李婷婷，歐陽峰

(國(guó)家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院 有線所，北京 100866)

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地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同頻干擾分析

李婷婷，歐陽峰

(國(guó)家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院 有線所，北京 100866)

以廣電總局推薦的地面數(shù)字電視工作模式5為理論基礎(chǔ)，首先理論分析了影響地面數(shù)字單頻網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象的技術(shù)參數(shù)；其次通過仿真規(guī)劃軟件調(diào)整相關(guān)技術(shù)參數(shù)，同時(shí)觀察單頻網(wǎng)內(nèi)同頻干擾區(qū)域分布情況并總結(jié)規(guī)律；最后根據(jù)已知技術(shù)參數(shù)對(duì)干擾區(qū)域的影響，嘗試提出消除覆蓋區(qū)域內(nèi)同頻干擾現(xiàn)象的優(yōu)化方案，并通過仿真規(guī)劃軟件進(jìn)行模擬。

地面數(shù)字電視；單頻網(wǎng)；同頻干擾

2008年至今，國(guó)家新聞出版廣電總局已完成組建全國(guó)地面數(shù)字電視廣播覆蓋共300多個(gè)地級(jí)以上城市，2014年12月為了進(jìn)一步加快我國(guó)地面電視的模數(shù)轉(zhuǎn)換，廣電總局和財(cái)政部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于實(shí)施中央廣播電視節(jié)目數(shù)字化覆蓋工程的通知》(新廣電發(fā)[2014]311號(hào))。明確了2015年內(nèi)，全國(guó)無線廣播廣播電視臺(tái)利用現(xiàn)有的骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)12套中央電視節(jié)目的無線數(shù)字化落地覆蓋，同時(shí)啟動(dòng)3套中央廣播節(jié)目的無線數(shù)字化落地覆蓋。到2016年底，根據(jù)無線數(shù)字化落地覆蓋效果，繼續(xù)完善中央覆蓋工程建設(shè)，提高覆蓋質(zhì)量。

2015年起，各省、自治區(qū)、直轄市分批開展中央廣播電視節(jié)目無線覆蓋落地工程。為了節(jié)省頻率資源，部分地區(qū)采用單頻網(wǎng)(Single Frequency Network，SFN)覆蓋的組網(wǎng)模式，即將多個(gè)不同地點(diǎn)、處于同步狀態(tài)的無線發(fā)射臺(tái)站，在同一時(shí)間使用相同頻率發(fā)射同一信號(hào)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)某一服務(wù)區(qū)內(nèi)的信號(hào)覆蓋。單頻網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省有線的頻譜資源，缺點(diǎn)是同一覆蓋點(diǎn)可能會(huì)接收到多個(gè)臺(tái)站傳來的多徑信號(hào)，因此產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步全面了解、掌握單頻網(wǎng)產(chǎn)生同頻干擾原因以及變化，保障本次中央無線覆蓋工程的實(shí)際覆蓋效果，本文將使用兩個(gè)發(fā)射塔組成的單頻網(wǎng)為研究對(duì)象，采用國(guó)家新聞出版廣電總局推薦的國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視工作模式5為系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，重點(diǎn)分析發(fā)射臺(tái)站技術(shù)參數(shù)對(duì)單頻網(wǎng)內(nèi)同頻干擾現(xiàn)象影響的規(guī)律進(jìn)行研究，為后續(xù)實(shí)際建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。

1　同頻干擾成因分析

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)的單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象會(huì)造成用戶端出現(xiàn)馬賽克、無法正常接收等不良現(xiàn)象，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。影響單頻網(wǎng)中同頻干擾現(xiàn)象主要有以下4個(gè)技術(shù)指標(biāo)：

1)發(fā)射系統(tǒng)選定工作模式的PN序列長(zhǎng)度；

2)兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站的信號(hào)到達(dá)同一接收地點(diǎn)的時(shí)延差Δt；

3)兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站的信號(hào)到達(dá)同一接收地點(diǎn)的電平差ΔdB；

4)數(shù)字對(duì)數(shù)字的同頻干擾保護(hù)率PR，此值與系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)有關(guān)，在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試獲得。

國(guó)家新聞出版廣電總局關(guān)于地面數(shù)字電視系統(tǒng)推薦了7種工作模式，各模式具體技術(shù)參數(shù)如表1所示。根據(jù)表1中技術(shù)參數(shù)可知：某一模式的數(shù)據(jù)率越高，一個(gè)頻道內(nèi)可傳輸?shù)碾娨暬驈V播業(yè)務(wù)數(shù)量越多、質(zhì)量越高，但相應(yīng)的接收機(jī)門限會(huì)升高。根據(jù)前期全國(guó)地面數(shù)字電視組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)室無線環(huán)境測(cè)試可知：模式1和模式2適用于移動(dòng)接收；模式3適用于固定、移動(dòng)兩種接收模式；模式4和模式5適用于城市環(huán)境等復(fù)雜環(huán)境的固定接收；模式6和模式7適合簡(jiǎn)單城市、郊區(qū)及農(nóng)村環(huán)境的甚高碼率固定接收。在實(shí)際組網(wǎng)建設(shè)中，不應(yīng)過度追求節(jié)目套數(shù)或清晰度，而應(yīng)結(jié)合發(fā)射臺(tái)站預(yù)計(jì)覆蓋區(qū)域內(nèi)的人口結(jié)構(gòu)、地形地貌等實(shí)際需求選擇適合的工作模式。

表1國(guó)家廣播電影電視總局推薦的7種工作模式

序號(hào)載波模式調(diào)制方式編碼效率幀頭模式交織模式數(shù)據(jù)率/(Mbit·s-1)1C=378016QAM0.49457209.6262C=14QAM0.859572010.3963C=378016QAM0.694572014.4384C=116QAM0.859572020.7915C=378016QAM0.842072021.6586C=378064QAM0.642072024.3657C=132QAM0.859572025.989

本文采用上表中工作模式5進(jìn)行仿真分析，該模式為多載波調(diào)制適，數(shù)據(jù)率相對(duì)較高，可用于城市環(huán)境下室外固定接收。

當(dāng)選定發(fā)射系統(tǒng)工作模式后，PN序列長(zhǎng)度和同頻干擾保護(hù)率為既定參數(shù)，無法再進(jìn)行更改。本文中假定系統(tǒng)選定工作模式5為系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)，則信號(hào)幀頭長(zhǎng)度為420，幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　采用工作模式5的幀結(jié)構(gòu)示意圖

相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2工作模式相關(guān)技術(shù)參數(shù)

序號(hào)時(shí)延差C/N門限同頻干擾保護(hù)率接收門限模式555.6μs15dB15dB51dBμV/m

根據(jù)表2可知，當(dāng)單頻網(wǎng)系統(tǒng)選用工作模式5為系統(tǒng)參數(shù)，并采用室外固定接收方式接收時(shí)，在該單頻網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾的必要條件有以下幾點(diǎn)：

1)接收點(diǎn)P的接收電平大于接收門限51 dBμV/m；

2)兩發(fā)射信號(hào)到達(dá)接受點(diǎn)P的電平差ΔdB大于同頻干擾保護(hù)率15 dB；

3)兩發(fā)射信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)P的時(shí)延差Δt大于PN序列長(zhǎng)度55.6 μs；

即在一個(gè)單頻網(wǎng)內(nèi)接收點(diǎn)P可能收到兩個(gè)或者兩個(gè)以上臺(tái)站傳輸?shù)臒o線數(shù)字電視廣播信號(hào)，如果P點(diǎn)接收到的主、副信號(hào)在接收機(jī)接受范圍內(nèi)，同時(shí)電平差ΔdB大于15 dB，或主信號(hào)和副信號(hào)的時(shí)延差Δt小于55.6 μs，則不同臺(tái)站傳輸信號(hào)到達(dá)接收點(diǎn)P的時(shí)間差小于該系統(tǒng)的“保護(hù)間隔”，則該干擾是可以被抵消處理的，接收機(jī)可以完成正常解碼工作；反之，超出了該系統(tǒng)的“保護(hù)間隔”干擾無法抵消，則接收機(jī)無法完成正常解碼工作。

2　同頻干擾消除方法

1)網(wǎng)絡(luò)仿真分析

通過上文對(duì)單頻網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象的理論分析，已知同頻干擾產(chǎn)生的原因。下面根據(jù)同頻干擾產(chǎn)生的原因，通過仿真規(guī)劃軟件進(jìn)行覆蓋效果和同頻干擾的模擬仿真。

當(dāng)系統(tǒng)采用工作模式5為技術(shù)參數(shù)時(shí)，保護(hù)間隔的極限距離為16.7 km。設(shè)定發(fā)射臺(tái)站間距R1為15 km,該距離在保護(hù)間隔內(nèi)；設(shè)發(fā)射臺(tái)站間距R2為20 km，該距離在保護(hù)間隔之外；系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表3所示。

(1)臺(tái)站間距R1時(shí)同步覆蓋及干擾效果

表3發(fā)射臺(tái)站技術(shù)參數(shù)表

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺(tái)站1發(fā)射臺(tái)站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度/m5050發(fā)射天線相對(duì)高度/m200200發(fā)射機(jī)輸出功率/W10001000發(fā)射天線增益/dBd10.510.5饋線損耗11天線場(chǎng)型全向天線全向天線靜態(tài)時(shí)延/μs00天線極化方式水平極化水平極化接收系統(tǒng)接收天線高度4m接收天線增益6dB接收天線場(chǎng)向圖全向工作頻率DS-31(中心頻率658MHz)系統(tǒng)參數(shù)載波數(shù)量3780調(diào)制方式16QAM編碼率0.8幀頭模式420交織模式720接收門限最低可用場(chǎng)強(qiáng)51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護(hù)率15dB

圖2　發(fā)射臺(tái)間距為R1時(shí)同步覆蓋效果圖

如圖3所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺(tái)站1和發(fā)射臺(tái)站2在設(shè)定技術(shù)參數(shù)下的同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖。圖中結(jié)果說明兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站的臺(tái)站間距(15 km)沒有超過PN序列長(zhǎng)度要求(16.7 km)，在兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站之間并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。

圖3　發(fā)射臺(tái)間距為R1時(shí)同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖

(2)間距R2時(shí)同步覆蓋及干擾效果

圖4　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)同步覆蓋效果圖

圖5　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖

2)優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

目前地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)對(duì)于同頻干擾現(xiàn)象主要有以下4種調(diào)整辦法：

(1)在發(fā)射端進(jìn)行時(shí)延設(shè)置；

(2)在發(fā)射端進(jìn)行功率設(shè)置，例如降低某個(gè)臨近臺(tái)站的發(fā)射功率，使覆蓋交疊區(qū)內(nèi)不同臺(tái)站信號(hào)強(qiáng)度相差15 dB以上；

(3)在接收端采用方向性尖銳的多單元八木天線或網(wǎng)狀天線；

(4)在接收端通過更換用戶端接收地點(diǎn)，利用臨近建筑物遮擋屏蔽掉其中一方或多方的同頻信號(hào)。

通過同頻干擾分析可知，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)組建前，可以通過仿真覆蓋軟件模擬網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果和同頻干擾效果，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，即通過技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，避免運(yùn)營(yíng)商完成網(wǎng)絡(luò)組建后在用戶端出現(xiàn)接收不良的現(xiàn)象，影響網(wǎng)絡(luò)覆蓋及實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果。下面舉例說明通過仿真軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3)優(yōu)化方案仿真

(1)調(diào)整時(shí)延差Δt同步覆蓋及同頻干擾效果

通過上文分析，已知同頻干擾產(chǎn)生的原因，下面通過改變技術(shù)參數(shù)，通過仿真規(guī)劃軟件進(jìn)行覆蓋效果和同頻干擾的模擬仿真，嘗試消除同頻干擾區(qū)域。設(shè)發(fā)射臺(tái)站間距為R2(R2=20 km)，優(yōu)化后系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表4所示。

表4優(yōu)化后發(fā)射臺(tái)站技術(shù)參數(shù)表1

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺(tái)站1發(fā)射臺(tái)站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度(m)5050發(fā)射天線相對(duì)高度(m)200200發(fā)射機(jī)輸出功率(W)10001000發(fā)射天線增益(dBd)10.510.5饋線損耗11天線場(chǎng)型全向天線全向天線靜態(tài)時(shí)延(μs)100天線極化方式水平極化水平極化接收系統(tǒng)接收天線高度4m接收天線增益6dB接收天線場(chǎng)向圖全向工作頻率DS-31(中心頻率658MHz)系統(tǒng)參數(shù)載波數(shù)量3780調(diào)制方式16QAM編碼率0.8幀頭模式420交織模式720接收門限最低可用場(chǎng)強(qiáng)51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護(hù)率15dB

圖6　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)優(yōu)化后同步覆蓋效果圖

如圖7所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺(tái)站1和發(fā)射臺(tái)站2在設(shè)定技術(shù)參數(shù)下調(diào)整時(shí)延后的同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖。圖中結(jié)果說明在兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站的覆蓋區(qū)域內(nèi)并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象，說明在臺(tái)站臺(tái)站間距R2(R2=20 km)超過PN序列長(zhǎng)度要求(16.7 km)的臺(tái)站間距時(shí)，可以通過設(shè)置發(fā)射臺(tái)站的時(shí)延，來消除兩臺(tái)站的同頻干擾現(xiàn)象。

圖7　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)優(yōu)化后同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖

(2)降低發(fā)射功率同步覆蓋及同頻干擾效果

通過上文分析，已知同頻干擾產(chǎn)生的原因，下面通過改變技術(shù)參數(shù)，通過仿真規(guī)劃軟件進(jìn)行覆蓋效果和同頻干擾的模擬仿真，嘗試消除同頻干擾區(qū)域。設(shè)發(fā)射臺(tái)站間距為R2(R2=20 km)，優(yōu)化后系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)如表5所示。

如圖8所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺(tái)站1和發(fā)射臺(tái)站2在設(shè)定技術(shù)參數(shù)下調(diào)整發(fā)射臺(tái)站1發(fā)射功率的覆蓋效果圖，不同灰度代表該點(diǎn)不同的接收?qǐng)鰪?qiáng)，

表5優(yōu)化后發(fā)射臺(tái)站技術(shù)參數(shù)表2

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺(tái)站1發(fā)射臺(tái)站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度(m)5050發(fā)射天線相對(duì)高度(m)100100發(fā)射機(jī)輸出功率(W)5001000發(fā)射天線增益(dBd)10.510.5饋線損耗11天線場(chǎng)型全向天線全向天線靜態(tài)時(shí)延(μs)100天線極化方式水平極化水平極化接收系統(tǒng)接收天線高度4m接收天線增益6dB接收天線場(chǎng)向圖全向工作頻率DS-31(中心頻率658MHz)系統(tǒng)參數(shù)載波數(shù)量3780調(diào)制方式16QAM編碼率0.8幀頭模式420交織模式720接收門限最低可用場(chǎng)強(qiáng)51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護(hù)率15dB

圖8　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)優(yōu)化后同步覆蓋效果圖

如圖9所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺(tái)站1和發(fā)射臺(tái)站2在設(shè)定技術(shù)參數(shù)下調(diào)整發(fā)射臺(tái)站1的發(fā)射功率的同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖。圖上結(jié)果說明在兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站的覆蓋區(qū)域內(nèi)并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象，說明在臺(tái)站臺(tái)站間距R2(R2=20 km)超過PN序列長(zhǎng)度要求(16.7 km)的臺(tái)站間距時(shí)，可以通過設(shè)置發(fā)射臺(tái)站的時(shí)延，來消除兩臺(tái)站的同頻干擾現(xiàn)象。

圖9　發(fā)射臺(tái)間距為R2時(shí)優(yōu)化后同頻干擾場(chǎng)強(qiáng)分布圖

4)小結(jié)

由以上地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同步覆蓋及干擾分析可知：

(1)當(dāng)臺(tái)站間距R1在PN序列長(zhǎng)度要求之內(nèi)，未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象；

(2)當(dāng)臺(tái)站間距R2超出PN序列長(zhǎng)度范圍，覆蓋區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象；

(3)在發(fā)射端通過調(diào)整臺(tái)站的靜態(tài)時(shí)延Δt，可以消除同頻干擾現(xiàn)象；

(4)在發(fā)射端通過調(diào)整某一臺(tái)站的發(fā)射功率，可以消除同頻干擾現(xiàn)象，但覆蓋面積減少，因此在實(shí)際工程建設(shè)中較少使用該優(yōu)化方案。

3　結(jié)束語

本文中的理論仿真分析，接收門限以理論推導(dǎo)值為標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際的應(yīng)用中可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用的接收機(jī)，實(shí)測(cè)接收門限值，進(jìn)行與實(shí)際效果更為貼切的仿真規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)組建時(shí)，往往不局限于兩個(gè)發(fā)射臺(tái)站，因此網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度更高，可選的優(yōu)化方式更多，例如：臺(tái)站建設(shè)順序、臺(tái)站建設(shè)地址、天線下傾角度、天線極化方式等多種手段結(jié)合使用達(dá)到網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果最優(yōu)。

本文通過理論結(jié)合仿真覆蓋軟件深入分析了地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域中同頻干擾產(chǎn)生的分布規(guī)律，為地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。

[1]GB 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)制標(biāo)準(zhǔn)[S]. 2006.

[2]GY/T 268.1—2013，調(diào)頻頻段數(shù)字聲音廣播 第1部分：數(shù)字廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S]. 2013.

[3]國(guó)際電信聯(lián)盟. 30MHz到3000MHz頻率范圍內(nèi)地面業(yè)務(wù)點(diǎn)到面的預(yù)測(cè)方法[R]. [S.l.]：ITU，2001.

責(zé)任編輯：薛京

DTMB SFN interference analysis

LI Tingting，OUYANG Feng

(CNI,AcademyofBroadcastingScienceofSARFT,Beijing100866,China)

Based on SARFT recommendation of DTMB work mode 5, firstly, the technical parameters which can cause interference are analyzed. Secondly, adjust related technical parameters through simulation planning software, and observe the interference distribution area and summarize the rule. Finaly, according the known technical parameters of the interference, the eliminate interference optimization method is put forward, and simulate through the software.

DTMB; SFN; interference

TN949

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.10.027

2016-02-29

文獻(xiàn)引用格式：李婷婷，歐陽峰.地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同頻干擾分析[J].電視技術(shù)，2016，40(10)：137-141.

LI T T，OUYANG F.DTMB SFN interference analysis[J].Video engineering，2016,40(10)：137-141.