樊菊萍

﹙山西廣播電視無線管理中心，太原 030012﹚

中央無線數(shù)字化覆蓋工程
——單頻網(wǎng)

樊菊萍

﹙山西廣播電視無線管理中心，太原 030012﹚

在中央無線數(shù)字化覆蓋工程—單頻網(wǎng)的建設實施階段，本文結合實際介紹了單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)、組網(wǎng)技術方案及本地單頻網(wǎng)的發(fā)展概況

單頻網(wǎng)；地面數(shù)字電視；適配器

1 引言

2014年11月，根據(jù)國家新聞出版廣電局的統(tǒng)一部署，中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程開始在全國開展建設，此工程的實施極大地加快了中國地面電視數(shù)字化的進程。數(shù)字地面電視中單頻網(wǎng)的建設因其具有更大的覆蓋范圍、節(jié)省頻率資源、節(jié)省功率資源等顯著優(yōu)勢而成為地面數(shù)字電視廣播的主要組網(wǎng)方式。

2 單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)

地面數(shù)字單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)由激勵器、SPN適配器、地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機（功率放大）和發(fā)射天饋線四個部分組成。單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)的主要設備是單頻網(wǎng)（SPN）適配器，SPN適配器包括GPS/BDS授時接收模塊、頻率馴服模塊、相位比較模塊、分頻器、本地振蕩器以及中心控制模塊等構成。

單頻網(wǎng)授時系統(tǒng)為地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)提供統(tǒng)一的時鐘參考﹙秒脈沖﹚和頻率參考﹙10MHz﹚,是地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)能否成功構建的關鍵所在。兩種授時方式可實現(xiàn)自動無縫的切換，為了達到授時系統(tǒng)工作穩(wěn)定，中央覆蓋工程地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的授時系統(tǒng)需同時支持北斗系統(tǒng)﹙BDS﹚和全球定位系統(tǒng)﹙GPS﹚。

3 地面數(shù)字電視發(fā)展的現(xiàn)狀與困難

在中國，地面廣播電視是694MHz-790MHz頻段（簡稱700MHz頻段）的惟一主要業(yè)務使用者，并且這個頻段也是國標地面數(shù)字電視一直以來開展業(yè)務所使用的。這幾年隨著無線通信技術的不斷發(fā)展和演進，無線頻譜資源顯得愈發(fā)寶貴。尤其是對于具有良好傳輸特性的700MHz頻段，在較低資金投入下即能夠實現(xiàn)較高的無線覆蓋質量。隨著新一代無線通信系統(tǒng)TD-LTE在我國的發(fā)展，電信運營商及行業(yè)主管單位覬覦地面電視廣播模數(shù)轉換可能帶來的空余頻譜，提出了對于低頻段頻譜資源的需求，期待能夠使用分米波部分頻段資源用于發(fā)展TDD-LTE與FDD-LTE業(yè)務，而700MHz頻段則是電信運營商心目中最佳的覆蓋頻段，由此便引發(fā)了針對于700MHz頻段用于發(fā)展TDD-LTE系統(tǒng)與傳統(tǒng)地面電視廣播系統(tǒng)間的矛盾與問題。470MHz-862MHz頻段之所以特別有吸引力，是因為與移動通信業(yè)務正在使用的頻段相比，該頻段的無線電波在高樓密集的環(huán)境中能傳播的更遠，傳播的范圍更大。

地面廣播電視頻率規(guī)劃的主要目的是更有效、合理的使用廣播電視頻率資源。目前我國地面電視處于模數(shù)過渡時期，主要是在盡可能不影響現(xiàn)有地面模擬電視播出的情況下，為廣大發(fā)射臺站合理規(guī)劃新的廣播電視頻道，為數(shù)字電視單頻網(wǎng)提供合理的規(guī)劃參數(shù)，采用插空指配的方法進行頻率規(guī)劃。

4 中央覆蓋工程地面數(shù)字電視組網(wǎng)技術方案

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)是由多個位于不同地點和處于同步狀態(tài)的地面數(shù)字電視發(fā)射機組成的廣播網(wǎng)絡，他們在可控的時刻，以相同的頻率，發(fā)射相同的節(jié)目，從而實現(xiàn)對特定服務區(qū)的可靠而又全面的覆蓋。能夠有效抵抗無線信道的多徑干擾是地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的一個最大特點。傳統(tǒng)的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡結構如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡結構圖

中央覆蓋工程采用基于衛(wèi)星傳輸鏈路的地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的組網(wǎng)方式，在節(jié)目傳輸過程中增加了加擾加密和解擾解密環(huán)節(jié)，從而對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的組建提出了新的更高要求。如圖2所示，信源前端采用AVS+編碼，編碼后的標清電視節(jié)目首先進行加擾加密及復用，形成1路加密的TS碼流后送入地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)適配器進行適配，然后送入衛(wèi)星調制器進行編碼調制形成射頻信號，再通過衛(wèi)星鏈路進行傳輸，中央無線覆蓋工程衛(wèi)星傳輸采用DVB-S技術體系。全國各個發(fā)射臺站直接接收衛(wèi)星傳輸信號，通過專業(yè)的衛(wèi)星接收機解調解擾后得到TS碼流，最后送到本地的地面數(shù)字電視發(fā)射機進行調制發(fā)射。

為了確保中央覆蓋工程地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的成功構建，包括加擾復用器、單頻網(wǎng)適配器、衛(wèi)星調制器、衛(wèi)星鏈路、衛(wèi)星解調解繞器在內(nèi)的整個TS碼流傳輸鏈路必須滿足“透明傳輸”的要求。因此解決TS碼流先加擾加密、再適配傳輸﹙單頻網(wǎng)適配+衛(wèi)星傳輸適配﹚、最后解調解擾解密的端到端“透明傳輸”，是中央覆蓋工程地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術方案的難點和關鍵所在。

圖2 中央覆蓋工程地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)網(wǎng)絡結構圖

5 單頻網(wǎng)的發(fā)展—— 以太原為例

近年太原市的城市建設規(guī)模不斷擴大，周邊發(fā)展迅猛，加上高樓林立，信號覆蓋等問題日益突顯。經(jīng)場強覆蓋測試，市中心半徑12km以內(nèi)的室外信號覆蓋良好，但市中心12km以外的信號覆蓋不佳。中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程地面電視部分采用“省級單頻網(wǎng)和區(qū)域單頻網(wǎng)為主，多頻網(wǎng)為輔”的組網(wǎng)技術方案，構建良好的單頻網(wǎng)，在各個站間的距離、發(fā)射機的功率、發(fā)射站天線的規(guī)劃、覆蓋區(qū)域的地形、地貌等因素都進行了合理的數(shù)據(jù)測量、技術分析和統(tǒng)籌調整。我臺在2017年8月安裝了單頻網(wǎng)、多頻網(wǎng)發(fā)射機，與位于太原市西的228高山臺組建了單頻網(wǎng)、多頻網(wǎng)系統(tǒng)。正式播出一段時間后，測試發(fā)現(xiàn)多頻網(wǎng)同頻干擾嚴重，接收效果差，經(jīng)過研究在10月28日廠家把多頻網(wǎng)發(fā)射機又改成了單頻網(wǎng)發(fā)射機，組建單頻網(wǎng)成為解決信號覆蓋問題的最佳方案。

5.1 單頻網(wǎng)發(fā)射機數(shù)量要求

數(shù)字電視單頻網(wǎng)必須有兩臺或以上發(fā)射機組成，采用網(wǎng)狀分布，各發(fā)射站之間距離間隔也有要求。太原周邊有兩個發(fā)射臺可以采用，我臺位于市中心，塔高125m，位于太原市西面的228臺，位于高山之上，塔高90m，兩塔直線距離為40千米左右，因此基本滿足單頻網(wǎng)組網(wǎng)要求。

5.2 單頻網(wǎng)發(fā)射機同步要求

太原地區(qū)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)由兩臺數(shù)字電視發(fā)射機組成，發(fā)射機采用同一頻率發(fā)射，必須做到頻率同步、時間同步和碼元同步。

（1）頻率同步：單頻網(wǎng)中的兩臺發(fā)射機采用同一頻率，滿足這一要求，依靠每臺發(fā)射機中激勵器的上變頻本振頻率與一個GPS參考時鐘頻率同步。

（2）時間同步:在單頻網(wǎng)中，激勵器信號通過不同鏈路與前端設備連接產(chǎn)生，因此時間延遲和信號處理時間不一致。通過單頻網(wǎng)適配器和GPS共同實現(xiàn)時間同步。

（3）碼元同步：為保證終端正常解碼，必須使單頻網(wǎng)中兩臺發(fā)射機TS流中的比特同步。通過單頻網(wǎng)適配器實現(xiàn)碼元同步。

5.3 單頻網(wǎng)系統(tǒng)架構

按照地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)原理和技術要求，設計了單頻網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)框圖，如圖3所示。

圖3 單頻網(wǎng)組網(wǎng)系統(tǒng)框圖

單頻網(wǎng)適配器接受復用器中的TS流，完成碼率適配，形成包含秒幀初始化包的TS流，通過光纜線路傳送到兩個發(fā)射點，經(jīng)兩個發(fā)射點的發(fā)射機激勵器進行時鐘同步后，進行信道編碼上變頻變成射頻信號進行發(fā)射。除了發(fā)射機內(nèi)置的時鐘系統(tǒng)，還使用了另一臺同步時鐘進行備份。激勵器的時鐘同步調整，主要根據(jù)接收到的TS流中的SIP包分析時間信息，計算出碼流在兩個發(fā)射站之間的傳輸時間，由此時間兩個發(fā)射臺調整各自的時延，從而達到時間同步的要求。

5.4 單頻網(wǎng)實施和測試

通過數(shù)據(jù)演算和實際測試，決定采用老軍營發(fā)射點為主發(fā)射點，滿功率1kW發(fā)射，228臺發(fā)射點為輔發(fā)射點，600W發(fā)射。建成后，在太原市東南西北各個方向共48個測試點對信號覆蓋效果進行了測試，在最南端，離發(fā)射中心30km處場強為22dBμV，在最北端，離228臺22km處場強同樣是22dBμV，而東西方向30km處場強達到28dBμV～30dBμV。18個測試點平均場強為41dBμV。建設地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)后，信號覆蓋范圍變大，效果明顯，太原市周邊信號覆蓋得到了極大地改善。太原市數(shù)字電視單頻網(wǎng)是城市環(huán)境下的單頻網(wǎng)，網(wǎng)絡的設計和實現(xiàn)具有以下特點：

⊙ 單頻網(wǎng)各發(fā)射臺站點采用同一廠家的地面數(shù)字電視發(fā)射機進行組網(wǎng)，便于互相兼容。

⊙ 根據(jù)各發(fā)射站點的實際情況，節(jié)目傳輸網(wǎng)絡采用了靈活的傳輸模式，主要包括：“光纖+數(shù)字光端機”、“光纖+數(shù)字光端機+微波”、“光纖+SDH”等。

⊙ 在保證整個單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)內(nèi)信號接收電平較高的前提下，為了滿足復雜城市環(huán)境中良好移動接收的要求，充分利用地形地勢的遮擋，通過科學合理地設計天線場型及各臺站發(fā)射功率，極大地減少了單頻網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)，降低了單頻網(wǎng)調整和優(yōu)化的難度。

6 結束語

國際地面數(shù)字電視一路走來，從標準正式頒布起至今已過去10多個年頭了，經(jīng)歷了標準的起草、完善、頒布及推廣投入使用。在中央廣播電視無線數(shù)字化覆蓋工程中，創(chuàng)造性的使用了衛(wèi)星傳輸鏈路傳輸單頻網(wǎng)適配后的地面數(shù)字電視節(jié)目流，極大降低了覆蓋工程中數(shù)字電視節(jié)目的傳輸復雜度，高效地將中央電視節(jié)目傳輸至了全國各地，但同時對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)適配器提出了更高的要求。中央覆蓋工程的實施將進一步推動我國地面電視的模數(shù)轉換進程，確保2020年我國地面電視全部完成數(shù)字化總體目標的順利實現(xiàn)。

[1] GD/J066-2015．基于衛(wèi)星傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視單頻網(wǎng)適配器技術要求和測量方法

[2] 張國庭，萬倩等．單頻網(wǎng)建設原則及優(yōu)化方法．電視技術，2013(12)

[3] 曹志，馮景鋒等．新一代地面數(shù)字電視技術發(fā)展及演進．廣播與電視技術，2013(2)

[4] 梁建華，左寧宇，莊軍．單頻網(wǎng)和同頻轉發(fā)器在常州地面數(shù)字電視平臺建設中的應用．廣播與電視技術，2016(7)

Central Radio Digital Coverage Project--Single Frequency Network

Fan Juping
(Shanxi radio and television wireless management center, Taiyuan, 030012)

In the implementation phase of the Central wireless digital coverage project-Single frequency network, this paper introduces the development of the transmission system, the networking technology and the local single frequency network.

Single frequency network; Terrestrial digital television; Adapter

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.015

G22，TN93，TN94文獻標示碼：A

1672-7274（2017）12-0044-03