地面數字電視前端信號干擾問題分析與對策

樊 鵬

（山西廣播電視無線管理中心1125 臺，山西 太原 030000）

0 引 言

地面數字電視是我國廣播電視的主要傳輸方式，采用數字編碼和數字調制技術對電視信號進行傳輸，相比模擬電視技術，具有更高的頻譜利用效率和更強的抗干擾能力。地面數字電視技術對視頻和音頻信號進行壓縮編碼，采用正交幅度調制方式進行信號調制，可以在有限的頻帶內傳輸更多的電視頻道和數據業務，具有高階QAM 調制能力和強網絡對時性，實現了固定受信機、移動受信機和單頻網三種服務的兼容傳輸[1]。與傳統模擬電視信號相比，地面數字電視信號在圖像和聲音的傳送質量上有很大提高。數字電視提供的高清晰度和超高清晰度的節目服務使其圖像更加精細逼真，聲音也更具沉浸感。

地面數字電視技術的應用，極大地推動了電視行業的進步，為廣大觀眾帶來強大的視聽體驗。但其信號在傳輸過程中也難免受到各種干擾的影響。地面數字電視的信號質量仍然面臨各種人為和自然因素的干擾，導致圖像失真、聲音異常等問題，嚴重時會造成長時間的信號中斷。為了保證觀眾的視聽體驗，必須重視并妥善應對信號干擾問題。

1 地面數字電視信號質量指標及標準

地面數字電視信號質量的評價需要考慮多個技術指標，并結合實際應用環境綜合判斷。維持良好的信號質量，是實現地面數字電視高質量服務的基礎。對此，需要對各影響因素進行監測和管理。常見的地面數字電視信號質量的量化指標如下。

（1）載噪比，表示信號與噪聲的功率比，是用于評價信號質量好壞的重要指標。地面數字電視信號的載噪比需要高于20 dB，才能正常解碼和播放信號。載噪比測量主要使用矢量信號分析儀，獲取信號的功率譜圖，讀取圖中的噪聲功率和信號功率，計算其比值。

（2）相位噪聲，表示相位擾動的度量。相位噪聲過大，會引起解調后的信號頻譜增寬，對信號識別造成干擾。相位噪聲的測量主要使用矢量信號分析儀，對接收的地面數字電視信號進行相位噪聲測量，獲取信號的相位噪聲譜圖，讀取相位噪聲功率值并計算相位噪聲指標。

（3）誤碼率，表示解碼后無法正確還原的比特數量占總比特數的比例。

整體來看，我國上述指標的地面數字電視信號質量參考標準值為載噪比≥32 dB，相位噪聲≤-60 dBc/Hz，誤碼率≤2×10-11。只要達到這些標準值，低階16QAM 調制方式就可實現高清畫面，高階的64/256QAM 更可以達到超高清的視聽效果[1]。

2 前端信號干擾類型與機制分析

2.1 電磁波干擾源與作用機制

電磁波干擾是地面數字電視信號衰減的主要原因之一。來自各種電子設備和用電設施的電磁輻射會對電視信號產生干擾[2]。常見的電磁波干擾源有：高壓電力傳輸線路產生較強的電磁場與電荷，對臨近的電視信號接收產生電磁干擾，使電視信號出現噪聲及畫質下降現象；商用/業余無線設備，如使用相近頻段的對講機、無線麥克風、WiFi 設備等造成電磁干擾，增加數字電視信號的噪聲和相位噪聲；部分家用電器在工作時也會產生電磁波輻射，如電機、空調等有可能對電視信號接收端的調諧電路和放大器產生干擾，出現畫面噪點；電弧焊機等設備，電弧焊接等會產生較大的電磁脈沖，會嚴重影響電視信號的正常接收，造成短時間的信號丟失和畫面消失。

電磁波干擾的產生機制均遵循電磁學中的馬克斯威爾方程式（Maxwell Equations），即來自高頻電流和電荷在導體和空間中的運動，所產生的電磁場在空間傳播，對電視信號接收天線和輸入端形成電磁耦合，引入噪聲和干擾信號，破壞正常的調諧復用接收過程，使信號質量和畫面效果下降[2]。

2.2 多路徑干擾的產生原因

多路徑干擾是地面數字電視信號在傳播過程中無法避免的一種干擾形式，源于電視信號在到達接收機天線前遇到各種障礙物，產生多個衰減和延遲不同的信號分量疊加在一起，造成信號質量下降和畫面失真。多路徑干擾的主要產生原因有：（1）復雜地形，山地、丘陵等不平坦的地表使電視信號產生多次反射和散射，形成傳播路徑中的多個分支，這些分支之間的相位差引起信號相消，影響信號質量；（2）高大建筑物會對電視信號進行反射、衍射和遮蔽，造成多個信號分量之間的相位差和延遲差，干擾正常的信號傳播；（3）金屬隔離物，如金屬材料的墻壁、鐵塔等，會使電視信號產生較大的反射損耗，并在一定條件下產生屏蔽效應；（4）移動障礙，如高速行駛的車輛、船只等也會對電視信號產生特定多普勒頻移和多路徑效應，造成短時間的信號中斷和畫面失真；（5）電離層反射，電視信號在電離層反射時，不同的信號成分產生不同程度的衰減和相移，被反射的多個信號分量會產生一定的干擾。

2.3 氣象變化引起的信號衰落

氣象變化也是可能導致地面電視信號質量下降的原因之一。氣象變化會引起電視信號在大氣中的傳播衰減，嚴重時可能造成信號的中斷和畫面卡頓，主要形式包括：（1）降水對信號的衰減，小到中雨的降水會對微波信號產生一定的衰減作用，大雨會對電視信號造成較強烈的衰減，導致畫質下降或畫面粒狀；（2）霧霾對信號的遮蔽，濃霾和大霧天氣會使空氣中的水蒸氣和顆粒物增加，會吸收和散射電視信號的能量，造成視距縮短和信號衰減，嚴重時信號被完全遮蔽；（3）氣溫增減，氣溫的升高會使大氣中的氣體密度減小，對電視信號的吸收和散射作用減弱，有利于信號傳播，反之，氣溫降低時，信號衰減，強度下降；（4）大氣壓強變化，大氣壓強的上升會壓縮大氣，增強電視信號頻率范圍內氣體與顆粒物對信號的吸收和散射，引起信號衰減。

3 前端信號干擾的應對策略

3.1 電磁波干擾的屏蔽與抑制

電視信號的發射、傳輸與接收環節采用屏蔽、濾波、數字信號處理等技術手段，選用抗干擾度更高的設備與方法，監測電磁環境以針對存在的干擾源，是減輕電磁波干擾影響、改善地面數字電視信號質量的關鍵所在。為減輕電磁波干擾對地面數字電視信號質量的影響，可以采取以下措施：（1）選擇相對平坦開闊的站址，遠離高壓線路、大型電氣設備和高頻射頻傳輸系統，可以有效避免強電磁場的干擾；（2）采用屏蔽措施，在電視發射機和接收機使用屏蔽機柜及屏蔽電纜，加裝濾波器和阻抗匹配裝置，對設備本身的電磁輻射進行屏蔽和抑制，或在接收點使用室內屏蔽天線，減少外來電磁波的干擾；（3）優化天線極化方式，根據不同的電磁環境，選擇最優的天線極化方式（垂直極化或水平極化），以最小化外電磁波的干擾功率；（4）增加發射功率，適當提高發射功率，可以增強信號抗干擾能力，減少外電磁噪聲對信號的影響，改善信號質量；（5）采用數字信號處理，使用數字調制、信道編碼、前糾錯編碼等技術，可以在一定程度上抑制傳輸過程中的電磁噪聲，提高信號的誤碼率性能，改善信號抗干擾能力[3]。

3.2 多路徑效應的技術抑制

為減輕多路徑效應對地面數字電視信號質量的影響，可以采取以下措施：（1）站址選址遠離高大建筑物群，以減小信號抵達接收點的傳播路徑和產生的回波，緩解多路徑效應；（2）使用方向性更強的天線，采用更窄的信號發射波束和更高的天線增益，減少信號向周邊區域的擴散；（3）將接收天線放置在水平較高且開闊的位置，減少地面和建筑物造成的多路徑回波，并采用定向至主信號源的方式放置，提高天線的方向增益；（4）使用均衡器、序列估計與信道均衡等數字信號處理技術，可以估計信道的多徑效應，補償不同路徑信號之間的相位與幅度差異，減輕多路徑干擾對信號的影響，提高系統的抗多徑性能；（5）定期對電視信號到達接收點的各信號路徑進行監測，記錄路徑損耗、相移等參數的變化，為采取針對性措施提供參考依據。

3.3 氣象條件引起干擾的應急措施

在氣象條件變化導致地面數字電視信號質量下降的情況下，對信號傳輸與服務質量必須使用技術手段，以最大限度地減小氣象因素對電視廣播的影響[4]，具體包括以下措施。

（1）增加發射功率。在氣象條件變差期間提高電視信號的發射功率，加大信號功率在所覆蓋區域內的余量，以抵抗氣象條件引起的額外損耗，保障信號質量。

（2）設置備用頻點。預先規劃電視信號的備用頻點，在主頻點信號質量受到氣象條件影響無法滿足需求時，將信號快速切換至備用頻點，恢復正常服務。

（3）增加發射站點。在電視信號覆蓋網絡內增加備用發射站點，當某一發射站點的信號傳播受到氣象條件影響時，可啟用備用站點的發射，將高質量信號提供給受影響區域。

（4）臨時調整發射方向。根據氣象條件變化對電視信號覆蓋的具體影響區域，臨時調整發射天線的波束方向，將信號重點覆蓋至受影響最嚴重的地區，保證優先服務。

（5）加密與差錯糾正。使用數字調制和信號前向糾錯技術，可以在一定程度上提高電視信號抗衰落的能力，當信號傳播過程受到氣象引起的影響出現誤碼時，可以對誤碼進行糾正，保證信號的正確解調[5]。

（6）提供跨地區備援。與相鄰區域的電視臺聯網，當本地電視信號服務因氣象條件受到嚴重影響時，采用跨地區的信號對本地覆蓋區域進行備份覆蓋，保證區域內基本的電視信號接收需求。

4 結 語

隨著地面數字電視技術的快速發展，信號傳輸質量的重要性日益凸顯。高質量的信號服務不僅確保電視節目的清晰流暢，也關系到廣電系統的工作效率。未來，地面數字電視信號傳輸將向更加智能化、靈活化和高清化方向發展，信號質量管理也將更加自動化和精細化，抗干擾能力也將更強，日益成為廣播電視服務效率提升的關鍵所在。