摘要：本文介紹地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)存在優(yōu)勢，詳細分析地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)原理、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并對地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整優(yōu)化做出一些闡述,為地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)用提供一些參考。

　　關(guān)鍵詞：SFN；組網(wǎng)原理；組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

　　1地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)簡介

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)（SFN：SingleFrequencyNetwork）技術(shù)是指在不同地點相鄰的多臺發(fā)射機以相同的發(fā)射頻率工作，并在相同的時刻播出相同碼流的工作方式，從而構(gòu)成數(shù)字電視廣播在較大區(qū)域內(nèi)的無線覆蓋網(wǎng)絡(luò)。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)與傳統(tǒng)模擬電視的多頻網(wǎng)（MFN:Multi-FrequencyNetwork）相比有以下有優(yōu)勢：（1）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)克服了傳統(tǒng)模擬無線電視的傳輸缺陷，抗干擾能力強，接收畫質(zhì)清晰度高，音頻效果好，安全可靠性高。（2）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)信道傳輸能力強，頻道利用率高。一個標準PAL頻道（8M）可傳輸多達8~10套標清數(shù)字電視節(jié)目。（3）地面數(shù)字單頻網(wǎng)組網(wǎng)降低發(fā)射機設(shè)備的成本；通過優(yōu)化和調(diào)整單頻網(wǎng)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)（基站數(shù)量、分布、發(fā)射天線高度、發(fā)射功率等），使用多個較小功率發(fā)射機代替一個超大功率發(fā)射機。降低信號輻射、減少電磁波污染、增強覆蓋均勻度。（4）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)業(yè)務(wù)開展靈活，覆蓋效率高。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)是完善農(nóng)村廣播電視公共服務(wù)覆蓋體系，加強城市高密度覆蓋，全面實現(xiàn)數(shù)字電視無線覆蓋的理想方案。

　　2地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理

　　在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中，傳送的節(jié)目信號首先經(jīng)過編碼復(fù)用形成原始的TS流，接著送入到單頻網(wǎng)適配器中進行適配，在適配器中，引入GPS信號完成碼率適配和秒幀初始化插入形成包含秒幀的初始化包（SIP）的TS碼流，通過各種傳輸分配網(wǎng)絡(luò)傳送打包好的TS碼流信號，傳送至各個發(fā)射機房的發(fā)射機適配器，再經(jīng)發(fā)射機的適配器、調(diào)制激勵器進行時鐘同步處理、信道編碼、調(diào)制輸出放大后進行信號發(fā)射。數(shù)字單頻網(wǎng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)構(gòu)建過程中，需要依靠GPS來完成網(wǎng)絡(luò)發(fā)射頻率和TS碼流的同步。GPS信號主要包括時鐘10MHz和秒脈沖1PPS信號，單頻網(wǎng)適配器借助10MHz時鐘調(diào)整TS碼流速率，又借助1PPS這一時間基準信號，周期性地向TS碼流插入秒幀初始化包SIP（圖2）。接收設(shè)備的時間同步處理單元根據(jù)傳送碼流中SIP，解析出TS碼流的時延信息，結(jié)合發(fā)射站點的本地的1PPS信號同步TS碼流信號后調(diào)制發(fā)射，以便達到不同站點同步發(fā)射信號的目的。

　　3地面數(shù)字單頻網(wǎng)組成部分

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)主要有前端節(jié)目信號集成平臺、節(jié)目信號傳送分配網(wǎng)絡(luò)、基站無線發(fā)射系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)測保障、用戶接收等5個部分組成。

　　3.1節(jié)目信號集成前端部分

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目信號集成系統(tǒng)主要根據(jù)地面數(shù)字電視廣播特點將節(jié)目信號源進行編碼、復(fù)用處理，碼流輸出至單頻網(wǎng)適配器，同時在單頻網(wǎng)適配器中插入用于同步的GPS等信息，最終形成可分配的單頻網(wǎng)節(jié)目信號傳送碼流。前端信號集成平臺一般放在中央、省級有線電視播控總機房，采集節(jié)目內(nèi)容主要是中央臺、省級臺上星節(jié)目。根據(jù)單頻網(wǎng)組網(wǎng)頻點、傳送節(jié)目碼流的壓縮方式，合理地選擇組合傳送節(jié)目套數(shù)，一般一個頻點能傳送8~10套標清節(jié)目。節(jié)目信號集成平臺一般采用主備兩路信號，提高傳送節(jié)目的安全可靠性。節(jié)目信號集成平臺如圖3所示。

　　3.2節(jié)目信號傳輸分配網(wǎng)絡(luò)部分

　　為保證分配到不同站點的用于發(fā)射的TS碼流信號完全相同，必須要求數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)透明傳輸。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介不同，數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目分配傳輸網(wǎng)絡(luò)主要有光纖直傳傳輸、SDH干線網(wǎng)絡(luò)傳輸、加擾衛(wèi)星傳送、微波傳送等4種基本形式（圖4、5、6、7）。4種傳輸分配方式各有特點，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的普及，SDH網(wǎng)絡(luò)的日趨完善，目前信號傳輸分配網(wǎng)絡(luò)大多采用SDH+光纖直傳的分配方式，既經(jīng)濟且傳輸質(zhì)量和安全可靠性又高。衛(wèi)星、微波信號分配傳送雖易施工操作，傳輸質(zhì)量不錯，但由于是空間信號傳送，易受天氣等其它因素干擾，安全可靠性有待提升。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設(shè)過程中，應(yīng)該在充分考慮建設(shè)成本、運營維護成本、安全保障成本等因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)實際條件，選擇適合本地區(qū)的單頻網(wǎng)傳輸分配網(wǎng)絡(luò)。

　　3.3無線發(fā)射系統(tǒng)部分

　　來自單頻網(wǎng)節(jié)目傳輸分配網(wǎng)絡(luò)，包含秒幀初始化包的TS流經(jīng)各發(fā)射臺的激勵器（調(diào)制器）進行時鐘同步處理，再完成信道編碼上變成射頻信號進行發(fā)射。根據(jù)基站單頻網(wǎng)覆蓋場域面積的要求，設(shè)計合理的覆蓋方案，調(diào)整發(fā)射機的輸出功率、發(fā)射天線的增益和方位等參數(shù)。激勵器的時間同步調(diào)整，主要調(diào)節(jié)激勵器的發(fā)射時延，根據(jù)接收到的MPEGTS中的SIP包分析時間信息，可以計算出由主站信號到該發(fā)射臺的碼流傳輸時間，由此時間各發(fā)射臺可以調(diào)整各自的時延，從而達到一起發(fā)送信號的目的。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構(gòu)建過程中，需要依賴全球定位系統(tǒng)GPS來完成各個發(fā)射點信號的同步，也可以由其他時間同步系統(tǒng)提供同步時鐘。

　　3.4系統(tǒng)監(jiān)測保障部分

　　地面數(shù)字單頻網(wǎng)監(jiān)測保障系統(tǒng)主要包括：提供系統(tǒng)設(shè)備實時監(jiān)控和報警，通過遠程可以實時查詢設(shè)備的工作狀態(tài)，設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)生異常情況時，給出報警信號，遠程可以控制處理；單頻網(wǎng)各基站覆蓋片區(qū)的信號實時監(jiān)測與分析；所有覆蓋片區(qū)站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集匯總，建立準確完善的基站覆蓋數(shù)據(jù)庫，以便統(tǒng)一調(diào)度、管理，安全可靠的傳送地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)信號。

　　3.5用戶接收部分

　　在地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，室內(nèi)情況下，一般接收終端正常要求的信號接收場強為： 接收場強Pr=接收門限電平+穿透衰減-接收天線增益假如選擇C=3780，16QAM/0.4，幀頭為PN945情況下，對于傳輸中等碼率的信號，理論上接收門限電平為-92dBm。對于無線射頻信號，根據(jù)經(jīng)驗值，穿透一層木板，接收信號將衰減約4dB，經(jīng)過一堵磚墻，接收信號將衰減8~15dB，經(jīng)過鋼筋混凝土墻，則至少衰減15~30dB；對于室內(nèi)衰減，假設(shè)為15dB。對于一般電視接收天線，其接收增益可設(shè)有6dB，這樣到達接收點室外的信號場強需要保證有：Pr＞-92dBm+15dB-6dB=-83dBm=25dBμV即對室外覆蓋區(qū)域場接收場強達到25dBμV以上，室內(nèi)便能良好接收電視信號，滿足覆蓋要求。

　　4地面數(shù)字單頻網(wǎng)應(yīng)用優(yōu)化

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用，不僅包含區(qū)域內(nèi)各基層站點的合理分布、建站距離遠近、發(fā)射功率大小、發(fā)射接收方式的選擇等，還包含相鄰站點重疊覆蓋區(qū)域（相干區(qū)）的調(diào)整優(yōu)化。

　　4.1“相干區(qū)“簡介

　　在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋重疊區(qū)，當來自不同發(fā)射機的信號強度相差一定的量級時，可以忽略弱信號的存在。接收機只識別和接收強信號，不產(chǎn)生信號間的相互干擾。當來自不同發(fā)射機的信號強度相差小于一定的量級時，不可忽略弱信號的存在。接收機要同時處理兩個或兩個以上的信號，這一覆蓋區(qū)域被稱為“相干區(qū)”，如圖8所示。

　　4.2“相干區(qū)”的調(diào)整優(yōu)化

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的“相干區(qū)”可能產(chǎn)生信號間的相互干擾，影響用戶的正常接收。怎樣保證來自不同發(fā)射站的電波同時到達“相干區(qū)”的中點0dB接收場強差，主要要做好以下兩方面。一方面是通過合理的設(shè)計和天線調(diào)整，控制好覆蓋場形。合理的設(shè)計包括對覆蓋場區(qū)的了解、站點的選擇、發(fā)射功率的確定、天線的配置、場形的控制等。另一方面是激勵器在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時間同步的基礎(chǔ)上，還具有獨立時延調(diào)整功能。獨立時延調(diào)整是根據(jù)實際測試結(jié)果在激勵器上人工設(shè)置。獨立時延調(diào)整就是獨立調(diào)整時延參數(shù)，使之與空間參數(shù)在相干區(qū)內(nèi)相互匹配（俗稱“二次同步”）。如圖9所示，已知電波的傳播速度為0.3km/us，要想使1#站和中心站的電波同時到達0dB場強點，1#站的激勵器需額外延時（13-10）/0.3=10μs；要想使2#站和中心站的電波同時到達0dB場強點，2#站的激勵器需額外延時（20-14）/0.3=20μs。

　　5結(jié)束語

　　地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)工程的建設(shè)、推廣和普及，極大推動了地面數(shù)字電視的發(fā)展，豐富了數(shù)字電視信號的覆蓋手段，提升了人民群眾的文化生活水平，是一項普及廣播電視、造福人民群眾的文化建設(shè)工程。

　　參考文獻:

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