何志敏,康文彪

（1.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州 350003;2.福建星海通信科技有限公司，福建福州 350008 )

數(shù)字電視全省單頻網(wǎng)組網(wǎng)方案與實(shí)施

何志敏1,康文彪2

（1.福建信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建福州 350003;2.福建星海通信科技有限公司，福建福州 350008 )

利用數(shù)字處理技術(shù)，并結(jié)合實(shí)際使用情況，提出合理的數(shù)字電視全省單頻網(wǎng)組網(wǎng)方案，并通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能夠有效提高頻率資源利用率，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)延同步，有效消除干擾，大大降低成本，縮短建設(shè)及組網(wǎng)周期。

數(shù)字電視；單頻網(wǎng)；同步；組網(wǎng)

0 引言

在頻率資源日益緊缺的今天，數(shù)字電視單頻網(wǎng)的應(yīng)用不僅能夠提高頻率資源的使用率，同時(shí)可以以較低功率發(fā)射，降低輻射，減少電磁污染，還可以通過(guò)合理設(shè)置發(fā)射點(diǎn)，使信號(hào)分布更加均勻，保證信號(hào)接收質(zhì)量。當(dāng)前，我國(guó)部分省已實(shí)現(xiàn)多個(gè)縣城的信號(hào)覆蓋，但使用頻率多，嚴(yán)重干擾，因此有必要組建一個(gè)單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)縣之間的同步，再由點(diǎn)向面擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)整個(gè)省的單頻網(wǎng)。

本設(shè)計(jì)方案以兩個(gè)縣城之間組單頻網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)兼容考慮到整個(gè)省的單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),為實(shí)現(xiàn)全省M-SFN的建設(shè)統(tǒng)一技術(shù)模型、統(tǒng)一省級(jí)節(jié)目源、統(tǒng)一頻率規(guī)劃。

1 全省單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)方案1.1 單頻網(wǎng)設(shè)計(jì)思路

單頻網(wǎng)是地面數(shù)字電視覆蓋中的重要技術(shù),通過(guò)多臺(tái)工作在同一頻率的發(fā)射機(jī)，可達(dá)到對(duì)特定服務(wù)區(qū)高質(zhì)量的可靠覆蓋。同步是實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)的關(guān)鍵，對(duì)于單頻網(wǎng)中的發(fā)射機(jī)，必須具備的三個(gè)條件：頻率同步、時(shí)間同步和比特同步。為了達(dá)到良好的效果，同一單頻網(wǎng)中的發(fā)射機(jī)時(shí)間同步精度通常要求在5μs以內(nèi)。

為了實(shí)現(xiàn)全省的M-SFN單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)頻率資源和現(xiàn)有站點(diǎn)建設(shè)情況，本方案中省內(nèi)各縣（含市郊區(qū)）節(jié)目源采用全省統(tǒng)一下傳的節(jié)目信號(hào)，各縣在分前端加入本地節(jié)目（含地市級(jí)節(jié)目），實(shí)現(xiàn)區(qū)域節(jié)目統(tǒng)一；通過(guò)采用單頻網(wǎng)適配器和GPS時(shí)鐘的有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)省中心到省內(nèi)各縣（含市郊區(qū)）的單頻網(wǎng)同步；通過(guò)已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)構(gòu)建縣內(nèi)（區(qū)內(nèi)）以及縣與縣（區(qū)與區(qū)）之間的單頻網(wǎng)絡(luò)。

要實(shí)現(xiàn)從省中心傳輸?shù)礁鱾€(gè)地市或縣城的同步。首先，要保證頻率的同步。使用高精度的GPS接收機(jī)提供高精度的10MHz時(shí)鐘參考作為單頻網(wǎng)中所有激勵(lì)器的時(shí)鐘源，以實(shí)現(xiàn)精確頻率同步，要求頻率精確度在1Hz以內(nèi)。

其次，要實(shí)現(xiàn)比特同步。這需要在省中心機(jī)房中，節(jié)目信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼復(fù)用后輸出3路ASI碼流，增加3臺(tái)單頻網(wǎng)適配器作為單頻網(wǎng)中所有激勵(lì)器的公共碼流前端，在單頻網(wǎng)適配器的輸出碼流中每隔一秒發(fā)送一個(gè)秒幀初始化包（SIP包），給出調(diào)制編碼方式，以實(shí)現(xiàn)比特同步。

最后，要實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。使用GPS接收機(jī)提供的秒脈沖（1PPS）參考，以及秒幀初始化包（SIP包）中給出的最大延遲，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。單頻網(wǎng)中的各發(fā)射機(jī)可以根據(jù)覆蓋需要調(diào)整自己的發(fā)送時(shí)間，調(diào)整范圍在1s以內(nèi)。

采用已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地級(jí)市或縣城內(nèi)部多臺(tái)發(fā)射機(jī)的同步，同時(shí)實(shí)現(xiàn)縣與縣之間的同步，必須實(shí)現(xiàn)之間傳輸信號(hào)的同步。已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)近端機(jī)設(shè)置一個(gè)最大的時(shí)延，保證這個(gè)最大的時(shí)延大于任何一個(gè)縣城的近端到其縣內(nèi)最遠(yuǎn)發(fā)射機(jī)的時(shí)延，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算時(shí)延差，并將節(jié)目信息通過(guò)不同的時(shí)候發(fā)送到各發(fā)射機(jī)站點(diǎn)，保證到各站點(diǎn)的時(shí)間一致，從而實(shí)現(xiàn)同步。

1.2 總體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)方案由6個(gè)系統(tǒng)組成，其中系統(tǒng)1和系統(tǒng)2為前端系統(tǒng)，系統(tǒng)3為傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)4為本地節(jié)目加載系統(tǒng)，系統(tǒng)5為激勵(lì)器調(diào)制系統(tǒng)，系統(tǒng)6為已調(diào)波+寬帶發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。

詳見(jiàn)圖1。

圖1 單頻網(wǎng)系統(tǒng)框圖

1.3 方案說(shuō)明

系統(tǒng)1～3為固定部分，系統(tǒng)4～5依據(jù)縣城數(shù)量具體增加，系統(tǒng)6根據(jù)各縣城內(nèi)站點(diǎn)數(shù)量變化而變化。

系統(tǒng)1實(shí)現(xiàn)節(jié)目信號(hào)的編碼及復(fù)用功能。不論是衛(wèi)星接收下來(lái)的還是錄制的節(jié)目，統(tǒng)一經(jīng)過(guò)AVS編碼或轉(zhuǎn)碼相關(guān)處理，形成ASI碼流，再經(jīng)過(guò)復(fù)用器進(jìn)行復(fù)用輸出IP數(shù)據(jù)流。

系統(tǒng)2為新增系統(tǒng)，原理如圖2所示。全部設(shè)備及連接的相關(guān)線路均需增加，本部分將原復(fù)用器輸出的IP流轉(zhuǎn)成4路ASI信號(hào)，其中要組成單頻網(wǎng)的3路ASI分別經(jīng)過(guò)3個(gè)單頻網(wǎng)適配進(jìn)行SIP包的插入和碼率適配輸出含SIP包信號(hào)的ASI碼流，再經(jīng)過(guò)ASI轉(zhuǎn)IP的協(xié)議轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)流。GPS接收接收衛(wèi)星的基準(zhǔn)時(shí)鐘，提供10MHz頻率基準(zhǔn)和1PPS秒脈沖時(shí)間基本給單頻網(wǎng)適配器。其中單頻網(wǎng)適配器和GPS接收機(jī)作為前端重要的設(shè)備需要進(jìn)行熱備份。

圖2 碼流適配轉(zhuǎn)發(fā)原理框圖

系統(tǒng)3為傳輸網(wǎng)絡(luò)鏈路系統(tǒng)，在本方案中不需要改變?cè)墟溌?。需要注意的是該系統(tǒng)的時(shí)延不能太大，最好控制在毫秒級(jí)以內(nèi)，因?yàn)閱晤l網(wǎng)適配器最大的調(diào)整時(shí)延為1s。

系統(tǒng)4為本地節(jié)目的加載系統(tǒng)，其功能是實(shí)現(xiàn)本地幾套節(jié)目的AVS編碼并轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)流進(jìn)交換機(jī)。

系統(tǒng)5主要將IP數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為ASI碼流經(jīng)過(guò)激勵(lì)器進(jìn)行調(diào)制后形成射頻信號(hào)，并將多個(gè)頻點(diǎn)的射頻信號(hào)進(jìn)行合成。

系統(tǒng)6為已調(diào)波＋寬帶發(fā)射機(jī)系統(tǒng)。已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)縣內(nèi)各發(fā)射機(jī)以及縣與縣之間發(fā)射機(jī)的同步，寬帶大功率發(fā)射機(jī)實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的放大發(fā)射。已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)具備時(shí)延自動(dòng)調(diào)整及手動(dòng)調(diào)整功能，可手動(dòng)將時(shí)延設(shè)置為最大，保證這個(gè)時(shí)延大于網(wǎng)內(nèi)任何一個(gè)近端傳到遠(yuǎn)端的最大時(shí)延，讓每個(gè)到達(dá)遠(yuǎn)端的信號(hào)保持一致，從而實(shí)現(xiàn)同步。

2 實(shí)施注意事項(xiàng)

同一廠家不同版本激勵(lì)器的組網(wǎng)需要進(jìn)行激勵(lì)器之間的時(shí)延調(diào)整，設(shè)備調(diào)試原理為：將兩臺(tái)激勵(lì)器分別連接好GPS接收機(jī)的10MHz時(shí)鐘和1PPS信號(hào)；將前端單頻網(wǎng)適配器出來(lái)的碼流分別連接到兩臺(tái)激勵(lì)器上；將網(wǎng)絡(luò)模式設(shè)置成SFN模式，SFN時(shí)延為0μs；設(shè)置輸出功率均為0dBm，此時(shí)從頻譜儀可以觀察到，頻譜為一個(gè)左右的波瓣,改變一臺(tái)及激勵(lì)器的單頻網(wǎng)時(shí)延值，比如1μs，這時(shí)頻譜儀上的波瓣就會(huì)增加，同理再增加延時(shí)，則可以觀察的波瓣就會(huì)更多。通過(guò)這種方法去調(diào)試時(shí)延，最終調(diào)整到兩臺(tái)激勵(lì)器合成的信號(hào)在頻譜上只看到一個(gè)完整的波形。

3 結(jié)論

通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，通過(guò)調(diào)整相關(guān)設(shè)備參數(shù)，測(cè)試結(jié)果達(dá)到預(yù)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，能夠有效實(shí)現(xiàn)全省的單頻網(wǎng)組網(wǎng)，大大降低了原有標(biāo)準(zhǔn)的組網(wǎng)成本和縮短了組網(wǎng)周期，可以有效的建立經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境污染小的廣播電視覆蓋網(wǎng)，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]白微徼.DTMB單頻網(wǎng)組網(wǎng)概述[J].數(shù)字電視,2010,34(8):17-19.

[2]GB/T 20600-2006.數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2000.

[3]康文彪，宋建斌.已調(diào)波數(shù)字分發(fā)系統(tǒng)[P]：中國(guó),200920137456.

Scheme and implementation of SFN in digital TV network in the whole province

He Zhimin1,Kang Wenbiao2
（1.Fujian Polytechnic of Information Technology,Fujian Fuzhou,350002,2.Fujian Xinghai Communication Science Technology CO.,LTD,Fujian Fuzhou,350008)

Taking advantage of digital processing technology，combined with the actual usage，take out a reasonable SFN network construction program of digital TV in the whole province，using experimental verification to improve frequency resource utilization and achieve time-delay synchronization automatically，eliminate interference effectively，reduce costs significantly，shorten the period of construction and networking.

digital TV,SFN,synchronization,network construction

TP392

A

1.何志敏（1985- ），女，研究生，助教，研究方向電子信息類(lèi)。

2.康文彪（1985- ），男，工程師，研究方向電子通信類(lèi)。