微波鏈路的電視節目源輔路備份，同時為廣電中心遠程監控提供業務支持。隨著市區高層建筑的不斷聳立，微波天線的選點要謹慎長遠的考慮，方向上應適當避開發展中的城區。

（3）有線網絡電視節目在鄉鎮機房接入點的信號質量不佳，作為地面數字電視廣播系統的信號源前端，往往需要進行信號放大等處理：一是在廣電前端機房增加專業干線放大器；二是在發射臺使用無源功分器來優化鏈路減少損耗，有源功分器底噪太大不推薦使用。

（4）基于 IP化組網的節傳系統已經非常成熟，通過EMR設備上自帶主千兆卡，即可進行靈活的功能板卡擴展配置或輸出。數字電視傳輸系統使用全 IP組網改造擁有很多優點和特性，可使系統架構簡潔明了，網絡系統更加靈活、后期業務嵌入更加方便，設備連線大幅減少，系統更加穩定可靠。

4 結束語

長樂發射臺地面數字電視廣播系統結合了中央和省市地面數字電視節目的特點，設計并實施了兩套地面數字電視廣播系統的無線覆蓋，系統方案適用于將來地方節目地面數字電視的無線覆蓋建設。地面數字電視廣播系統具有信息傳播安全可靠、覆蓋面廣、頻率利用率高、建設維護成本低、抗干擾能力強、支持移動便攜接收等特點，系統項目完成以來，穩定優質播出，用戶免費收看到 16套中央和省市標清數字電視節目。

隨著社會和無線通信技術的迅猛發展，無線頻率資源日益緊張，地面數字電視廣播在一個模擬電視頻道（8 MHz）可以傳送幾套甚至十幾套電視節目，解決了地面電視節目無線覆蓋的發展瓶頸，又極大的節省了不可再生的無線頻率資源，推動新一輪電視廣播、無線通信網絡等領域的技術創新，促使信息消費產業升級，推動社會進步和產業發展。