地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設計及實踐

欒柱 徐亮

【摘要】文章以地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設計及實踐為研究對象，首先對地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)特點進行了簡單的介紹，隨后從多個層面入手，分析了地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設計內(nèi)容，以供參考。

【關(guān)鍵詞】地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng);工程設計;實踐

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.16.014

如今伴隨著科學信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化已經(jīng)是廣播電視未來發(fā)展的必然趨勢。我國當前已經(jīng)開始廣播電視數(shù)字化進程，無論是在模擬電視向數(shù)字電視的過渡時期，還是在未來廣播電視的全數(shù)字化時期，在廣播電視頻段內(nèi)科學合理規(guī)劃國家頻率資源都是一項影響深遠的系統(tǒng)工程。為達到這一目標，必須要加強地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)工程設計，這對推動我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展也有著重要的意義。

1. 地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)特點

相較于以往的模擬電視，地面數(shù)字電視最顯著的特點便是能夠組建單頻網(wǎng)：在大區(qū)域范圍內(nèi)，針對同一個頻率，可實現(xiàn)相同節(jié)目覆蓋，提升頻率資源利用率。除此之外，針對大區(qū)域移動接收等新業(yè)務的應用，地面電視同樣能夠提供網(wǎng)絡平臺。另一方面，在地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)中，還融入了數(shù)字化技術(shù)，因此能夠提供高、標清電視、數(shù)據(jù)推送等豐富的業(yè)務內(nèi)容，同時業(yè)務應用模式也更加多樣，包括移動接收、便攜接收等模式。當前，伴隨著電視業(yè)務內(nèi)容和應用的發(fā)展，針對地面數(shù)字電視頻率資源也提出了更多的需求，僅僅憑借當下的地面數(shù)字電視頻率規(guī)劃方法和頻率指配狀況，已經(jīng)難以滿足未來地面數(shù)字電視發(fā)展的需求。特別是隨著地面模擬電視逐步關(guān)閉，數(shù)字電視傳輸逐步邁入全數(shù)字化階段，因此更需要通過加強地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的設計與建設，才能推動地面數(shù)字電視實現(xiàn)更為廣泛的普及與應用，為廣大人民群眾帶來更好的觀看體驗。

2. 地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設計及實踐分析

2.1 數(shù)字電視發(fā)射機功率配置

在當下數(shù)字化時代背景下，廣播電視發(fā)射功率高低，將會對覆蓋區(qū)域大小帶來直接的影響。但對數(shù)字電視信號而言，在實際傳播時，由于存在峭壁效應，因此發(fā)射功率并不是唯一一個影響覆蓋效果的因素，比如發(fā)射機自身性能指標等，也會對覆蓋效果帶來重要的影響。因此在實際進行地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的工程設計時，合理選擇發(fā)射機參數(shù)也非常重要。例如在不同發(fā)射機不同工作模式之下，如單/多載波工作模式、交織模式等，發(fā)射機實際接收方式也有一定的差異性。系統(tǒng)接收載噪比門限要求也各不相同，最終對接收效果帶來較大的影響。另一方面，在覆蓋區(qū)域內(nèi)，還會受到地形地貌以及建筑物遮擋的干擾，從而也會對發(fā)射功率配置帶來一定的影響。如果在覆蓋區(qū)域內(nèi)，地形比較開闊，發(fā)射點相對發(fā)射高度較高，在設計配置發(fā)射機功率時，可選擇單點合適功率全覆蓋方式。這種方式能夠有效滿足市縣級中心區(qū)域覆蓋;反之，如果在覆蓋區(qū)域內(nèi)，地形比較復雜，存在很多建筑地形遮擋的陰影區(qū)，在設計配置發(fā)射機功率時，應采用組建小功率單頻網(wǎng)覆蓋方式。通過結(jié)合不同情況，合理選擇相應配置方式，即可最大程度上實現(xiàn)全區(qū)域覆蓋，針對個別覆蓋盲點，可先采用直放站方式，后續(xù)完成后續(xù)補點優(yōu)化工作即可。

2.2 信號源傳輸和接引系統(tǒng)配置要求

對地面數(shù)字廣播節(jié)目信號來說，在經(jīng)信源編碼進行壓縮、復用處理后，通常會形成MTPS流。如果要進行單頻網(wǎng)的組建，還應通過單頻網(wǎng)適配器的幫助下，插入頻率和時間基準信號SIP包，如此一來，可將MTPS轉(zhuǎn)化為SIP—T單頻網(wǎng)傳送流。而對MPEG數(shù)字電視信號傳輸而言，無論從播控中心至發(fā)射臺，或者從主發(fā)射臺至各SFN發(fā)射機，均能夠應用獨立光纖，也可以借助數(shù)字微波和衛(wèi)星傳輸方式，在嚴格遵循PDH、SDH、ATM等網(wǎng)絡傳輸標準之下，完成數(shù)字電視信號傳輸。在實際進行SFN網(wǎng)組建過程中，要求TS流信號在不同傳輸方式下，均能達到100%透明傳輸，在這一過程中，TS流的P/D值與PCR值均不能改變，空包也不能進行增刪操作，在中途，禁止復用其他數(shù)據(jù)流，在傳送至各發(fā)射點時，最大時間差應控制在1s以內(nèi)。總而言之，針對輸入單頻網(wǎng)內(nèi)各發(fā)射機激勵器的SIP—TS，要求同時、同步、同頻發(fā)射。

在實際進行信號源傳輸和接引系統(tǒng)配置過程中，一般會優(yōu)先選擇獨立單模光纖傳輸方式，其中對光端機而言，應支持多種信號格式傳輸方式，比如SDI信號格式、DVB/ASI信號格式等。另一方面，在采用SDH數(shù)字微波進行TS流傳輸時，除了要合理選擇網(wǎng)絡適配器，實現(xiàn)透明傳輸以外，還應嚴格遵循GB/T19263--2003規(guī)范要求，尤其是在數(shù)字微波傳輸過程中，針對產(chǎn)生的時鐘抖動，應及時進行校正，從而保證系統(tǒng)始終處于同步狀態(tài)。

2.3 數(shù)字發(fā)射天線和饋線系統(tǒng)配置

針對當下的數(shù)字發(fā)射天線而言，主要包含兩種類型，一是縫隙天線，二是偶極板天線。對前者而言，本身有著較高的增益，實際安裝也比較方便，但僅有水平極化這種單一方式，天線方向圖無法自由調(diào)整，并且無法滿足多個頻道共同使用。而在組建單頻網(wǎng)時，也會對覆蓋區(qū)域的調(diào)整帶來不便。因此這種天線比較適用于高山（高塔）單點發(fā)射、遠距離固定接收等場景。而對后者而言，本身的增益相對較低，但能夠滿足多個頻道共同使用，在更換功分器分支電纜后，還能夠?qū)崿F(xiàn)天線方向的調(diào)整，并且也能夠調(diào)整信號覆蓋區(qū)域大小。因此非常適合在單頻網(wǎng)組網(wǎng)場景之中應用。

而對地面數(shù)字電視廣播而言，在實際設計時，保證區(qū)域內(nèi)信號均勻覆蓋非常重要，因此在實際選擇發(fā)射天線時，應以實際的服務區(qū)域地形地貌特點為依據(jù)，并結(jié)合實際的移動/固定接收業(yè)務需要，合理選擇發(fā)射天線類型，并能夠?qū)Ψ较驁D進行科學定制。通常情況下，在進行新數(shù)字發(fā)射天線安裝的過程中，可優(yōu)先選擇4層以內(nèi)的垂直極化偶極板天線。從具體實踐來看，采用垂直極化偶極板天線進行信號發(fā)射，而在接收端，則采用結(jié)構(gòu)簡單的垂直極化接收地鞭狀車載吸盤天線，相較于其他組合，這種組合方式有著更好的移動/固定接收效果。

而對饋線來說，在當下，正式投入使用主要有以下兩種，一是1-5/8饋線，二是3-1/8饋線。對前者來說，本身有著較大的損耗，承受功率也比較小，但是整體投入使用的成本比較低;而對后者來說，本身的損耗比較小，能夠承受比較大的功率，但整體投入使用的成本比較高。對地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的而言，數(shù)字功率本身的峰均比一般比較高，針對饋線及相關(guān)附屬設備，比如同軸開關(guān)、雙工器等，實際的功率容限需保留模擬功率5至6倍左右，才能發(fā)揮出更好的效果。因此在實際選擇時，應充分考慮饋線實際長度與實際功率，再合理進行選擇。通常情況下，如果數(shù)字功率低于1.5kW，饋線長度小于100m，可采用l一5/8饋線，如果數(shù)字功率在2.5～5.0kW左右，饋線長度在100m以上，適合選擇3-1/8饋線。除此之外，在滿足功率容限情況下，應優(yōu)先選擇衰減小于駐波比VSWR在1.1以內(nèi)的饋線。

在原本發(fā)射臺模擬用天饋系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在融入新數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)時，可采用以下三種方案：

（1）針對當下的UHF電視發(fā)射天饋系統(tǒng)，如果帶寬和功率容量均滿足新增數(shù)字系統(tǒng)要求，可采用多工器，共用當前的電視發(fā)射天饋系統(tǒng)，能夠降低自身改造的成本。

（2）若以當下的UHF電視發(fā)射天饋系統(tǒng)帶寬與功率容量，不符合新增數(shù)字系統(tǒng)要求，而且在桅桿段，沒有空閑位置再安裝新數(shù)字發(fā)射天線時，可采用寬帶天線直接更換掉窄帶天線。

（3）如果在發(fā)射塔桅桿中，存在空閑天線位置，可獨立安裝新的數(shù)字發(fā)射用垂直極化UHF天線，能夠起到更好的效果。

2.4 監(jiān)測系統(tǒng)配置

針對于臺站監(jiān)測監(jiān)控，本身有著較高的要求，在實際監(jiān)控時，除了要關(guān)注發(fā)射設備的工作狀態(tài)，同時還要考慮門禁、機房環(huán)境等多種因素。一般情況下，在數(shù)字電視發(fā)射機之中，均配置有很多通信接口，比如RS-485、RS一232等，然后在相應軟件的支持下，實現(xiàn)本地監(jiān)測監(jiān)控。另一方面，還可以在SFN的SIP包的幫助下，借助相應信息，實現(xiàn)對全網(wǎng)各發(fā)射機集中遠程監(jiān)測監(jiān)控。伴隨著地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的發(fā)展，在未來，還要建立覆蓋網(wǎng)絡射頻監(jiān)測系統(tǒng)，從而讓監(jiān)測范圍從信源一直覆蓋直至接收端，實現(xiàn)全過程的監(jiān)測，滿足多樣化的監(jiān)測功能。比如針對數(shù)字發(fā)射機，需要實時預設、調(diào)整、記錄、查詢等，同時還需要定時控制開關(guān)機，實時顯示真實的工作模式、修改功率設置等。

2.5 供配電系統(tǒng)配置

針對普通的數(shù)字電視發(fā)射機，自身的工作運行效率一般在15%至20%之間。以3/5kW數(shù)字發(fā)射機而言，實際運行的能耗為20/25kVA，如果需要考慮空調(diào)照明燈，還應適當?shù)卦黾优潆娙萘?，選擇30/40kVA為宜。因此在實際進行地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的供電系統(tǒng)配置時，還應考慮到發(fā)射塔配電總?cè)萘考叭哂嗲闆r。如果在新增數(shù)字發(fā)射設備后，實際供電無法滿足需要，那么在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)之上，還需要進一步升級擴容;在這一過程中，還需要考慮諸多的問題，比如是否需要雙路電源進行供電，是否全面的保障動力三相平衡，是否需要進行電力穩(wěn)壓器的配置等。通常情況下，要從總動力柜獨立開關(guān)入手，順利引出i相電，外配本機配電箱，從而滿足新增數(shù)字發(fā)生設備的用電需求。如果是在南方，還應考慮多雷電天氣，因此供配電系統(tǒng)還應加強高強度的防雷配置，在一些關(guān)鍵系統(tǒng)位置處，比如功放音箱供電的開關(guān)電源等，需要進行專用避雷器的配置，從而保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

3. 總結(jié)

綜上所述，地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)設計實踐是一項較為系統(tǒng)復雜的過程中，首先我們需要對該系統(tǒng)特點進行深入地了解，在此基礎(chǔ)上，還應立足系統(tǒng)多個部分，明確其需要，并做好科學合理的設計配置，從而更好地推動地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，從根本上提高電視廣播質(zhì)量水平，帶給廣大觀眾更好地觀看體驗。

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