貴州廣播電視臺地面數字電視無線覆蓋系統應用

胡 濱，龍小燕，劉 明，潘正偉，袁高升

（貴州廣播電視臺，貴州 貴陽 550002）

0 引 言

為推進無線廣播電視數字化轉換工作，加快構建技術先進、傳輸快捷以及覆蓋廣泛的無線數字廣播電視公共服務體系，保障全國城鄉居民更好地收聽收看廣播電視節目，國家新聞出版廣電總局和財政部聯合印發了《關于實施中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程的通知》。中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程是推進基本公共文化服務標準化和均等化的重要任務，是切實保障城鄉居民聽好廣播、看好電視的重要舉措，必將進一步鞏固中央廣播電視節目無線覆蓋成果，有效解決無線模擬技術條件下傳輸節目較少和質量有待提高等問題。

按照總局和省局關于關停模擬電視節目和啟動無線地面數字電視的指導意見和安排，全省發射臺模擬電視向數字電視轉換的工作已經基本就緒，各直屬臺均根據自身情況對發射系統和信源系統進行了改造升級，省局直屬臺模擬節目向數字節目的轉換工作已經全部準備完成［1］。根據省局統一規劃，各發射臺包括東山發射臺將于8月20日整體關停模擬電視發射，全面啟用數字電視發射。

1 系統架構

中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程計劃在貴陽市貴州廣播電視臺東山發射臺使用兩個頻道發射12套中央電視節目和4套本地節目，每套節目視頻碼率2.2 Mb/s，伴音碼率128 kb/s。18頻道播出CCTV-7等4套電視節目和本地4套節目，31頻道播出CCTV-1等8套標準清晰度電視節目，系統架構如圖1所示。

1.1 電源保障系統

為了保障系統的用電安全，東山電源系統在原有電源系統的基礎上，多增設兩臺320 kVA的防雷隔離變壓器和630 A的雙電源切換開關。兩路高壓配電供電經先經320 kV變壓器降壓后，經兩臺320 kVA防雷隔離變壓器輸出，再經630 A雙電源切換輸出，最后通過配電柜將電源分配給各個用電單元使用。整個電源保障系統在原有系統的基礎上，滿足了防雷、隔離、防觸電以及易維修等需求。各個環節均配有各項電源參數的實時監控系統，確保了整個系統的用電安全。電源保障系統如圖2所示。

圖1 系統架構圖

圖2電源保障系統圖

1.2 前端信源系統

前端信源系統主要由信源接收和信源處理兩部分組成。信源接收部分主要接收中星6A和中星6B上的12套央視節目和4套本地節目。信源處理部分由轉碼、復用以及流切換等各個功能模塊組成，對接收的16套節目進行處理。整個前端信源系統如圖3所示。

1.2.1 信源接收

為了保障整個系統的信源安全，信源接收部分采用了多重備份機制，主要分為本地備份和異地備份兩種。本地衛星信號備份使用異構天線對中星6A和中星6B進行備份。異地備份是貴州臺異地為東山發射臺信源進行備份，傳輸方式分為有線和無線兩種，有線方式使用光纜對衛星信號和國干網央視信號進行實時傳輸備份，無線方式使用NEC微波、無線蜂窩網技術以及NDI傳輸技術等多種方式對信源進行多重備份。

圖3 前端信源系統圖

無線蜂窩網技術和NDI傳輸技術都是基于IP的傳輸方式。無線蜂窩網技術使用廣域網進行傳輸，NDI傳輸技術使用無線局域網進行傳輸。無線蜂窩網技術基于TVU系列產品實現，可做到低碼率、低延時及高壓縮比的傳輸。NDI傳輸技術在NDI編解碼器的基礎上搭配網橋實現［2］，由于貴州臺與東山發射臺之間地理環境位置特殊，在一定高度直線距離上無任何遮擋，經過測試，通過網橋搭建的無線局域網完全滿足NDI傳輸需求，保障了信源幾乎零延時和高質量的傳輸。

1.2.2 信源處理

信源處理基于EMR平臺，即新一代多媒體交換平臺。該平臺集成了編碼、解碼、復用、調制、IP輸出、流切換及適配等多種功能，可按用戶的不同需求進行靈活配置。平臺支持雙電源冗余備份、節目備份、端口備份以及GBE輸入輸出備份，可處理多格式和多類型信號，實現任意輸入、任意處理以及任意輸出。

主備系統均在EMR平臺上進行信號處理，包括對中星6A上的CCTV1等12套節目進行接收和傳輸，并與中星6B上的央視12套節目和本地4套節目轉碼后的流進行打包復用，形成18頻道和31頻道的TS流，同時做到了系統內部的多重備份流切換和系統外部的系統級備份切換。

1.3 發射系統

東山發射臺18頻道和31頻道配備兩臺高斯貝爾1 kW電視數字發射機作為主發射機［3］，配備兩臺1 kW的Screen發射機作為備發射機，工作頻點分別為 514 MHz（DS-18）和 658 MHz（DS-31）。

高斯貝爾發射機由射頻、監控、冷卻及供電等系統組成，可對信號進行放大、分配、功率合成、濾波、預校正以及切換等處理，可實時采集設備的工作狀態參數，支持本地和遠程對發射機進行操作。Screen發射機采用全新進化的ARK-X激勵器，具有數字自適應預校正技術和多配置模式；采用XETTM超高效率技術，可使發射機整機效率達到42%，大大減小了冷卻系統的尺寸，且支持熱插拔方便調試和維修。

考慮到當地廣播電視受眾收看本地節目的需求，擬利用18頻道同時傳輸4套本地電視節目。兩頻道視頻編碼格式為AVS+，音頻編碼格式為DRA，工作模式為C=3 780、PN945，交織長度為720、FEC編碼率為0.8，采用16QAM調制方式，系統凈荷為19.251 Mb/s。

1.4 SFN組網

貴州喀斯特地貌山脈眾多，無線覆蓋難度比較大，須采用SFN組網模式才能確保整個貴陽市大范圍都能接收到無線數字電視信號。為了保證幾個發射臺之間不會產生同頻干擾，造成信號接收失敗，必須使發射臺的頻率、時間及碼元達到同步且在保護間隔允許的范圍內。因此，系統采用SFN適配器和GPS接收機來滿足該需求。SFN適配器可對輸入的TS流進行MIP處理，插入時間和信息等以確保碼元同步。GPS接收機可提供10 MHz參考頻率和1 Hz定時脈沖，在鎖定狀態下，頻率穩定度達到1E-12量級，時間精度達到±50 ns，可確保達到頻率和時間同步，同時采用PN945模式，保護間隔允許時間差最大為125 μs，要求允許的最大距離不能高于36 km，即可消除同頻干擾現象。

2 系統測試

2.1 前端信源測試

使用專業碼流分析儀設備對系統的前端信源進行TR 101-290監測測試，包括31頻道中央臺8套節目，18頻道本地4套節目和中央臺4套節目，測試結果如表1所示。結果表明，290監測除了有少量的三級錯誤以外，一二級均無錯誤。分析節目的編碼方式、視音頻碼率、以及PID信息，各項指標和視音頻質量均符合技術標準，可滿足數字電視地面覆蓋傳輸要求。

表1 290監測測試結果表

2.2 覆蓋測試

2.2.1 覆蓋效果計算

根據《中央中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程總體技術方案》所選定的工作模式，參考GB/T 26666—2011《地面數字電視廣播傳輸系統實施指南》，結合東山發射臺的各項技術參數（包括設備、地理及環境等各項因素），對發射臺的覆蓋效果進行技術試算，經專業頻率規劃計算，電視節目室外固定接收覆蓋效果整體較好。

2.2.2 移動誤碼率和接收效果測試

使用1.5 m全向天線移動接收車保持勻速對覆蓋效果計算的主要道路進行移動誤碼率接收測試［4］。測試過程誤碼率臨界點為2×10-3。測試結果表明，覆蓋試算范圍內，除了少部分地區誤碼率較大外，其余部分地區誤碼率指標均在正常范圍內。選用誤碼率較高的地區龍洞堡機場進行接收效果測試，估算整體覆蓋范圍內誤碼率較高地區的接收效果，從而評估整體覆蓋范圍內的接收質量，測試結果表明，在誤碼率較大區域，即誤碼率接近2×10-3處，信號仍能正常接收，表明整體接收效果可滿足覆蓋需求。

3 系統創新性設計

3.1 多重備份機制

系統采用了多方式、多手段、多技術及多途徑的本地和異地備份方式確保衛星信源和本地信源的安全，同時新增了小關發射點作為發射臺站的異地容災備份方式。

3.2 無線蜂窩網技術傳輸

系統首次采用無線蜂窩技術進行信源傳輸，實現了更高的傳輸效率和更短的延遲，隨著第五代移動通信即5G技術的發展，將來可為發射臺多模式發展提供可能。

3.3 NDI+無線局域網傳輸

通過IP網絡，NDI能實時傳輸和接收多重廣播級質量信號，具有低延遲、精確幀視頻以及數據流相互識別和通信等特性。基于地理環境搭建的NDI+無線局域網方式可在局域網內進行信號和視頻的實時共享，實現任意輸入和任意輸出，在此基礎上，不僅可以為信源進行實時異地備份，也可以實時傳輸東山發射臺各監控信息和畫面，做到遠程監控和遠程操作，為未來實現無人值守提供技術支撐。

4 結 語

通過前期不斷地對電源、前端信源、發射系統、SFN組網及天饋系統等各個環節進行調試和測試，系統各個環節指標均已符合國家標準，且覆蓋范圍滿足需求。該系統的正式投入使用將大力提升貴州廣播電視臺在無線發射領域的影響力，使貴州廣播電視臺在全媒體時代成為貴州省的最強音。