李天渠

摘 要：為了更好地推動我國各大城郊地區(qū)的信息化建設，豐富廣大人民群眾的文化生活，根據(jù)目前我國廣播電視系統(tǒng)的發(fā)展狀況，國家對此制定出一套基于單頻網(wǎng)地面數(shù)字電視系統(tǒng)的建設方案。該文將簡要概述地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設構建原理，并對其構建組成部分進行分別介紹，通過對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的優(yōu)勢分析，找出實際建設中存在的信號覆蓋問題并對其做出針對性的優(yōu)化，以期為推動我國地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設提供一些有價值的參考意見。

關鍵詞：SFN 單頻網(wǎng) 建設原理 地面數(shù)字電視

中圖分類號：TN949.197 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）06（b）-0070-02

1 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的概念

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)（SFN：Single Frequency Network）技術指的是分布在不同區(qū)域相鄰的多個發(fā)射機以同樣的發(fā)射頻率工作運轉，并且保證相同的碼流在同一時間播出的工作方式，真正做到了在極大區(qū)域范圍內數(shù)字電視廣播的有效無線覆蓋傳播。

和傳統(tǒng)的模擬電視多頻網(wǎng)（MFN： Multi-Frequency Network）相比，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)具有下列明顯優(yōu)勢。

（1）相較于傳統(tǒng)模擬無線電視傳輸上存在的諸多問題，地面數(shù)字電視都取得了長足的進步，其抗干擾能力更強，播放畫質更加清晰，音頻效果更佳，安全可靠性顯著提高。

（2）相較于傳統(tǒng)模擬無線電視傳輸，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的傳輸能力更強、頻道利用率更高。單個標準的PAL頻道（8 M）就可傳送8～10套標清畫質的數(shù)字電視節(jié)目。

（3）相較于傳統(tǒng)模擬無線電視傳輸，地面數(shù)字單頻網(wǎng)的建設成本更低：通過對單頻網(wǎng)發(fā)射網(wǎng)絡（基站數(shù)量、分布方式、天線方位與高度、發(fā)射功率等）的不斷優(yōu)化與調整，利用多個較小功率的發(fā)射機同時工作，將以往傳統(tǒng)的超大功率發(fā)射機取而代之。有效地降低了信號輻射、減輕了電磁波污染、覆蓋區(qū)域更加均勻。

（4）相較于傳統(tǒng)模擬無線電視傳輸，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的業(yè)務開展靈活性更強，覆蓋效率更高。因此，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)不僅嫩能夠改善目前農(nóng)村廣播電視公共服務的覆蓋體系，還有效地提高了城市的覆蓋密度，真正實現(xiàn)了數(shù)字電視無線覆蓋的全面性。

2 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設構建原理

在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)系統(tǒng)中，要事先對節(jié)目信號的傳輸，首先要對原始的TS碼流進行編碼復用處理，然后再將其接入單頻網(wǎng)適配器當中完成適配，同時將GPS信號引入單頻網(wǎng)適配器當中，完成碼率適配以及秒幀初始化，再將其插入形成包含秒幀的SIP的TS碼流，經(jīng)過不同的傳輸分配網(wǎng)絡，將已經(jīng)打包好的TS碼流信號傳送到各個發(fā)射基站的發(fā)射機適配器中，經(jīng)過發(fā)射機適配器和激勵器完成時鐘同步處理、信道編碼、調至輸出放大然后進行信號發(fā)射。

實際的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設過程中，需要借助GPS全球定位系統(tǒng)來輔助網(wǎng)絡發(fā)射頻率與TS碼流的同步工作。GPS信號中包含時鐘10 MHz和秒脈沖1PPS信號，單頻網(wǎng)適配器可利用其中的10 MHz時鐘對TS碼流速率進行調整，還可選擇1PPS作為時間基準信號，定時性地在TS碼流中加入秒幀初始化包SIP。接受設備中的時間同步處理單元可根據(jù)傳送碼流中的SIP，分析出TS碼流中的時延信息，再根據(jù)該發(fā)射站點的即時1PPS信號與TS碼流信號進行同步，調至激勵器進行發(fā)射，實現(xiàn)在不同站點，能夠同步發(fā)射信號的目的。

3 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構建組成部分

3.1 節(jié)目信號集成前端

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的節(jié)目信號集成系統(tǒng)主要是將不同電視廣播節(jié)目信號源進行編碼、處理與復用處理，再利用單頻網(wǎng)適配器將碼流與GPS等信息進行同步，最后也就形成了可分配的、帶有單頻網(wǎng)節(jié)目信號的傳送碼流。

節(jié)目信號集成前端平臺通常都設在中央或省級單位的有線電視播放控制總機房中，所采集的節(jié)目一般為央視以及省級衛(wèi)視節(jié)目。依據(jù)單頻網(wǎng)的組網(wǎng)頻點以及輸送節(jié)目碼流的壓縮方式，對輸送節(jié)目的套數(shù)進行合理選取，通常單個頻點可以輸送8～10套標清節(jié)目。此外，節(jié)目信號集成平臺會設置主用和備用兩條線路的信號，如遇突發(fā)情況，則立即啟用備用節(jié)目信號，確保輸送節(jié)目的安全性。

3.2 節(jié)目信號傳輸分配網(wǎng)

為了確保分配至各個站點需要發(fā)射的TS碼流信號完全一致，則需保證數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目分配網(wǎng)絡的傳送保持透明。按照網(wǎng)絡傳送媒介進行劃分，數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目的分配傳輸網(wǎng)絡可分為光纖直傳傳輸、加擾衛(wèi)星傳送、SDH干線網(wǎng)絡傳輸、微波傳送等4種方式。這4種傳輸形式各有不同，但近年來光纖網(wǎng)絡與SDH網(wǎng)絡逐步完善，現(xiàn)階段的信號傳輸分配網(wǎng)絡多數(shù)采取SDH+光纖直傳的分配形式，不但節(jié)省成本，還保證了碼流傳輸?shù)馁|量和安全。衛(wèi)星與微波信號的傳輸方式操作簡單、碼流傳輸質量較好，但是極易受到天氣等自然因素的干擾，安全可靠性大打折扣。

因此，在建設地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的過程中，要將建設成本、后續(xù)維護成本、安全可靠性等一系列因素考慮其中，再結合實際情況，選擇最適合當?shù)氐膯晤l網(wǎng)傳輸分配網(wǎng)絡進行建設。

3.3 無線發(fā)射系統(tǒng)

整個單頻網(wǎng)節(jié)目傳輸分配網(wǎng)絡中，主要是通過含有秒幀初始化包的TS碼流，經(jīng)過各個發(fā)射臺的激勵器實現(xiàn)時間同步，再完成信道編碼轉化為射頻信號對外發(fā)射。依據(jù)規(guī)劃的基站單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域面積的大小，對建設方案進行合理設計，控制好發(fā)射機的輸出功率以及發(fā)射天線的方位等參數(shù)。

對激勵器進行同步調整主要是控制其發(fā)射時延，從接收到的MPEG TS中的SIP包信息分析出有效的時間信息，通過計算可得出碼流從主信號臺到發(fā)射臺的輸送時間，再根據(jù)計算的時間對激勵器進行時延調整，保證了信號傳送的時間一致。在實際的店面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設過程中，可以借助全球定位系統(tǒng)GPS來輔助信號同步的工作，也可利用其他時間同步系統(tǒng)進行時鐘同步。

3.4 系統(tǒng)監(jiān)測保障

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的監(jiān)測保障系統(tǒng)主要包含：對整個系統(tǒng)中的設備進行實時監(jiān)測與報警，利用遠程實時檢查不同設備的運轉情況，當設備運轉出現(xiàn)異常時，立即發(fā)出警示并可通過遠程進行問題處理；對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)每個基站所覆蓋區(qū)域的信號強度進行實時監(jiān)測和分析；對所有覆蓋區(qū)域基站的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行收集匯總，建立龐大且完善的數(shù)據(jù)庫，方便查閱、調度以及管理，安全可靠地傳送地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)信號。

4 地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的應用

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設，主要內容有合理分布限定區(qū)域內的每個基層站點、各個站點之間的相隔距離、發(fā)射功率的大小、合理選取發(fā)射接收方式等，更要對鄰近站點之間的信號重疊覆蓋導致相互干擾的區(qū)域進行調整優(yōu)化。

4.1 實際應用中的信號覆蓋問題

在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋重合的區(qū)域，如果不同的發(fā)射機發(fā)出的信號強度不在一個量級之上，也就是相差過大時，則可以對其中較弱的信號忽略不計，因為接收機只會識別和接收更為強烈的信號，因此這類信號之間不會存在相互干擾。然而，當不同發(fā)射機發(fā)出的信號強度相差較小時，接收機則無法對弱信號的存在選擇忽視，這時候接收機就要在同一時間處理兩個甚至更多的信號，這一信號覆蓋重合、相互干擾的區(qū)域叫作“相干區(qū)”。

4.2 針對信號干擾問題的應用優(yōu)化

處于地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的“相干區(qū)”，會出現(xiàn)信號相互干擾的現(xiàn)象，導致用戶無法有效接收到信號。到底要如何才能控制從不同發(fā)射站發(fā)出的電波同時間到達“相干區(qū)”中點0dB接收場強差，有如下兩項工作要做好。第一，信號覆蓋的場形一定要控制好，選擇科學合理的設計記憶有效的天線調整。其中科學合理的設計內容主要為詳細了解覆蓋區(qū)域的地貌、合理選擇站點、確定發(fā)射功率、配置天線以及對場形的控制等。第二，激勵器除了能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)的時間同步，也具備獨立時延調整功能。利用獨立時延調整功能可以依據(jù)實驗監(jiān)測的結果，在激勵器上的時延參數(shù)進行人工設置，使其在相干區(qū)域內與空間參數(shù)完成匹配（即“二次同步”）。

4.3 信號盲區(qū)的應用優(yōu)化

在地面數(shù)字點數(shù)單頻網(wǎng)的服務區(qū)中，有時會因為遮蔽物的阻隔，導致單頻網(wǎng)信號無法抵達，這一部分服務區(qū)就叫作單頻網(wǎng)信號盲區(qū)。比如山峰或較高的建筑群阻擋區(qū)域、隧道、城市地鐵等場地，單頻網(wǎng)信號無法到達，這時候可利用單頻網(wǎng)轉發(fā)器（Gap Filler）對信號進行重新覆蓋。根據(jù)傳輸方式進行劃分，轉發(fā)器一般可分為同頻轉發(fā)器、移頻轉發(fā)器以及光纖轉發(fā)器。此外，轉發(fā)器還可對建筑物室內環(huán)境進行信號的補充覆蓋，正因為數(shù)字電視的轉發(fā)器體積較小，所以在有限的覆蓋范圍內不會干擾到單頻網(wǎng)系統(tǒng)。轉發(fā)器可不需要借助GPS等專業(yè)設備，只需要用定向天線就可實現(xiàn)一定區(qū)域內的定向覆蓋，由于其設備成本低、安裝場所不受過多限制、安裝便捷效果明顯等特點，使其成為地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設優(yōu)化中的重要手段。

5 結語

綜上所述，文章主要概述了地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的概念、構建原理以及構建組成部分，并對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設中遇到的實際問題提出了幾點優(yōu)化意見。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，在目前頻率資源緊缺的嚴峻形勢下，地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的使用極大地節(jié)約了頻率資源，提高了頻率的利用率，將地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的優(yōu)勢發(fā)揮得淋漓盡致，對我國的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設工程起到了良好的推動作用。

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