文成縣地面數字電視單頻網組網技術與實踐

胡永相

【摘要】文成縣地處山區、地形復雜，為了提高地面數字電視的覆蓋范圍和信號質量，本文研究了文成縣地面數字電視單頻網組網技術與實踐。首先介紹了單頻網組網技術的特點、構成和關鍵技術，接著探討了單頻網組網技術在文成縣地面數字電視廣播系統中的應用和實踐，最后在文成縣地區進行單頻網組網測試，評估了該技術在提升信號覆蓋范圍和質量方面的效果。測試結果表明，單頻網組網技術能夠有效提高信號覆蓋范圍，降低系統建設和維護成本。

【關鍵詞】地面數字電視；單頻網組網；技術與實踐

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.01.011

隨著數字技術的不斷發展和數字電視的普及，地面數字電視成為了人們獲取信息和娛樂的重要途徑。而地面數字電視單頻網作為一種有效的組網技術，可以提供更好的信號覆蓋和接收質量，為用戶提供更好的觀看體驗。文成縣作為一個地區性的城市，面臨著數字電視信號覆蓋和傳輸質量等方面的挑戰。地面數字電視單頻網技術可以有效抑制多徑干擾，減少信號丟失和圖像質量下降，提供更穩定、清晰的電視節目觀看體驗。地面數字電視單頻網技術可以通過合理的網絡拓撲結構設計和頻率規劃，實現更廣泛的服務覆蓋，提供更多地區的數字電視節目接收和播放服務。通過地面數字電視單頻網的建設和優化，可以提高地方廣播電視傳輸的技術水平和服務質量，促進地方廣播電視產業的發展，對地方經濟起到積極的推動作用。因此，本文探討了文成縣地面數字電視單頻網組網技術與實踐，以期為解決文成縣電視信號覆蓋問題提供參考借鑒。

1. 地面數字電視單頻網組網系統概述

1.1 地面數字電視單頻網組網技術

地面數字電視單頻網組網技術是一種用于地面數字廣播系統的網絡組網技術。在傳統的地面數字電視廣播系統中，每個電視頻道需要獨立的頻率進行傳輸，這會導致頻譜資源的浪費和頻道間的干擾。而單頻網技術通過將多個電視頻道合并到一個頻率上進行傳輸，實現了多個電視頻道共享同一頻率資源的目的。具體來說，地面數字電視單頻網組網技術利用相應的復用器和編碼壓縮處理設備來處理節目流和信息數據流。這些設備通過輸出TS信號，并將信號送入單頻網適配器進行TS/ASI碼率適配。通過TS/ASI碼率適配，可以將TS信號的碼率調整為適合單頻網傳輸的速率，以確保信號的穩定傳輸和高質量的廣播[1]。

通過接收GPS衛星的信號，適配器可以獲得高精度的時間參考，從而實現各站點之間的時鐘同步。這樣可以確保單頻網中各個發射站的工作時鐘保持一致，避免信號沖突和傳輸錯誤。通過融合GPS技術和ASI/DS3適配器，單頻網適配器能夠實現高精度的時鐘同步和有效的碼流傳輸，從而提高單頻網的性能和廣播質量。通過采用百分百透明的傳輸方式，可以確保傳輸過程中不會發生任何信號丟失、變形或錯誤的情況。這樣可以最大限度地保證傳輸的有效性和準確性，使得各個傳輸流程中的碼流保持一致。

這種技術可以有效提高頻譜利用率，減少對頻譜資源的需求，并且能夠降低系統成本和提高傳輸效率。地面數字電視單頻網組網技術的應用可以廣泛涵蓋地面數字電視廣播系統，特別是在資源有限或頻譜資源緊張的情況下，可以提供更多的電視頻道選擇，提高用戶的觀看體驗。此外，該技術還可以降低能源消耗和減少對環境的影響，具有較好的可持續性發展潛力。

1.2 地面數字電視單頻網特點

地面數字電視單頻網（Single Frequency Network，SFN）具有以下幾個特點：

覆蓋范圍廣：地面數字電視單頻網通過多個發射臺同時發射相同的信號，可以實現信號的無縫覆蓋。相比于傳統的多頻網，SFN能夠減少不同頻率之間的干擾，提高信號的覆蓋范圍。

接收質量穩定：由于多個發射臺同時發射相同的信號，接收設備可以從不同的發射臺接收到相同的信號，減少了多徑干擾和信號衰減對接收質量的影響。這使地面數字電視單頻網能夠提供更加穩定、清晰的信號質量。

頻譜利用率高：地面數字單頻網采用正交頻分復用技術（OFDM），將頻譜劃分為多個子載波進行傳輸。通過合理的子載波分配和調制方式選擇，可以充分利用頻譜資源，提高頻譜利用率。

抗多徑干擾能力強：由于采用OFDM技術，地面數字電視單頻網在時域上具有較好的抗多徑干擾能力。通過添加循環前綴，可以消除多徑引起的時延擴展，降低碼間干擾，提高信號的抗干擾能力。

靈活性和可擴展性：地面數字電視單頻網具有較高的靈活性和可擴展性。可以根據實際需求和網絡規劃進行發射臺的布局和頻率規劃，以適應不同地區和不同覆蓋需求。同時，SFN還可以與其他無線通信系統進行共享和協同工作。

1.3 地面數字電視單頻網的構成

基于射頻產生方法的不同，地面數字電視單頻網又可以分為二個類別：①基于射頻信號分配方法的單頻網。在這種情況下，主發射站負責產生和發射整個覆蓋區域的射頻信號。主發射站通過發射設備將數字電視信號轉換為射頻信號，并通過天線進行廣播傳輸。這種方式要求主發射站能夠滿足整個覆蓋區域的射頻信號，對主發射站的設備和技術要求較高，故使用頻率較低。②基于基帶信號分配方式的單頻網。在這種單頻網中，數字電視射頻信號被分配到各個從站，然后再由從站進行發送以實現從站區域的覆蓋范圍。主發射站將地面數字電視信號轉化為基帶信息，并經由互聯網傳送給各個從臺站。地面數字電視單頻網的構成主要由發射站設備、單頻網適配器、GPS時鐘接收設備、地面數字電視發射機等，其具體結構如圖1所示。

2. 地面數字電視單頻網組網的關鍵技術

2.1 SDH網絡傳輸

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）傳輸網絡是一種同步數字傳輸技術，用于在光纖或微博鏈路上傳輸數據和信號。它是一種層次化的傳輸結構，通過將數據劃分為不同容量等級，實現高速、可靠的數據傳輸[2]。SDH傳輸網絡采用了一系列的信息結構等級，包括STM-1、STM-4、STM-16、和STM-64等級。其中STM-1是最基本的等級，傳輸速率為155.520 Mb/s。每個STM-1幀由9行和270列組成，共計2430個字節。每個字節包含9位有效數據和3位保護性信息。

地面數字電視廣播單頻網節目傳輸網絡通常采用光纖+SDH和數字微波+SDH兩種類型。光纖+SDH是指利用光纖作為傳輸介質，通過SDH（同步數字體系）技術進行信號傳輸和管理。光纖具有高寬帶、低損耗、抗干擾等優勢，可以有效地傳輸數字電視信號，而SDH技術能夠對信號進行同步、時鐘恢復和錯誤檢測等處理，保證信號的穩定傳輸和高質量。通過將節目ASI流和管理單元指針信息復用成DS3信號，再經過STM-1傳送模塊和光纖網絡的傳輸，完成整個節目的傳輸過程[3]。數字微波+SDH是指利用數字微波技術進行信號傳輸，并結合SDH技術進行管理。數字微波具有高頻率、大容量的特點，可以實現遠距離的信號傳輸，結合SDH技術，確保了信號的穩定傳輸和質量。

2.2 單頻網發射系統

單頻網發射系統是用于地面數字電視廣播的一種系統，它能夠同時向多個設備發送相同的廣播信號。該系統通過把不同的廣播節目轉換為數字信號，并使用特定的調制和傳輸技術，將這些信號傳輸到廣播發射塔或天線上，從而實現對廣播節目的無線傳輸。單頻網發射系統通常包括編碼器、調制器、功放器、天線系統、控制系統等。其優勢在于能夠通過單一的頻率傳輸多個廣播節目，減少了頻譜資源的占用。同時，由于所有接收設備接收的是相同的信號，可以避免多頻道干擾和頻率沖突的問題。

3. 文成縣地面數字電視單頻網

3.1 系統架構

馬山廣播電視轉播臺位于文成縣境內海拔892米的馬山黃泥崗頭山頂，該位置地勢較高、視野開闊、無遮擋，方便接收到良好的衛星信號。馬山廣播電視轉播臺的發射臺原本使用DS-19和DS-28兩個頻點進行發射，文成縣融媒體中心按照上級統一部署積極實施中央廣播電視節目無線數字化700兆赫頻率遷移項目后，本地單頻網系統及遷移項目實施完成后，中心現有3臺發射機已經正常工作，分別是DS-19、DS-28作為中央無線覆蓋，DS-13作為本地系統用。DS-19和DS-28兩個頻道通過雙工合成后送至天線發射覆蓋，發射機輸出接入多工器寬帶輸入口，將DS-13本地頻道送入現有天饋系統，與DS19和DS-28共用系統進行發射覆蓋。系統架構見圖2。

3.2 SFN組網

通過使用SFN適配器和GPS接收器，系統可以實現多個發射臺之間的同步操作，避免同頻干擾，并確保信號接收成功。使用SFN適配器對傳輸流進行MIP處理，并結合精確的GPS接收機提供的參考信號，SFN系統可以實現發射臺之間的頻率和時間同步。同時，采用PN420模式的保護間隔設置，可以有效消除同頻干擾現象，確保系統正常運行。

3.2.1 激勵器與GPS

激勵器（Exciter）是廣播和電視傳輸系統中的一種設備，其主要作用是將音頻和視頻信號轉換為適合廣播傳輸的調制信號，它在廣播和電視傳輸系統中起著至關重要的作用，確保信號的質量和兼容性，以便接收到清晰、穩定的廣播和電視節目。馬山廣播電視轉播臺采用高斯貝爾（型號GQ-3760）激勵器，它具備先進的調制技術、信號處理功能以及可靠穩定的性能，為節目的傳輸提供了可靠的支持[4]。同時，配置一臺GPS/BD X（GPS/北斗雙模）接收機，通過該接收機，激勵器能夠獲取高精度的時間參考。每秒一個脈沖的1 PPS信號提供了精確的時間基準，而10 MHz標準頻率則用于確保頻率同步。通過GPS/BD X接收機和激勵器的協同工作，單頻網組網可以實現高精度的頻率和時間同步，提供穩定、可靠的廣播服務。

3.2.2 地面數字電視發射機

地面數字電視發射機是用于將數字電視信號轉換為無線電信號并進行傳輸的設備，它可以接收來自編碼器的數字電視信號，并進行調制、編碼和解調等處理，將數字電視信號轉換為適合的無線傳輸調制信號。發射機具有功率放大器，可用于增強調制信號的功率等。馬山廣播電視轉播臺采用一部高斯貝爾地面數字單頻網電視發射機（型號GT-5900 A-1000），功率為1000W。在臺站配置一臺橋式雙工器，將DS-19和DS-28兩個頻道的發射機輸出信號合為一路，接受來自兩個發射機的信號，并將其合并成一個復合信號，這個復合信號通過天饋線傳送到鐵塔上的4層4面偶極子發射天線，由發射天線將信號進行輻射和發射[5]。

3.2.3 其他配套系統

為了確保地面數字電視系統的正常運行，還需要改造其他配套系統，以確保系統的可靠性和穩定性，這些系統包括供配電系統、監控管理系統、防雷接地系統等。這些配套系統能夠確保系統持續穩定地運行，并提供高質量的數字電視信號傳輸服務。

4. 地面數字電視單頻網組網技術測試

使用專業設備對系統進行TR 101-290監測測試，該測試用于地面數字電視廣播系統的監測和測試，評估數字電視信號的質量和性能，以確保廣播系統的正常運行和信號傳輸的可靠性，測試結果見表1。經過TR 101-290監測，結果顯示一級和二級均無錯誤。對系統各指標進行分析，各項指標都符合相關技術標準，符合數字電視地面覆蓋傳輸要求，這表明單頻網組網技術在文成縣地區的實踐中取得了良好的效果。

5. 結束語

本文介紹了單頻網組網技術在文成縣地面數字電視廣播系統中的應用和實踐。通過采用單頻網組網技術，可以有效提高信號的覆蓋范圍和質量，降低系統建設和維護成本。單頻網組網技術具有頻譜效率高、抗多徑干擾能力強、成本低和信號覆蓋范圍廣等技術優勢，使得單頻網成為地面數字電視系統中的一種重要組網技術，能夠提供更好的信號質量和用戶體驗。隨著技術的不斷發展和創新，單頻網組網技術有望在地面數字電視廣播系統中得到更廣泛的應用，同時，隨著無線通信技術的進步，單頻網組網技術能夠在其他領域發揮更大的作用。

參考文獻：

[1]滕旭光.地面數字電視三級單頻網系統建設[J].電視技術，2023，47（06）：116-119.

[2]周欽勇.地面數字電視單頻網的建設及應用[J].西部廣播電視，2022，43（23）：238-240.

[3]石嵬.大連市廣播電視節目地面無線數字化覆蓋工程單/多頻網混合組網建設方案[J].廣播電視信息，2022，29（11）：86-88.

[4]龐宏杰.地面數字電視單頻網同步研究[J].電聲技術，2023，47（05）：67-70.

[5]楊方正，葛東，浮沉，孫鵬程，侯蒙學.地面數字電視單頻網系統分級建設研究[J].廣播與電視技術，2022，49（04）：83-89.