地面數字電視廣播單頻網系統及傳輸覆蓋研究

羅輔林，曾中元，羅 涓

（1.岳陽電視轉播臺，湖南 岳陽 414000；2.湖南省第五工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

2019年初，湖南省廣播電視局啟動省級廣播電視節目無線數字化覆蓋工程建設工作，于2021年12月完成省級廣播電視節目無線數字化覆蓋工程整體竣工驗收，為全省14個市、州共100座縣級以上廣播電視發射臺站采購大、中功率地面數字電視發射機和相應附屬設備設施，通過單頻網技術路線，實現全網100座任務臺站的協調同步發射金鷹卡通、湖南教育電視臺等5套省級電視節目的建設目標。工程分別于2019年、2020年完成一期60座、二期40座任務臺站發射系統、天饋系統、單頻網延時校正系統、供電系統、空調系統、傳輸鏈路及節目總前端等建設，目前全網實現正常運行。本文以岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播單頻網系統及傳輸覆蓋為案例展開探討，為其他地區開展地面數字電視廣播單頻網系統及傳輸覆蓋工程提供參考建議。

1 地面數字電視廣播單頻網

1.1 地面數字電視廣播

我國數字電視廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）傳輸技術標準《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》（GB 20600—2006）頒布于2006年，規定了UHF和VHF頻段數字電視地面廣播傳輸系統信號的幀結構、信道編碼和調制方式[1]。國際地面數字電視標準傳輸經歷了美國1995年的先進電視制式委員會標準（Advanced Television System Committee，ATSC），歐洲1997年的數字視頻廣播標準（Digital Video Broadcasting，DVB-t），日本1999年的綜合業務數字廣播標準（Integrated Services Digital Broadcasting，ISDB-t）[2]。與美國、歐洲、日本等數字電視標準相比，我國的DTMB標準有顯著優點，如與絕對時間同步的分層幀結構，ldpc編碼技術降低接收門限，特殊設計的時域序列作為幀頭，調制方式采用單載波﹠正交頻分復用，編碼采用ldpc+bch，支持32.486 Mb·s-1凈載荷數據傳輸率，SDTV及HDTV傳輸，支持單頻組網和多頻組網等。我國數字電視廣播（DTMB）作為第四個數字電視國際標準，使得電視頻道的傳送效率大幅度提升，每個頻道能傳輸9～12套標清節目或1～2套高清節目，抗干擾能力強，傳輸安全可靠，抗鄰頻干擾能力突出。當前，我國地面數字電視廣播主要采用單頻網組網模式。截至2020年12月，我國地面數字電視覆蓋網全面建成，我國已全面進入數字電視時代。

1.2 單頻網

單頻網（Single Frequency Network，SFN）是地面數字電視廣播的主要組網模式，由多個不同地點和同步狀態的發射機組成。各個發射機以相同頻率、相同時刻、相同已調射頻信號實現特定服務區的可靠覆蓋。單頻網技術具有節省頻率資源、大范圍無線覆蓋等優勢，在實現對特定服務區域可靠覆蓋時需要滿足頻率同步、比特同步、時間同步等要求。地面數字電視廣播單頻網發射機要保持同步發射，這就要求保證發射機頻率精準一致。單頻網發射機要嚴格控制發射時間，確保單頻網重疊覆蓋區域延時在控制范圍，從而達到特定區域的穩定覆蓋。單頻網所有發射機對發射信號進行數字調制，確保信號逐比特一致。單頻網具有先進性、數字化、網絡化等優勢，可提高頻譜利用率，覆蓋面積范圍大且均勻，滿足電磁環境保護標準，可避免對其他無線電業務造成干擾。地面數字電視廣播單頻網系統由單頻網適配系統、單頻網節目分配系統、單頻網發射系統三部分組成，結構如圖1所示。單頻網適配系統由單頻網適配器、單頻網授時接收設備組成，單頻網節目分配系統由發送端網絡適配器、接收端網絡適配器、TS流信號分配網絡組成，單頻網發射系統由發射機、單頻網授時接收設備組成[3-5]。

圖1 單頻網結構

2 岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播單頻網系統及傳輸覆蓋情況

2.1 岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播現狀

岳陽電視轉播臺是湖南省廣播電視骨干高山發射臺，有達摩嶺基站和金鶚山基站兩個基站，承擔中央、省、市地面數字電視發射及中央、省、市調頻廣播的轉播任務以及省微波干線的傳輸任務。岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播傳輸覆蓋系統采用的是成都德芯數字科技股份有限公司中央廣播電視節目備份與省市縣節目共傳方案，系統結構如圖2所示。采用AVS+專用衛星接收機將衛星節目信號接收解調后輸出TS流進切換器，進行主備切換。切換后的TS流送入地面數字電視廣播激勵器和數字發射機進行發射。本地節目通過AVS+編碼器進行編碼，經過復用器打包編輯輸出TS流到ASI碼流切換器進行主備切換，最后送入地面數字電視廣播激勵器和數字發射機進行發射。岳陽電視轉播臺基站共兩個頻道即20頻道（中心頻率530 MHz）、28頻道（中心頻率634 MHz）。通過使用AVS+專業衛星綜合解碼器接收中星6A衛星傳送的中一、中七兩路數字節目流并利用湖南省微波總站數字微波干線傳送的湖南省臺AVS+節目流進行復用，分別送至發射機進行發射。采用德芯科技（1 kW）UHF地面數字電視廣播發射機，支持單頻網和多頻網組網方式，支持單載波和多載波模式，提供470～700 MHz全頻段帶寬內任意8 MHz可設，采用高增益、高線性、LDMOS功放模塊，設備具有自動增益控制（Automatic Gain Control，AGC）功能，可保持發射機恒定功率輸出，保證發射機的穩定可靠和優越性能[6-7]。

圖2 岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播傳輸覆蓋系統

2.2 岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播單頻網改造優化

2.2.1 單頻網臺站頻率指標分配

岳陽電視轉播臺是湖南省廣播電視局廣播電視節目無線數字化覆蓋工程子基站，達摩嶺基站和金鶚山基站是湖南省廣播電視骨干高山發射臺。2021年3月，《全國地面數字電視700兆赫頻率遷移項目 湖南省技術方案設計》發布，至今，湖南省全省已完成頻率遷移工作。岳陽電視轉播臺達摩嶺基站和金鶚山基站的頻率指配方案（如表1所示）目前已完成。岳陽電視轉播臺存儲及管理臺站技術資料，配置單頻網系統內各設備，確保單頻網系統正常運行和安全播出，對單頻網進行優化調整，確保在重疊覆蓋區內將相互干擾優化調整至最小。

表1 岳陽電視轉播臺達摩嶺基站、金鶚山基站頻率指配方案

2.2.2 信號源傳送方案

岳陽電視轉播臺達摩嶺分臺現采用數字微波、移動光纖及衛星作為節傳方式，為微波省干網中繼站，本地節目通過光纜傳送。岳陽電視轉播臺金鶚山分臺現用光纜及衛星作為節傳方式，中央及省衛視節目主要通過衛星方式傳送，本地節目通過光纜傳送。岳陽電視轉播臺地面數字電視廣播單頻網系統建設落地后，達摩嶺基站、金鶚山基站的信號源傳輸方式有以下幾種：第一，采用“衛星接收方式”用于中央電視節目主信號傳送鏈路（達摩嶺基站、金鶚山基站）；第二，采用“有線光纜傳輸方式”作為湖南省及本地電視節目主信號傳送鏈路（達摩嶺基站、金鶚山基站）；第三，采用“數字微波傳輸方式”作為湖南省及本地電視節目主信號傳送鏈路，以及中央電視節目備用傳輸鏈路（達摩嶺基站）；第四，采用“衛星接收方式”用于中央廣播節目主備信號傳送鏈路（達摩嶺基站）；第五，采用“差轉方式”作為中央電視節目、湖南省節目備用信號傳送鏈路（金鶚山基站-差轉信號為達摩嶺發射臺信號）[8-9]。

2.2.3 天饋改造方案

天饋系統改造遵循“先利舊后新增”的原則，天線安裝位置根據天塔實際情況選定，如表2所示。金鶚山分臺原DS-44、DS-48與DS-19三頻道共用四層偶極板天線，根據頻率指配方案，DS-44調整為DS-20，DS-48調整為DS-28。達摩嶺分臺原DS-28、DS-48與DS-19三頻道共用六層偶極板天線，根據頻率指配方案，DS-28調整為DS-20，DS-48調整為DS-28。原天線帶寬滿足調整要求，天線和主饋線可以利舊，多工器需要更換，相應增加硬饋、彎頭、連接件等配套設備。改頻后，需要對天饋線系統指標進行測試。測試后如不滿足新頻道發射要求的，需要對天饋線系統進行整體調整，調整后的天線指標應滿足新頻道的發射要求[10-11]。

表2 岳陽電視轉播臺達摩嶺基站、金鶚山基站天饋改造方案

2.2.4 發射機系統

岳陽電視轉播臺達摩嶺基站和金鶚山基站地面數字電視廣播單頻網系統建設過程中，發射機系統改造是重點工作，改造方案如表3所示。改造過程中堅持使用國產數字電視發射機，根據實際情況新購或改頻、改造為國產單頻網數字電視發射機，如現狀為多頻網發射機，需進行單頻網改造處理。新購單頻網數字電視發射機含雙激勵器、GPS/北斗雙模授時器。

表3 金鶚山、達摩嶺基站發射機系統現狀及改造方案

3 結 語

岳陽電視轉播臺已完成地面數字電視700 MHz頻率遷移工作，達摩嶺基站和金鶚山基站作為湖南省廣播電視骨干高山發射臺，通過單頻網臺站頻率指標分配、信號源傳送方案優化、天饋改造方案、發射機系統改造等針對性措施，對基站單頻網傳輸覆蓋工程進行優化，有助于進一步提升岳陽電視轉播臺地面數字電視的覆蓋質量和服務水平。