邵 云

（寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)廣播電視臺(tái)，寧夏 中衛(wèi) 755000）

1 引言

中衛(wèi)市是寧夏西部的一個(gè)地級(jí)市，也是我國(guó)西部的一個(gè)樞紐城市。在中衛(wèi)地區(qū)，信息獲取手段的落后已經(jīng)成為構(gòu)建和諧社會(huì)和建設(shè)新農(nóng)村的嚴(yán)重障礙。針對(duì)目前中衛(wèi)市農(nóng)村地區(qū)廣播電視覆蓋現(xiàn)狀，中衛(wèi)市廣播電視臺(tái)和成廣電視設(shè)備有限公司（下稱(chēng)成廣公司）在市中心和東部勝金關(guān)農(nóng)村地區(qū)建設(shè)了一套國(guó)標(biāo)數(shù)字電視無(wú)線(xiàn)覆蓋規(guī)劃系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)主要解決農(nóng)村地區(qū)電視信號(hào)覆蓋問(wèn)題。根據(jù)地理位置，在轄區(qū)的東部和西部城區(qū)中心各建一個(gè)發(fā)射站，以實(shí)現(xiàn)對(duì)西發(fā)射站的東南部180°，半徑20 km范圍內(nèi)，北部半徑9 km范圍內(nèi)和東發(fā)射站的南部偏東180°，半徑15 km范圍內(nèi)，85%以上地區(qū)廣播電視節(jié)目地面數(shù)字電視信號(hào)的良好覆蓋，信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)在上述范圍內(nèi)不低于30 dBμV。并通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)的偏置設(shè)計(jì)，有效避免對(duì)本縣以外地區(qū)廣播電視信號(hào)的干擾，界外場(chǎng)強(qiáng)低于20 dBμV。

本系統(tǒng)的前端信源系統(tǒng)設(shè)在城區(qū)廣電大樓，包括編碼復(fù)用系統(tǒng)、加擾系統(tǒng)、調(diào)制系統(tǒng)和光纖傳輸系統(tǒng)。利用5個(gè)電視頻道，采用國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視技術(shù)，傳輸電視節(jié)目35套以上，廣播節(jié)目8套以上，電視節(jié)目每套碼率平均不低于2.35 Mbit/s。5路TS流信號(hào)經(jīng)加擾、激勵(lì)器調(diào)制，在射頻上合成后通過(guò)既有光纖傳至各發(fā)射站，經(jīng)光接收機(jī)接收后傳至發(fā)射機(jī)，發(fā)射機(jī)進(jìn)行選頻并將每一個(gè)頻道信號(hào)功率放大到100 W后發(fā)射，系統(tǒng)原理如圖1所示。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)要求，在中衛(wèi)市城區(qū)東部和西部共建2個(gè)發(fā)射主站，各使用5臺(tái)單頻道100 W發(fā)射機(jī)，覆蓋境內(nèi)的大部分農(nóng)村地區(qū)，并根據(jù)覆蓋情況在邊遠(yuǎn)鎮(zhèn)再建設(shè)2個(gè)或更多直放站進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)發(fā)射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)中衛(wèi)市城區(qū)境內(nèi)所有農(nóng)村地區(qū)地面數(shù)字電視信號(hào)的良好覆蓋。

圖1 數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)圖

3.1 100 W單頻道發(fā)射機(jī)

系統(tǒng)中，2個(gè)發(fā)射站各配置5臺(tái)100 W發(fā)射機(jī)，使用5個(gè)相同的電視頻道，發(fā)射5路數(shù)字電視信號(hào)。5臺(tái)發(fā)射機(jī)采用組合設(shè)計(jì)方式，將2個(gè)和3個(gè)頻道的發(fā)射機(jī)分別裝入1個(gè)機(jī)柜，在發(fā)射機(jī)輸出端采用數(shù)字式帶通濾波器構(gòu)成的雙工器和三工器進(jìn)行頻道合成，通過(guò)2副天線(xiàn)發(fā)射出去。

系統(tǒng)采用成廣公司生產(chǎn)的DMB-100-I型100 W數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)。主要由頻道選擇器、激勵(lì)放大器、功放單元、顯示單元、控制單元、輸出濾波器、電源系統(tǒng)以及風(fēng)冷系統(tǒng)等組成。100 W數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)原理如圖2所示。

圖2 100 W數(shù)字電視發(fā)射機(jī)原理圖

發(fā)射系統(tǒng)中，雙工器和三工器裝在一個(gè)機(jī)柜內(nèi)，這樣發(fā)射站的主要發(fā)射設(shè)備被設(shè)計(jì)裝在3個(gè)機(jī)柜內(nèi)，發(fā)射系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 5×100 W數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)圖

在發(fā)射站，光接收機(jī)解調(diào)輸出的多個(gè)頻道射頻信號(hào)，經(jīng)發(fā)射機(jī)采用多級(jí)頻道濾波器后，分離出單一頻道的射頻信號(hào)進(jìn)入各頻道發(fā)射機(jī)。本系統(tǒng)中，選頻器負(fù)責(zé)將合成射頻信號(hào)里的每個(gè)頻道信號(hào)取出。對(duì)于隔頻信號(hào)，分離過(guò)程簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)相鄰頻道數(shù)字電視信號(hào)的分離，則必須采取變頻濾波方式才能獲得良好的技術(shù)指標(biāo)，選頻器原理如圖4所示。

圖4 選頻器原理圖

在相鄰頻道信號(hào)分離處理過(guò)程中，采用變頻技術(shù)和聲表面濾波技術(shù)，這是成廣公司根據(jù)本系統(tǒng)的特點(diǎn)獨(dú)創(chuàng)的射頻處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，成本較高，最大特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了相鄰頻道高隔離度的要求。

3.2 多工器系統(tǒng)

多工器包括1個(gè)雙工器和1個(gè)三工器，DS-43和DS-46進(jìn)行雙工，DS-41，DS-44和DS-48進(jìn)行三工，合成后的2路射頻信號(hào)通過(guò)2副天線(xiàn)發(fā)射出去。多工器采用星型結(jié)構(gòu)，主要技術(shù)指標(biāo)：1）頻率范圍為470～862 MHz（DS-43/46 雙工，DS-41/44/48 三工）；2）功率容量為 2×1 kW/3×1 kW；3）插入損耗不大于0.5 dB（工作頻帶內(nèi)）；4）隔離度不小于35 dB；5）駐波比不大于1.10；6）輸出接口為IF70；7）輸入接口為L(zhǎng)27。

3.3 發(fā)射天線(xiàn)

本系統(tǒng)使用2副天線(xiàn)進(jìn)行發(fā)射，采用6層偶極子筒型垂直極化天線(xiàn)。該天線(xiàn)設(shè)計(jì)功率容量3 kW，頻率帶寬100 MHz，可滿(mǎn)足多工使用的要求。發(fā)射天線(xiàn)單元采用筒形結(jié)構(gòu)，天線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)南辔谎a(bǔ)償優(yōu)化，同時(shí)功率分配器采用多級(jí)切比雪夫變換以獲得更好的寬帶特性。該天線(xiàn)采用不銹鋼制作，具有防腐能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)練輕巧、易于制作和運(yùn)輸，駐波比特性好，頻率帶寬較寬，可滿(mǎn)足100 MHz間隔范圍內(nèi)的多工器的要求。

6層筒形垂直極化天線(xiàn)系統(tǒng)由6對(duì)筒形天線(xiàn)振子、3根分饋線(xiàn)、1只3∶1功率分配器和1只λ/4調(diào)配線(xiàn)組成。主要技術(shù)指標(biāo)：1）頻率范圍為 470～800 MHz/指定電視頻道中心頻率±50 MHz；2）功率容量為 1.4 kW；3）天線(xiàn)增益為9.8 dB；4）駐波比不大于1.10；5）方向性為全向（220°弱向）；6）極化方式為垂直；7）波束填充大于 8%；8）系統(tǒng)重量為100 kg。

3.4 數(shù)字電視激勵(lì)器

本系統(tǒng)5個(gè)頻道的國(guó)標(biāo)數(shù)字電視激勵(lì)器設(shè)置在電視大樓中心機(jī)房，采用成廣公司激勵(lì)器CGDE-I。激勵(lì)器滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)GB20600-2006和GY/T229.2-2008的技術(shù)要求，可以實(shí)現(xiàn)國(guó)標(biāo)要求的330種工作模式。激勵(lì)器的主要性能指標(biāo)：1）工作頻段為VHF/UHF任一指定電視頻道；2）帶寬為8 MHz；3）頻率穩(wěn)定度中，內(nèi)置頻率基準(zhǔn)不大于 1×10-8，外接頻率基準(zhǔn)不大于 1×10-10；4）輸出功率可調(diào)范圍為-10～0 dBm；5）帶肩比（中心頻率±4.2 MHz）小于-50 dB；6）帶內(nèi)波動(dòng)不大于0.3 dB；7）MER優(yōu)于36 dB；8）帶外雜散和諧波抑制不大于-65 dB；9）相位噪聲≤-65 dBc/Hz@10 Hz，≤-80 dBc/Hz@100 Hz，≤-90 dBc/Hz@1 kHz，≤-100 dBc/Hz@10 kHz，≤-115 dBc/Hz@100 kHz，≤-125 dBc/Hz@1 MHz。

4 系統(tǒng)試驗(yàn)

4.1 系統(tǒng)工作模式

本系統(tǒng)支持國(guó)標(biāo)的330種工作模式，在選擇發(fā)射機(jī)工作模式時(shí)，應(yīng)根據(jù)各地的實(shí)際情況進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，才能保證地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)覆蓋效果最佳。

無(wú)論多載波工作模式，還是單載波工作模式，均在時(shí)域同步正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）幀結(jié)構(gòu)下進(jìn)行子載波參數(shù)選擇。國(guó)標(biāo)DTMB的統(tǒng)一性表現(xiàn)在系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、擾碼糾錯(cuò)、系統(tǒng)時(shí)鐘、時(shí)域交織、調(diào)制方式、信號(hào)帶寬等，國(guó)標(biāo)DTMB的融合性表現(xiàn)在時(shí)域和頻域相結(jié)合的信號(hào)處理方式上，在此基礎(chǔ)上的單載波和多載波信號(hào)可以統(tǒng)一用硬件處理。

根據(jù)成廣公司承擔(dān)的大量工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，在相同測(cè)試環(huán)境下，邊緣接收?qǐng)鰪?qiáng)時(shí)，單載波16QAM模式的性能要比多載波的32QAM模式好；對(duì)發(fā)射機(jī)而言，相同輸出功率情況下，發(fā)射機(jī)單載波工作時(shí)的帶肩比要比多載波工作高約2～3 dB，而在相同帶肩比情況下，單載波工作時(shí)的輸出功率約比多載波工作高約20%～30%。

在選擇發(fā)射機(jī)工作模式時(shí)，還應(yīng)作如下基本考慮：

1）達(dá)到最低碼流要求。35套標(biāo)清節(jié)目平均每套碼流控制在2.35 Mbit/s，每個(gè)頻道7套節(jié)目，碼流合計(jì)為16.5～17.5 Mbit/s，留有近20%裕量，可有效防止碼流溢出。

2）本項(xiàng)目主要面向農(nóng)村固定用戶(hù)覆蓋，選擇C=1有如下好處：更低的峰平比，在16QAM時(shí)，單載波的峰平比要低1.5～2 dB，這樣發(fā)射機(jī)的成本可以降低，效率也可以得到5%以上的提高，運(yùn)行成本降低了；接收成本更低，由于接收芯片的成本差異，同一個(gè)廠家的機(jī)頂盒，通常單載波的價(jià)格要略低一點(diǎn)。

根據(jù)廣電總局推薦的7種主要工作模式，本系統(tǒng)選用了如下4種工作模式進(jìn)行試驗(yàn)，最后根據(jù)接收效果確定了表1中的第2種模式為常規(guī)工作模式。

表1 4種工作模式參數(shù)

4.2 發(fā)射系統(tǒng)的測(cè)試

系統(tǒng)安裝完畢后，對(duì)整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。內(nèi)容包括激勵(lì)器測(cè)試、信號(hào)分配系統(tǒng)測(cè)試、發(fā)射機(jī)系統(tǒng)測(cè)試和天饋系統(tǒng)測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，各子系統(tǒng)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，可以投入使用。特別是發(fā)射機(jī)的帶肩比指標(biāo)，均在-36 dB以下，包括相鄰頻道的2臺(tái)發(fā)射機(jī)均能達(dá)到這一要求，因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

系統(tǒng)建成后，對(duì)每個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的信號(hào)分布情況進(jìn)行詳細(xì)的道路測(cè)試，進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，包括主要覆蓋區(qū)的近端（10 km以?xún)?nèi)）、遠(yuǎn)端（場(chǎng)強(qiáng)覆蓋的邊緣20 km），考察測(cè)試點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)和實(shí)際接收效果。同時(shí)在國(guó)標(biāo)的不同模式下進(jìn)行測(cè)試，包括發(fā)射機(jī)的效率、覆蓋場(chǎng)強(qiáng)和接收效果，最終確定上述第2種模式為最佳的覆蓋模式。

5 小結(jié)

本系統(tǒng)的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了中衛(wèi)市城區(qū)境內(nèi)大部分農(nóng)村地區(qū)的數(shù)字電視無(wú)線(xiàn)覆蓋。由于系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性，易于實(shí)現(xiàn)其他地方的補(bǔ)點(diǎn)覆蓋。只要廣電系統(tǒng)光纖能夠到達(dá)的地方，大范圍補(bǔ)點(diǎn)時(shí)可采用本系統(tǒng)的單頻道發(fā)射方案，小范圍補(bǔ)點(diǎn)時(shí)可采用多頻道寬帶放大方案。

采用了射頻同源發(fā)射技術(shù)，所有相同頻道的發(fā)射機(jī)使用同一臺(tái)激勵(lì)器信號(hào)，該方案具有以下兩大優(yōu)勢(shì)：第一，能有效解決干擾問(wèn)題，因?yàn)樵谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減少交叉覆蓋區(qū)域，就算出現(xiàn)交叉覆蓋區(qū)域，也不會(huì)影響數(shù)字電視的接收。第二，節(jié)省系統(tǒng)成本，由于第一個(gè)發(fā)射臺(tái)站建設(shè)完畢后，新增發(fā)射臺(tái)站的發(fā)射機(jī)不再需要激勵(lì)器，這樣發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的成本則會(huì)大大節(jié)省。