任彥如

（作者單位：山西省廣播電視局安全播出調(diào)度指揮中心）

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不同信源傳輸條件下的單頻網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用實例

任彥如

（作者單位：山西省廣播電視局安全播出調(diào)度指揮中心）

摘 要：簡要介紹兩種不同信源傳輸條件下的單頻網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用實例；科學(xué)地選擇了傳輸模型及傳輸通道，在不影響覆蓋質(zhì)量的情況下提供兩種完全不同的建設(shè)方案，達到了經(jīng)濟有效覆蓋的目的。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視；單頻網(wǎng)覆蓋；IP傳輸

1 概述

近年來，隨著數(shù)字電視技術(shù)的蓬勃發(fā)展及廣大群眾對電視媒體需求的增加，為2018年開始逐步關(guān)停模擬電視提供了良好的技術(shù)及群眾基礎(chǔ)，數(shù)字電視在國內(nèi)的建設(shè)速度進入了快速通道。

國內(nèi)的數(shù)字電視發(fā)展已發(fā)展到了嶄新的階段，頻道節(jié)目在行政區(qū)域內(nèi)的影響力急需進一步加大，節(jié)目覆蓋方式從單站覆蓋向區(qū)域覆蓋發(fā)展，多頻點覆蓋向單頻點覆蓋發(fā)展。2015年中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程單頻網(wǎng)地面數(shù)字電視廣播發(fā)射系統(tǒng)的順利實施為數(shù)字電視單頻網(wǎng)的發(fā)展提供指明了方向。數(shù)字電視節(jié)目以單頻網(wǎng)形式對行政區(qū)域做同頻覆蓋勢必作為未來數(shù)字電視節(jié)目覆蓋的主要形式。在接下來的章節(jié)中將從設(shè)計技術(shù)原則、建設(shè)方法、測試方法等不同方面闡述不同信源傳輸條件下的單頻網(wǎng)建設(shè)方式。

2 設(shè)計技術(shù)原則

2.1 相關(guān)設(shè)計原則

本技術(shù)方案設(shè)計基于以下幾方面的分析：接收方式、工作模式、接收門限、節(jié)目源編碼、目標區(qū)域等。

2.2 有效覆蓋網(wǎng)的規(guī)劃原則

主要參考ITU-R P．rec 370建議書和GY/T 237--2008，通過二到三期工程，在覆蓋的區(qū)域中確保80％的用戶，99％的時間有最低要求的傳輸質(zhì)量。

2.3 有效全向輻射功率（EIRP）

邊緣地區(qū)的場強應(yīng)至少留有3 dB富余量，所以邊緣地區(qū)的場強應(yīng)大于 32dB；同時需要有足夠的載噪比(參考GY/T236-2008),確保能夠穩(wěn)定流暢的接收。

2.4 保護率的確定

同頻保護率就是本頻信號至少要大于干擾信號的場強多少dB，有用信號低于某一數(shù)值就不能保證質(zhì)量。

參考GY/T 237-2008標準的規(guī)定，同時參考我公司對國標地面數(shù)字電視發(fā)射機保護率的測試結(jié)果。

2.5 可用度的確定

根據(jù)地形的不同，主要參考ITU-R P ．rec 370建議書和奧村模型進行場強規(guī)劃，并以最終實測結(jié)果為準進行修正。

2.6 保護率要求的分析

頻率復(fù)雜、頻率資源緊張，接收系統(tǒng)將受到模擬同/鄰頻干擾、數(shù)字同/鄰頻干擾。即使在全數(shù)字電視時期，如果能夠支持鄰頻工作，將進一步提高頻譜利用率，簡化頻率規(guī)劃過程。

抗模擬同/鄰頻干擾能力、抗數(shù)字同/鄰頻干擾能力高低將決定頻譜規(guī)劃的有效性，以及能否提高頻譜的利用率。

ITU-R 1368-2標準的規(guī)定的同頻保護率為14dB，即有用信號高出同頻干擾信號14dB。如果設(shè)計時考慮采用用鄰頻發(fā)射，則鄰頻保護率就變得尤為重要。由于電視頻率的間距為8MHz，按照規(guī)定，要求鄰頻保護率為-35dB。

關(guān)于地面數(shù)字電視發(fā)射機的保護率要求，表1、表2是測試結(jié)果，可以作為參考。

表1　表2　測算結(jié)果

表2　測算結(jié)果

2.7 無線覆蓋試算

發(fā)射臺分米波路徑計算。計算采用CCIR推薦的Okumura電波傳播衰減計算模式。該模式是以準平坦地形大城市區(qū)的中值場強或路徑損耗作為參考，對其它傳播環(huán)境和地形條件等因素分別以校正因子的形式進行修正。見表3。

表3　計算結(jié)果

計算時發(fā)射頻道中心頻率f按726MHz，接收天線為七單元八木天線，增益8dB，高度按4m；相對高度落差400m。

參考公式：

發(fā)射點高度和發(fā)射功率及覆蓋距離的關(guān)系見圖1。

圖1　發(fā)射點高度和發(fā)射功率及覆蓋距離的關(guān)系

以上技術(shù)原則是單頻網(wǎng)設(shè)計的技術(shù)基礎(chǔ)，然而在建設(shè)過程中不同的條件需要的不同的建設(shè)方案及配置，在下文中重點介紹兩個不同信源傳輸方式的單頻網(wǎng)建設(shè)方式，為保障覆蓋效果，此文以有線傳輸方式作為重點介紹。

3 不同條件下的單頻網(wǎng)建設(shè)方法

單頻網(wǎng)建設(shè)的投資和工期與傳輸節(jié)目套數(shù)和基礎(chǔ)條件（鐵塔建設(shè)、信源通道建設(shè)等）息息相關(guān)，下文以兩種截然不同的標準單頻網(wǎng)事例作為基礎(chǔ)，從建設(shè)步驟、投資概況及工期計算三方面做簡要介紹：

3.1 已建成光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)

此類項目只需建設(shè)機房及相關(guān)前端和發(fā)射系統(tǒng)，假設(shè)傳輸節(jié)目包含省、市、縣相關(guān)節(jié)目共10套（編碼方式AVS）；省級、市級節(jié)目已傳到縣級前端機房；新建2個500W機房含鐵塔（80m），與原主站同頻播出。建議將項目建設(shè)分為前期規(guī)劃、覆蓋優(yōu)化兩大步驟。

3.1.1 前期規(guī)劃

系統(tǒng)配置（見圖2）。

圖2　系統(tǒng)配置

各發(fā)射站點基本構(gòu)成見圖3。

圖3　各發(fā)射站點基本構(gòu)成

發(fā)射系統(tǒng)主要由信號接收及分配設(shè)備、DTMB激勵器、數(shù)字發(fā)射機、監(jiān)控系統(tǒng)、等組成。DTMB發(fā)射機:完成ASI 碼流的同步調(diào)制，同時上變到相應(yīng)的發(fā)射頻道，輸出對應(yīng)頻道的射頻功率。同步系統(tǒng)：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步時鐘（1PPS）和基準頻率（10MHz)。

設(shè)備清單見表4。

表4　設(shè)備清單

項目建設(shè)周期的最長點為機房及鐵塔建設(shè)有效施工期內(nèi)預(yù)算為5個月。根據(jù)公式計算及計算機模擬，發(fā)射機單站覆蓋半徑500W約等于20km、1000W約等于30 km，計算上同頻保護率單頻網(wǎng)實際覆蓋半徑約為40 km。

通過以上構(gòu)架可見在已建成傳輸網(wǎng)絡(luò)的情況下系統(tǒng)構(gòu)建較為簡單。資金投入的主要部分為機房建設(shè)，這也是目前的主要建設(shè)方法。

3.1.2 覆蓋優(yōu)化

3.1.2.1 場地勘測

需覆蓋的區(qū)域必須經(jīng)過徹底勘測，進行場地威脅評估，它包括對所有預(yù)測因素的考慮和計算以及對誤差因素的彌補計算。中繼發(fā)射臺站的部署是按勘測結(jié)果決定的。

3.1.2.2 為需覆蓋區(qū)域進行覆蓋設(shè)計

根據(jù)不同區(qū)域可的地貌和地理分布情況和實際覆蓋情況，優(yōu)化具體發(fā)射臺的位置、高度及功率要求。

3.2 單頻網(wǎng)系統(tǒng)的實施與優(yōu)化

DMB-TH單頻網(wǎng)的實施是一個相當繁瑣的過程：單頻網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計—建立主臺—測試優(yōu)化—建立小功率發(fā)射臺—再測試優(yōu)化—建立補點發(fā)射臺—系統(tǒng)測試優(yōu)化。

3.2.1 建立主臺參數(shù)、測試優(yōu)化

用測試系統(tǒng)進行實際覆蓋測試，借助測試軟件進行分析；適當對發(fā)射機進行參數(shù)調(diào)整、功率調(diào)整以及對天線方向、傾角調(diào)整達到最佳覆蓋效果。

3.2.2 建立小功率發(fā)射臺、測試優(yōu)化

用測試系統(tǒng)進行實際覆蓋測試，借助測試軟件進行分析；適當對發(fā)射機進行參數(shù)調(diào)整、功率調(diào)整以及對天線方向、傾角調(diào)整達到最佳覆蓋效果。

3.2.3 建立補點發(fā)射臺

根據(jù)實際測試結(jié)果，在覆蓋盲區(qū)建立若干微、小功率的同頻轉(zhuǎn)發(fā)的補點臺。

3.2.4 系統(tǒng)測試優(yōu)化

最后用測試系統(tǒng)進行覆蓋測試，對發(fā)射機的功率以及對天線的覆蓋場型、傾角進行微調(diào)，達到驗收要求。

3.3 測試系統(tǒng)

3.3.1 測試系統(tǒng)的主要任務(wù)

測試系統(tǒng)的主要任務(wù)是為建網(wǎng)提供正確的依據(jù)，用于系統(tǒng)調(diào)試以及正常開通后的日常維護。

3.3.2 測試系統(tǒng)的構(gòu)成

測試系統(tǒng)主要有測試儀器及測試附件構(gòu)成，必須的測試儀器有碼流分析儀、頻譜儀、DMB-T測試接收機、矢量分析儀、監(jiān)視器、場強儀、GPS、計算機等。

3.3.3 測試系統(tǒng)技術(shù)實施要點

主要是測試儀器的選型，應(yīng)該考慮所選測試儀器的類型盡可能多地能用于未來符合國標的DTTB系統(tǒng)測試。

3.3.4 測試步驟

測試步驟包括覆蓋場強測試、單頻網(wǎng)TS信號延時測試、單頻網(wǎng)同步測試、多徑模擬測試、移動測試和車載系統(tǒng)測試。

基于GIS（地理信息系統(tǒng)）和GPS（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）原理，在數(shù)字電視地面廣播覆蓋范圍內(nèi)實時監(jiān)控、采集、記錄并顯示場強信息和位置信息，方便直觀的反映地面數(shù)字電視廣播信號場強分布情況，并進行統(tǒng)計分析，生成報表，為數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的系統(tǒng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、系統(tǒng)評估優(yōu)化、SFN建設(shè)、工程驗收和運行維護提供重要的依據(jù)。

圖4　系統(tǒng)測試框

圖5　單頻網(wǎng)同步測試

圖6　多徑模擬測試

圖7　移動測試

從場強測試結(jié)果中可以數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的場強分布，得到全面、準確的覆蓋信息，工程設(shè)計者很容易做出系統(tǒng)規(guī)劃。

3.3.5 系統(tǒng)測試框圖（見圖4）

單頻網(wǎng)TS信號延時測試。

單頻網(wǎng)同步測試（見圖5）。

多徑模擬測試（見圖6）。

移動測試（見圖7）。

在開闊的場地，接收車時速120 km/ h以上。

3.4 需重新搭建傳輸網(wǎng)絡(luò)

此種建設(shè)方式往往一切從零起步，無輔站機房、無鐵塔、無自有傳輸通道。隨著技術(shù)融合步伐的加快尤其是通訊運營商覆蓋的擴大從零起步的狀態(tài)下與其合作租用其寬帶通道傳輸信源及機房鐵塔是組建單頻網(wǎng)的良策。

通訊商的鐵塔高度較低（100M為主），同樣的覆蓋效果需要多個小功率發(fā)射機做聯(lián)合覆蓋，與上節(jié)同樣的覆蓋面積所需輔站臺數(shù)為10余個。根據(jù)相關(guān)標準及實際經(jīng)驗我們選取了另一個覆蓋面積相仿的地域做方案介紹。同樣假設(shè)傳輸節(jié)目包含省、市、縣相關(guān)節(jié)目共10套（編碼方式AVS）；省級、市級節(jié)目已傳到縣級前端機房；1個主站1KW，租用10個機房含鐵塔（50米），與原主站同頻播出。也將項目建設(shè)分為前期規(guī)劃、覆蓋優(yōu)化兩大步驟。

3.4.1 前期規(guī)劃

系統(tǒng)配置：（見圖8）。

圖8　系統(tǒng)配置

各發(fā)射站點基本構(gòu)成見圖9。

圖9　各發(fā)射站點基本構(gòu)成

發(fā)射系統(tǒng)主要由信號接收及分配設(shè)備、DTMB激勵器、數(shù)字發(fā)射機、監(jiān)控系統(tǒng)、等組成。DTMB發(fā)射機:完成ASI 碼流的同步調(diào)制，同時上變到相應(yīng)的發(fā)射頻道，輸出對應(yīng)頻道的射頻功率；雙向IP適配器將ASI信號轉(zhuǎn)換為IP格式；同步系統(tǒng)：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步時鐘（1PPS）和基準頻率（10MHz)。

項目建設(shè)周期的最長點為發(fā)射設(shè)備的生產(chǎn)與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化保守估計3個月。根據(jù)公式計算及計算機模擬，發(fā)射系統(tǒng)可構(gòu)成一個半徑為40 km的覆蓋區(qū)域與上一種形式相仿。但是每年將產(chǎn)生機房租賃費，需要長期投入。

3.4.2 覆蓋優(yōu)化

同上一小結(jié)（略）。

4 總結(jié)

以上章節(jié)簡要介紹了兩種不同信源傳輸條件下的數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)應(yīng)用實例。在覆蓋效果大致相當?shù)那闆r下兩種案例的投資、建設(shè)周期相差較大?？偨Y(jié)起來各有特點，分別為：

（1）已建自有傳輸通道需新修機房：傳輸安全性高、單站點覆蓋余量大、一次性投資但額度較大、施工周期較長、單頻網(wǎng)站點的擴展能力較差。

（2）租賃通訊傳輸通道及機房：施工工期短、單頻網(wǎng)擴充靈活、啟動資金較少、每年需投入租賃費、單站覆蓋余量?。C房電力余量?。?/p>

綜上所述：根據(jù)自身條件、因地制宜、精心規(guī)劃，調(diào)集資源，建一個符合當?shù)靥攸c的數(shù)字電視單頻網(wǎng)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

表5　設(shè)備清單