地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)同頻干擾分析

李婷婷，歐陽峰

(國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院 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

(國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院 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，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)象的技術參數(shù)；其次通過仿真規(guī)劃軟件調(diào)整相關技術參數(shù)，同時觀察單頻網(wǎng)內(nèi)同頻干擾區(qū)域分布情況并總結規(guī)律；最后根據(jù)已知技術參數(shù)對干擾區(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)劃軟件進行模擬。

地面數(shù)字電視；單頻網(wǎng)；同頻干擾

2008年至今，國家新聞出版廣電總局已完成組建全國地面數(shù)字電視廣播覆蓋共300多個地級以上城市，2014年12月為了進一步加快我國地面電視的模數(shù)轉換，廣電總局和財政部聯(lián)合印發(fā)《關于實施中央廣播電視節(jié)目數(shù)字化覆蓋工程的通知》(新廣電發(fā)[2014]311號)。明確了2015年內(nèi)，全國無線廣播廣播電視臺利用現(xiàn)有的骨干傳輸網(wǎng)絡，實現(xiàn)12套中央電視節(jié)目的無線數(shù)字化落地覆蓋，同時啟動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，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，即將多個不同地點、處于同步狀態(tài)的無線發(fā)射臺站，在同一時間使用相同頻率發(fā)射同一信號，最終實現(xiàn)對某一服務區(qū)內(nèi)的信號覆蓋。單頻網(wǎng)的優(yōu)點是可以節(jié)省有線的頻譜資源，缺點是同一覆蓋點可能會接收到多個臺站傳來的多徑信號，因此產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。

為了進一步全面了解、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際覆蓋效果，本文將使用兩個發(fā)射塔組成的單頻網(wǎng)為研究對象，采用國家新聞出版廣電總局推薦的國標地面數(shù)字電視工作模式5為系統(tǒng)技術參數(shù)，重點分析發(fā)射臺站技術參數(shù)對單頻網(wǎng)內(nèi)同頻干擾現(xiàn)象影響的規(guī)律進行研究，為后續(xù)實際建設提供理論基礎。

1　同頻干擾成因分析

在實際運營的單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象會造成用戶端出現(xiàn)馬賽克、無法正常接收等不良現(xiàn)象，嚴重影響網(wǎng)絡正常運營和維護。影響單頻網(wǎng)中同頻干擾現(xiàn)象主要有以下4個技術指標：

1)發(fā)射系統(tǒng)選定工作模式的PN序列長度；

2)兩個發(fā)射臺站的信號到達同一接收地點的時延差Δt；

3)兩個發(fā)射臺站的信號到達同一接收地點的電平差ΔdB；

4)數(shù)字對數(shù)字的同頻干擾保護率PR，此值與系統(tǒng)的技術參數(shù)有關，在實驗室測試獲得。

國家新聞出版廣電總局關于地面數(shù)字電視系統(tǒng)推薦了7種工作模式，各模式具體技術參數(shù)如表1所示。根據(jù)表1中技術參數(shù)可知：某一模式的數(shù)據(jù)率越高，一個頻道內(nèi)可傳輸?shù)碾娨暬驈V播業(yè)務數(shù)量越多、質(zhì)量越高，但相應的接收機門限會升高。根據(jù)前期全國地面數(shù)字電視組網(wǎng)經(jīng)驗以及實驗室無線環(huán)境測試可知：模式1和模式2適用于移動接收；模式3適用于固定、移動兩種接收模式；模式4和模式5適用于城市環(huán)境等復雜環(huán)境的固定接收；模式6和模式7適合簡單城市、郊區(qū)及農(nóng)村環(huán)境的甚高碼率固定接收。在實際組網(wǎng)建設中，不應過度追求節(jié)目套數(shù)或清晰度，而應結合發(fā)射臺站預計覆蓋區(qū)域內(nèi)的人口結構、地形地貌等實際需求選擇適合的工作模式。

表1國家廣播電影電視總局推薦的7種工作模式

序號載波模式調(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進行仿真分析，該模式為多載波調(diào)制適，數(shù)據(jù)率相對較高，可用于城市環(huán)境下室外固定接收。

當選定發(fā)射系統(tǒng)工作模式后，PN序列長度和同頻干擾保護率為既定參數(shù)，無法再進行更改。本文中假定系統(tǒng)選定工作模式5為系統(tǒng)技術參數(shù)，則信號幀頭長度為420，幀結構如圖1所示。

圖1　采用工作模式5的幀結構示意圖

相關技術參數(shù)如表2所示。

表2工作模式相關技術參數(shù)

序號時延差C/N門限同頻干擾保護率接收門限模式555.6μs15dB15dB51dBμV/m

根據(jù)表2可知，當單頻網(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，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：

1)接收點P的接收電平大于接收門限51 dBμV/m；

2)兩發(fā)射信號到達接受點P的電平差ΔdB大于同頻干擾保護率15 dB；

3)兩發(fā)射信號到達接收點P的時延差Δt大于PN序列長度55.6 μs；

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

2　同頻干擾消除方法

1)網(wǎng)絡仿真分析

通過上文對單頻網(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)劃軟件進行覆蓋效果和同頻干擾的模擬仿真。

當系統(tǒng)采用工作模式5為技術參數(shù)時，保護間隔的極限距離為16.7 km。設定發(fā)射臺站間距R1為15 km,該距離在保護間隔內(nèi)；設發(fā)射臺站間距R2為20 km，該距離在保護間隔之外；系統(tǒng)技術參數(shù)如表3所示。

(1)臺站間距R1時同步覆蓋及干擾效果

表3發(fā)射臺站技術參數(shù)表

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺站1發(fā)射臺站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度/m5050發(fā)射天線相對高度/m200200發(fā)射機輸出功率/W10001000發(fā)射天線增益/dBd10.510.5饋線損耗11天線場型全向天線全向天線靜態(tài)時延/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強51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護率15dB

圖2　發(fā)射臺間距為R1時同步覆蓋效果圖

如圖3所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺站1和發(fā)射臺站2在設定技術參數(shù)下的同頻干擾場強分布圖。圖中結果說明兩個發(fā)射臺站的臺站間距(15 km)沒有超過PN序列長度要求(16.7 km)，在兩個發(fā)射臺站之間并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。

圖3　發(fā)射臺間距為R1時同頻干擾場強分布圖

(2)間距R2時同步覆蓋及干擾效果

圖4　發(fā)射臺間距為R2時同步覆蓋效果圖

圖5　發(fā)射臺間距為R2時同頻干擾場強分布圖

2)優(yōu)化方案設計

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

(1)在發(fā)射端進行時延設置；

(2)在發(fā)射端進行功率設置，例如降低某個臨近臺站的發(fā)射功率，使覆蓋交疊區(qū)內(nèi)不同臺站信號強度相差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，利用臨近建筑物遮擋屏蔽掉其中一方或多方的同頻信號。

通過同頻干擾分析可知，在實際網(wǎng)絡組建前，可以通過仿真覆蓋軟件模擬網(wǎng)絡覆蓋效果和同頻干擾效果，當網(wǎng)絡中出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，即通過技術手段進行優(yōu)化方案設計，避免運營商完成網(wǎng)絡組建后在用戶端出現(xiàn)接收不良的現(xiàn)象，影響網(wǎng)絡覆蓋及實際運營效果。下面舉例說明通過仿真軟件進行網(wǎng)絡優(yōu)化設計。

3)優(yōu)化方案仿真

(1)調(diào)整時延差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，下面通過改變技術參數(shù)，通過仿真規(guī)劃軟件進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。設發(fā)射臺站間距為R2(R2=20 km)，優(yōu)化后系統(tǒng)技術參數(shù)如表4所示。

表4優(yōu)化后發(fā)射臺站技術參數(shù)表1

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺站1發(fā)射臺站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度(m)5050發(fā)射天線相對高度(m)200200發(fā)射機輸出功率(W)10001000發(fā)射天線增益(dBd)10.510.5饋線損耗11天線場型全向天線全向天線靜態(tài)時延(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強51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護率15dB

圖6　發(fā)射臺間距為R2時優(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)射臺站1和發(fā)射臺站2在設定技術參數(shù)下調(diào)整時延后的同頻干擾場強分布圖。圖中結果說明在兩個發(fā)射臺站的覆蓋區(qū)域內(nèi)并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象，說明在臺站臺站間距R2(R2=20 km)超過PN序列長度要求(16.7 km)的臺站間距時，可以通過設置發(fā)射臺站的時延，來消除兩臺站的同頻干擾現(xiàn)象。

圖7　發(fā)射臺間距為R2時優(yōu)化后同頻干擾場強分布圖

(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，下面通過改變技術參數(shù)，通過仿真規(guī)劃軟件進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。設發(fā)射臺站間距為R2(R2=20 km)，優(yōu)化后系統(tǒng)技術參數(shù)如表5所示。

如圖8所示，為仿真試算軟件模擬發(fā)射臺站1和發(fā)射臺站2在設定技術參數(shù)下調(diào)整發(fā)射臺站1發(fā)射功率的覆蓋效果圖，不同灰度代表該點不同的接收場強，

表5優(yōu)化后發(fā)射臺站技術參數(shù)表2

參數(shù)12發(fā)射塔名稱發(fā)射臺站1發(fā)射臺站2發(fā)射系統(tǒng)海拔高度(m)5050發(fā)射天線相對高度(m)100100發(fā)射機輸出功率(W)5001000發(fā)射天線增益(dBd)10.510.5饋線損耗11天線場型全向天線全向天線靜態(tài)時延(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強51dBμV/mC/N接收門限15dB同頻干擾保護率15dB

圖8　發(fā)射臺間距為R2時優(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)射臺站1和發(fā)射臺站2在設定技術參數(shù)下調(diào)整發(fā)射臺站1的發(fā)射功率的同頻干擾場強分布圖。圖上結果說明在兩個發(fā)射臺站的覆蓋區(qū)域內(nèi)并未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象，說明在臺站臺站間距R2(R2=20 km)超過PN序列長度要求(16.7 km)的臺站間距時，可以通過設置發(fā)射臺站的時延，來消除兩臺站的同頻干擾現(xiàn)象。

圖9　發(fā)射臺間距為R2時優(yōu)化后同頻干擾場強分布圖

4)小結

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)當臺站間距R1在PN序列長度要求之內(nèi)，未產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象；

(2)當臺站間距R2超出PN序列長度范圍，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)整臺站的靜態(tài)時延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，因此在實際工程建設中較少使用該優(yōu)化方案。

3　結束語

本文中的理論仿真分析，接收門限以理論推導值為標準，在實際的應用中可以根據(jù)現(xiàn)場使用的接收機，實測接收門限值，進行與實際效果更為貼切的仿真規(guī)劃和方案設計。在實際的網(wǎng)絡組建時，往往不局限于兩個發(fā)射臺站，因此網(wǎng)絡的復雜程度更高，可選的優(yōu)化方式更多，例如：臺站建設順序、臺站建設地址、天線下傾角度、天線極化方式等多種手段結合使用達到網(wǎng)絡覆蓋效果最優(yōu)。

本文通過理論結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)絡規(guī)劃設計提供參考價值。

[1]GB 20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調(diào)制標準[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)字廣播信道幀結構、信道編碼和調(diào)制[S]. 2013.

[3]國際電信聯(lián)盟. 30MHz到3000MHz頻率范圍內(nèi)地面業(yè)務點到面的預測方法[R]. [S.l.]：ITU，2001.

責任編輯：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，2016，40(10)：137-141.

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