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地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)單頻網(wǎng)技術(shù)分析論文
摘要：數(shù)字電視以SFN覆蓋為主，相對于多頻網(wǎng)，SFN不但具有技術(shù)優(yōu)勢、傳輸質(zhì)量優(yōu)勢，同時能夠利用同一RF頻道播送多套電視節(jié)目，可以高效利用頻譜資源，對于多頻網(wǎng)中被禁用的部分頻道，SFN可以重新啟用，這有助于增加地面電視的可用頻率范圍及頻道數(shù)量。本文探討了SFN技術(shù)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)構(gòu)，并結(jié)合數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實例，說明了SFN的應(yīng)用方法、覆蓋效果。
關(guān)鍵詞：單頻網(wǎng)；數(shù)字電視；地面電視；應(yīng)用
數(shù)字電視以數(shù)字信號傳輸信息，可以減少信號損失及改善接收效果，收視過程無重影、無噪聲，且圖像清晰，建設(shè)數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)可以為用戶提供質(zhì)量更高的公共信息傳輸服務(wù)。我國內(nèi)地的城市居民多利用有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)字電視，對于有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)無法通達(dá)的鄉(xiāng)村地區(qū)及城郊地區(qū)，具有移動接收及簡單接收能力的地面數(shù)字電視成為了發(fā)展主流。為了促進(jìn)地面電視實現(xiàn)良性發(fā)展，應(yīng)合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式。目前地面無線數(shù)字電視的常用覆蓋模式為單頻網(wǎng)（SFN）技術(shù)，本文研究了標(biāo)準(zhǔn)SFN技術(shù)在地面數(shù)字電視中的應(yīng)用問題，以優(yōu)化地面電視組網(wǎng)技術(shù)以及傳輸網(wǎng)絡(luò)。
1傳輸標(biāo)準(zhǔn)與SFN結(jié)構(gòu)
地面數(shù)字電視信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)包括DTMB、ATSC、ISDB-T及DVB-T，其中DTMB標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)特點鮮明，幀結(jié)構(gòu)單位為整秒，能夠確保SFN實現(xiàn)同步，組網(wǎng)設(shè)備相對簡單、成本低，可以支持多媒體廣播業(yè)務(wù)、高清電視業(yè)務(wù)，且具有擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等優(yōu)勢，可強(qiáng)化覆蓋網(wǎng)的拓展性與實用性，因此地面電視的SFN覆蓋網(wǎng)多以DTMB為傳輸標(biāo)準(zhǔn)。SFN系統(tǒng)包括調(diào)制器、GPS接收機(jī)及適配器等，SFN系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。SFN系統(tǒng)中的激勵器主控通信，可調(diào)制信道編碼及實現(xiàn)故障報警，同時需要支持整個SFN系統(tǒng)完成比特、時間及頻率同步。SFN系統(tǒng)可在TS流中插入SIP包，向發(fā)射機(jī)傳輸TS流，激勵器可解析TS碼流及處理SIP包信息，在不改變PCR的基礎(chǔ)上實現(xiàn)比特同步。激勵器還能夠連接不同的前端設(shè)備與分配鏈路，以1μs精度作為參考，在GPS中提取1PPS、10MHz的標(biāo)準(zhǔn)時間及標(biāo)準(zhǔn)頻率，從而實現(xiàn)時間同步；頻率同步的調(diào)制方式為TDS-OFDM，在調(diào)制狀態(tài)下發(fā)射機(jī)的信號頻率應(yīng)相同，以利用激勵器調(diào)整變頻本振，使不同發(fā)射機(jī)的GPS時鐘與10MHz參考源實現(xiàn)同步。SIP包是確保SFN實現(xiàn)同步覆蓋的重要構(gòu)成部分，間隔時間為1s，如間隔＞1s，可能會導(dǎo)致激勵器失步，抖動為±100ns；如超出標(biāo)準(zhǔn)抖動范圍，極有可能導(dǎo)致激勵器重啟，全包抖動也為±100ns，在超出標(biāo)準(zhǔn)抖動范圍時可導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)延遲。SIP包由填充字節(jié)、功率控制、頻偏設(shè)置、調(diào)整延時、廣播尋址、最大延時、SI-SIP及SIP頭構(gòu)成。
2SFN技術(shù)的應(yīng)用
2.1工程概況
某區(qū)廣電局在早期安裝了發(fā)射機(jī)，安裝位置為廣電大樓，發(fā)射機(jī)工作頻率為2000W，工作模式為DTMB單載波，單載波的傳輸速率為25.989Mbps，LDPC編碼效率為0.8，星座映射為32QAM，幀頭格式為PN595，載波模式C=1；發(fā)射機(jī)的發(fā)射頻點共為8個，發(fā)射頻率在642~759MHz之間，可傳送的數(shù)字電視為62套，采用四偶極子天線，天線處于垂直極化狀態(tài)，可實現(xiàn)四層四面發(fā)射，發(fā)射塔與廣電大樓的總高度為127m，發(fā)射點的實際海拔為73m。經(jīng)測試證實發(fā)射系統(tǒng)的覆蓋半徑為32~50km，由于覆蓋半徑廣及信號接收效果好，該系統(tǒng)在早期迅速發(fā)展了大量用戶。另一方面，由于近年來該區(qū)的市政規(guī)劃發(fā)生重大變化，發(fā)射塔附近、市區(qū)內(nèi)建設(shè)了大量高層建筑，密集的高層建筑阻擋了無線信號，導(dǎo)致覆蓋范圍縮小，且覆蓋區(qū)內(nèi)的信號質(zhì)量變差。為了保證信號電平強(qiáng)度達(dá)到要求，并擴(kuò)大地面電視信號覆蓋范圍，該區(qū)廣電局決定在高山上另建發(fā)射站，并組建SFN覆蓋網(wǎng)。
2.2調(diào)制參數(shù)與數(shù)字頻率
在建設(shè)SFN時需要確保固定覆蓋與移動覆蓋實現(xiàn)兼容，采用總局推薦的調(diào)制模式，將FEC碼率調(diào)整為9.629Mbps，信號幀長為4725個符號，F(xiàn)EC選用0.4，設(shè)臺最大距離為23.6km。幀頭長度取78.7μs，信號電平最小值為-84dBm，C/N為12.9dB，交織720。在規(guī)劃數(shù)字頻率時充分利用了空閑頻道，以減少頻道干擾問題，同時對部分頻道，包括公共新聞、文體、經(jīng)濟(jì)及影視頻道等進(jìn)行打包復(fù)用，以確保數(shù)字頻率符合模數(shù)同播原則。為傳輸高清電視節(jié)目，應(yīng)保證SFN系統(tǒng)中應(yīng)用的編碼器支持DRA標(biāo)準(zhǔn)及AVS標(biāo)準(zhǔn)，考慮到需要傳輸體育類及其他動態(tài)類節(jié)目，將節(jié)目的帶寬調(diào)整至1.5Mbps左右，盡量避免帶寬＜1.0Mbps。在規(guī)劃數(shù)字頻率時還要求每個頻道傳輸?shù)碾娨暪?jié)目≥6套，EPC占用的帶寬應(yīng)控制在0.3kbps左右，同時利用剩余帶寬傳輸部分廣播節(jié)目。為了降低SFN組建難度，采用了循序漸進(jìn)式建網(wǎng)及覆蓋方法，先完成骨干臺的選點及覆蓋工作，確保骨干臺實現(xiàn)大功率、多點覆蓋，在測算發(fā)射臺覆蓋范圍時依據(jù)CCIR曲線圖。曲線圖的繪制基準(zhǔn)為1kW發(fā)射功率、4m接收天線，天線增益10dB，發(fā)射功率2.5kW，接收場強(qiáng)取45dBμV，門限值為30dBμV。
2.3發(fā)射系統(tǒng)與信號接收
建網(wǎng)時采用了DTMB1kW型數(shù)字發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)的頻率為475~807MHz，其構(gòu)成部分包括控制單元、耦合器、合成器、放大器、分配器及激勵器，將功率較大的BLF888A型管作為末級功放。末級功放的設(shè)計原則為模塊化、寬頻帶及超線性，可實現(xiàn)熱插拔，因此可以降低發(fā)射機(jī)的安裝及維護(hù)難度。控制模塊可實時監(jiān)控末級功放與激勵器等相關(guān)構(gòu)件的工作狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送到信號發(fā)射質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中�？刂颇K的接口協(xié)議包括TCP/IP協(xié)議及RS485協(xié)議，利用上述接口協(xié)議不但能夠有效管理發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)，同時可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)信號傳輸過程受到干擾時能及時調(diào)整SFN系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而保證SFN系統(tǒng)中的天饋模塊、發(fā)射機(jī)與激勵器等的技術(shù)指標(biāo)、工作性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。在天線信號接收方面，本系統(tǒng)采用的接收方式包括便攜式接收與固定接收，便攜式接收分為室外接收與室內(nèi)接收兩種模式。室外便攜接收的條件較為復(fù)雜、天線總類繁多，包括公交系統(tǒng)接收及出租車接收等，信號接收效果與高層建筑屏蔽、信號額外損耗有關(guān)，天線增益接近0，在部分情況下可造成嵌入天線出現(xiàn)負(fù)增益。室內(nèi)便攜接收主要被用于偏遠(yuǎn)地域及有線電視難以覆蓋的區(qū)域，一般情況下SFN系統(tǒng)可使天線增益12~15dB。固定接收是常見的天線接收形式，天線具有增益性及特定的方向性，安裝在屋頂上或距地面10m高的區(qū)域。由于SFN傳輸環(huán)境當(dāng)中存在多種干擾源，包括多普勒頻移、電磁波及建筑反射干擾等，且系統(tǒng)中存在覆蓋盲區(qū)，如隧道、偏遠(yuǎn)郊區(qū)、地下室及高層建筑陰影區(qū)等，為了抑制干擾、減少覆蓋盲區(qū)及提高接收天線增益，在部分區(qū)域設(shè)置了直放站。
2.4SFN覆蓋測試
為了測試SFN的覆蓋效果，在組網(wǎng)工作完成后進(jìn)行了開路測試，測試的發(fā)射站共為三個，臺站的發(fā)射功率均為1kW，間距為37.06km、24.56km、21.58km，靜態(tài)延時均為0，采用垂直極化方式。在測試的過程中如出現(xiàn)LDPC誤包，則失敗判據(jù)為LDPC誤包率，將判決門限定為1%。為減少干擾，在測試時需要適當(dāng)限制天線場形，同時控制好交疊區(qū)內(nèi)的最長延時，避免延時超過保護(hù)間隔。在測試時發(fā)現(xiàn)，覆蓋網(wǎng)中的信號重疊區(qū)域達(dá)到兩個以上，如開啟的發(fā)射站達(dá)到2個以上，則可以確保接收點場強(qiáng)得到有效提升，但在場強(qiáng)得到提升的同時，無法有效增強(qiáng)接收點C/N或靈敏度。經(jīng)測試后證實移動接收LDPC>0的區(qū)域在覆蓋網(wǎng)中所占的比例約為5%，LDPC=0區(qū)域約為95%。電平區(qū)間<-80dbm，覆蓋區(qū)域為2%；電平區(qū)間為-70~-80dbm，覆蓋區(qū)域為6%；電平區(qū)間為-60~79dbm，覆蓋區(qū)域為26%；電平區(qū)間為-50~-59dbm，覆蓋區(qū)域為48%；電平區(qū)間為-40~-49dbm，覆蓋區(qū)域為16%；電平區(qū)間>-40dBm，覆蓋區(qū)域為2%。
3結(jié)語
綜上所述，在地面電視系統(tǒng)中應(yīng)用數(shù)字化編制處理技術(shù)可以保證信息傳輸過程的可靠性、實時性及快速性，讓用戶能夠收看到清晰的圖像。為了推廣地面數(shù)字電視，應(yīng)重視運(yùn)用SFN技術(shù)。在運(yùn)用SFN技術(shù)時需要嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，確保覆蓋網(wǎng)的同步性達(dá)到要求。在構(gòu)建SFN時，應(yīng)注意做好頻率規(guī)劃，充分挖掘頻譜潛力，確保正常播出模擬電視；同時要注意對SFN發(fā)射網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，減少信號輻射、電磁波、覆蓋盲點及覆蓋盲區(qū)，進(jìn)而有效提高覆蓋率。
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