劉玉成

【摘要】隨著數(shù)字電視技術(shù)的日趨成熟，數(shù)字電視廣播在全國(guó)范圍內(nèi)得到了快速推廣和普及應(yīng)用。為了緩解數(shù)字電視廣播快速增長(zhǎng)導(dǎo)致的頻譜資源緊張，需要優(yōu)化組網(wǎng)技術(shù)提升頻譜資源利用率。單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)憑借其超強(qiáng)的信號(hào)覆蓋質(zhì)量和較高的頻譜資源利用率，成為現(xiàn)階段地面數(shù)字電視的主要組網(wǎng)方式。鑒于此，本文對(duì)地面數(shù)字單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視;單頻網(wǎng);組網(wǎng)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.001

現(xiàn)代技術(shù)快速發(fā)展的背景下，數(shù)字電視廣播技術(shù)獲得了廣闊的發(fā)展空間，憑借其強(qiáng)大的廣播電視節(jié)目?jī)?nèi)容和優(yōu)越的抗干擾能力，逐漸取代了傳統(tǒng)模擬信號(hào)電視，成為現(xiàn)階段電視廣播發(fā)展的重要方式。數(shù)字電視廣播技術(shù)可以分為衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)和地面數(shù)字廣播系統(tǒng)。其中地面數(shù)字廣播系統(tǒng)可以有效利用原有的電視頻道，通過先進(jìn)的組網(wǎng)技術(shù)有效抵抗信道干擾，提升傳輸質(zhì)量和覆蓋范圍。數(shù)字電視組網(wǎng)方式?jīng)Q定了廣播電視的服務(wù)質(zhì)量，在現(xiàn)行的組網(wǎng)方式中，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，主要涉及單頻網(wǎng)規(guī)劃、單頻網(wǎng)組網(wǎng)模式、覆蓋重疊區(qū)域接收性能以及單頻網(wǎng)節(jié)目分配等。加快了我國(guó)廣播電視數(shù)字化發(fā)展。

1. 單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)原理

傳統(tǒng)模擬電視信號(hào)在傳輸和接收電視信號(hào)的過程中容易產(chǎn)生信號(hào)干擾，發(fā)射臺(tái)在使用不同頻率播放節(jié)目信號(hào)時(shí)，需要間隔一定距離，占用了大量的頻譜資源。地面數(shù)字廣播電視是通過地面廣播電視網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視的全網(wǎng)絡(luò)覆蓋。地面數(shù)字廣播電視是傳統(tǒng)模擬電視技術(shù)的全面革新，數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)主要包括：電視節(jié)目集成系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)以及數(shù)字信號(hào)接收系統(tǒng)，通過先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)，有效提升廣播電視的節(jié)目質(zhì)量和服務(wù)效率。地面數(shù)字電視的組網(wǎng)方式主要可以分為多頻網(wǎng)和單頻網(wǎng)兩種方式。單頻網(wǎng)可以有效利用原有的模擬電視網(wǎng)絡(luò)，通過設(shè)置多個(gè)發(fā)射機(jī)，通過同時(shí)、同步傳輸?shù)姆绞浇M建地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)。單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)主要由信源前端、傳輸系統(tǒng)，發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)組成。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中采用多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)生數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)內(nèi)容統(tǒng)一，并且發(fā)送時(shí)間和頻率保持一致，實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的廣域覆蓋。

1.1 頻率同步

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中的頻率同步，要求地面數(shù)字電視網(wǎng)中的各個(gè)接收機(jī)可以接收頻率偏差不超過1Hz的數(shù)字電視廣播信號(hào)。這就要求發(fā)射機(jī)必須有較高的發(fā)射精度和穩(wěn)定度，能夠持續(xù)輸出頻率相同的數(shù)字電視信號(hào)。發(fā)射機(jī)中振蕩器擁有統(tǒng)一的參考振蕩源，工作頻率需要保持一致，確保發(fā)射信號(hào)用喲足夠的精度。

1.2 時(shí)間同步

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中的時(shí)間同步，要求發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)與接收機(jī)接收的信號(hào)時(shí)延保持同步，同一個(gè)信號(hào)幀可以在相同的時(shí)刻發(fā)送至各個(gè)接收機(jī)中。在地面數(shù)字電視網(wǎng)中不同的發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)所產(chǎn)生的時(shí)延，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)可以抵抗的時(shí)延最大值，因此，對(duì)發(fā)射機(jī)發(fā)送頻率的時(shí)間精度要求并不高。在實(shí)際應(yīng)用過程中，通過調(diào)整發(fā)射時(shí)間偏移量，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面數(shù)字電視網(wǎng)的調(diào)整，確保信號(hào)時(shí)延在±1μs內(nèi)。

1.3 比特同步

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中比特同步，包括不同發(fā)射機(jī)或者同一發(fā)射機(jī)在某一時(shí)刻發(fā)送相同的信號(hào)幀。地面數(shù)字電視覆蓋范圍內(nèi)的射頻信號(hào)分布較廣，為了能夠確保發(fā)射機(jī)發(fā)送一致的信號(hào)幀，需要確保各個(gè)激勵(lì)器的碼流逐比特對(duì)應(yīng)相同，各個(gè)激勵(lì)器對(duì)輸入碼流的分組相同，使得對(duì)一個(gè)信號(hào)幀調(diào)制的數(shù)據(jù)逐比特對(duì)應(yīng)相同。根據(jù)GB20600-2006規(guī)定在調(diào)制每個(gè)信號(hào)幀的數(shù)據(jù)中，第一個(gè)比特處擾碼器復(fù)位，以達(dá)到各個(gè)激勵(lì)器中隨機(jī)化過程同步。

2. 地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)應(yīng)用

單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)相較于傳統(tǒng)模擬信號(hào)電視廣播技術(shù)而言，有效節(jié)約頻譜資源，地面數(shù)字電視具有較強(qiáng)的抗干擾能力，可以實(shí)現(xiàn)了相鄰頻道內(nèi)的射頻調(diào)制信號(hào)傳輸，提高無線頻譜利用率，增加了電視節(jié)目的傳播數(shù)量。采用多點(diǎn)同步發(fā)射的方式，可以解決數(shù)字信號(hào)的盲區(qū)覆蓋問題，降低數(shù)字電視信號(hào)發(fā)射成本。通過使用單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，接收機(jī)可以接收來自不同方位的射頻調(diào)制信號(hào)，同時(shí)也可以接收多路折射信號(hào)，降低接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，提升功率效率。地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)可以有效擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積，同時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際情況增加發(fā)射站點(diǎn)，靈活調(diào)整射頻調(diào)制信號(hào)的覆蓋范圍。

地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)由一個(gè)主站和若干分站組成地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)。主站先將數(shù)字電視節(jié)目信號(hào)傳輸?shù)桨瑫r(shí)間頻率基準(zhǔn)信息和系統(tǒng)信息的數(shù)據(jù)包中，然后，通過網(wǎng)絡(luò)適配器發(fā)送至分站的接收器中，按照統(tǒng)一的時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行同步適配處理，完成碼流同步。單頻網(wǎng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

主站單頻網(wǎng)適配器輸入的碼流，在微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）控制下組成巨幀，并且把時(shí)標(biāo)信息和系統(tǒng)調(diào)制參數(shù)組成的巨幀初始化包插入碼流中，根據(jù)地面數(shù)字電視系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)碼流進(jìn)行匹配處理，具體通過插入空包的方式調(diào)整至調(diào)制器工作所需要的輸入碼率，然后將碼流通過發(fā)送完了適配器精分布網(wǎng)絡(luò)傳輸至地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)分站中。在地面數(shù)字廣播電視網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中由于分站與主站的距離存在較大差異，碼流接收時(shí)間并不統(tǒng)一，因此，在同步部分將碼流包中的巨幀初始化包提取出來，考慮到激勵(lì)器對(duì)碼流進(jìn)行編碼調(diào)制的處理時(shí)延的一致性原則，需要根據(jù)其中的時(shí)標(biāo)信息對(duì)各種的碼流進(jìn)行相應(yīng)的延遲處理，然后經(jīng)過變頻后同時(shí)發(fā)射相同的信息碼流，實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

地面數(shù)字廣播電視技術(shù)作為電視廣播領(lǐng)域的一種全新技術(shù)，由于其獨(dú)有簡(jiǎn)單接收和移動(dòng)接收的能力，能夠滿足現(xiàn)代信息化社會(huì)發(fā)展的基本需求。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)中相鄰的發(fā)射機(jī)發(fā)射間隔較大，最大路徑差可以達(dá)到6～9公里，人工多徑擴(kuò)散值較大，在一些區(qū)域內(nèi)擴(kuò)散強(qiáng)度與主信號(hào)相當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生一定的干擾，因此，需要采取人為多徑擴(kuò)散方式。人工延遲取決于兩個(gè)發(fā)射機(jī)之間的距離，當(dāng)發(fā)射機(jī)之間的距離為100km時(shí)，人工延遲為330μs。由此可見，地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)的范圍與發(fā)射機(jī)之間的距離有直接關(guān)系，如果發(fā)射機(jī)之間距離過大，人工延遲和最大多徑擴(kuò)散就會(huì)增加，一旦超過保護(hù)間隔就會(huì)影響地面數(shù)字電視的服務(wù)質(zhì)量。

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)的前端系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將電視廣播信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供傳輸?shù)臄?shù)字編碼，然后通過復(fù)用器合成單一的輸出信號(hào)。傳輸和分配系統(tǒng)接收數(shù)字電視碼流然后再將其調(diào)制成穩(wěn)定、可靠的高頻數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)一步傳輸?shù)礁鱾€(gè)發(fā)射系統(tǒng)中。發(fā)射機(jī)接收射頻調(diào)制信號(hào)然后進(jìn)行同步調(diào)制、放大以及濾波等處理，是現(xiàn)地面發(fā)射。接收終端將對(duì)這些射頻調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到數(shù)字電視碼流，經(jīng)過復(fù)用、結(jié)合等處理，實(shí)現(xiàn)用戶端的數(shù)字電視播放。

地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中，需要結(jié)合發(fā)射機(jī)周圍的頻譜環(huán)境對(duì)射頻調(diào)制信號(hào)頻率進(jìn)行優(yōu)化選擇。通過計(jì)算選擇電磁頻率環(huán)境相對(duì)干凈頻道開展業(yè)務(wù)，地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃不能干擾原有的業(yè)務(wù)，并且要求規(guī)劃的方案和原有的電視業(yè)務(wù)相兼容，一旦發(fā)生沖突，需進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理。根據(jù)指配數(shù)字臺(tái)站的電磁環(huán)境，計(jì)算模擬臺(tái)站在制品數(shù)字臺(tái)站的有害場(chǎng)，并分析模擬臺(tái)站的業(yè)務(wù)覆蓋范圍內(nèi)的干擾情況，進(jìn)行分析采取有效的保護(hù)措施，例如：干擾較小的需結(jié)合被干擾臺(tái)站的性質(zhì)，采取針對(duì)性的保護(hù)措施;干擾嚴(yán)重的，則需要進(jìn)行改頻。地面數(shù)字電視廣播頻率規(guī)劃涉及到網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、配置以及頻率資源，最終目的是實(shí)現(xiàn)地面數(shù)字電視廣播的廣域覆蓋和高質(zhì)量的信息傳輸。

3. 總結(jié)

綜上所述，在現(xiàn)代技術(shù)的推動(dòng)下，數(shù)字化和智能化將是廣播電視技術(shù)未來發(fā)展的主要方向。數(shù)字廣播電視憑借現(xiàn)代化的技術(shù)，擁有更加豐富的節(jié)目?jī)?nèi)容和畫面質(zhì)量，可以提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，是廣播電視領(lǐng)域中革命性的突破。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字廣播電視技術(shù)的全面普及和快速發(fā)展，需要對(duì)相關(guān)配套技術(shù)和硬件設(shè)施進(jìn)行深入研究，尤其是在傳統(tǒng)模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)過渡階段，組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化升級(jí)將決定了我國(guó)數(shù)字廣播電視技術(shù)發(fā)展速度。單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)憑借其高效的頻譜利用率、超強(qiáng)的抗干擾能力以及廣闊的覆蓋面積，成為地面數(shù)字電視組網(wǎng)方案的首選，目前已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。地面數(shù)字電視廣播單頻組網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)主要包括各個(gè)發(fā)射機(jī)以相同的頻率發(fā)射，并且保證同頻、同步，即多個(gè)位于不同區(qū)域的發(fā)射機(jī)在同一時(shí)刻、以相同的頻率發(fā)送相同內(nèi)容的射頻調(diào)制信號(hào)，可以有效擴(kuò)大覆蓋面積，提升數(shù)字電視廣播信號(hào)質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：劉玉成，男，1990.9，山東煙臺(tái)人，本科，助理工程師，研究方向：廣播通信技術(shù)。