地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)及傳輸覆蓋研究

羅輔林，曾中元，羅 涓

（1.岳陽電視轉(zhuǎn)播臺，湖南 岳陽 414000；2.湖南省第五工程有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

2019年初，湖南省廣播電視局啟動省級廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程建設(shè)工作，于2021年12月完成省級廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程整體竣工驗收，為全省14個市、州共100座縣級以上廣播電視發(fā)射臺站采購大、中功率地面數(shù)字電視發(fā)射機和相應(yīng)附屬設(shè)備設(shè)施，通過單頻網(wǎng)技術(shù)路線，實現(xiàn)全網(wǎng)100座任務(wù)臺站的協(xié)調(diào)同步發(fā)射金鷹卡通、湖南教育電視臺等5套省級電視節(jié)目的建設(shè)目標。工程分別于2019年、2020年完成一期60座、二期40座任務(wù)臺站發(fā)射系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)、單頻網(wǎng)延時校正系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、傳輸鏈路及節(jié)目總前端等建設(shè)，目前全網(wǎng)實現(xiàn)正常運行。本文以岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)及傳輸覆蓋為案例展開探討，為其他地區(qū)開展地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)及傳輸覆蓋工程提供參考建議。

1 地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)

1.1 地面數(shù)字電視廣播

我國數(shù)字電視廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）傳輸技術(shù)標準《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》（GB 20600—2006）頒布于2006年，規(guī)定了UHF和VHF頻段數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)信號的幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制方式[1]。國際地面數(shù)字電視標準傳輸經(jīng)歷了美國1995年的先進電視制式委員會標準（Advanced Television System Committee，ATSC），歐洲1997年的數(shù)字視頻廣播標準（Digital Video Broadcasting，DVB-t），日本1999年的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播標準（Integrated Services Digital Broadcasting，ISDB-t）[2]。與美國、歐洲、日本等數(shù)字電視標準相比，我國的DTMB標準有顯著優(yōu)點，如與絕對時間同步的分層幀結(jié)構(gòu)，ldpc編碼技術(shù)降低接收門限，特殊設(shè)計的時域序列作為幀頭，調(diào)制方式采用單載波﹠正交頻分復(fù)用，編碼采用ldpc+bch，支持32.486 Mb·s-1凈載荷數(shù)據(jù)傳輸率，SDTV及HDTV傳輸，支持單頻組網(wǎng)和多頻組網(wǎng)等。我國數(shù)字電視廣播（DTMB）作為第四個數(shù)字電視國際標準，使得電視頻道的傳送效率大幅度提升，每個頻道能傳輸9～12套標清節(jié)目或1～2套高清節(jié)目，抗干擾能力強，傳輸安全可靠，抗鄰頻干擾能力突出。當(dāng)前，我國地面數(shù)字電視廣播主要采用單頻網(wǎng)組網(wǎng)模式。截至2020年12月，我國地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)全面建成，我國已全面進入數(shù)字電視時代。

1.2 單頻網(wǎng)

單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，SFN）是地面數(shù)字電視廣播的主要組網(wǎng)模式，由多個不同地點和同步狀態(tài)的發(fā)射機組成。各個發(fā)射機以相同頻率、相同時刻、相同已調(diào)射頻信號實現(xiàn)特定服務(wù)區(qū)的可靠覆蓋。單頻網(wǎng)技術(shù)具有節(jié)省頻率資源、大范圍無線覆蓋等優(yōu)勢，在實現(xiàn)對特定服務(wù)區(qū)域可靠覆蓋時需要滿足頻率同步、比特同步、時間同步等要求。地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)發(fā)射機要保持同步發(fā)射，這就要求保證發(fā)射機頻率精準一致。單頻網(wǎng)發(fā)射機要嚴格控制發(fā)射時間，確保單頻網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)域延時在控制范圍，從而達到特定區(qū)域的穩(wěn)定覆蓋。單頻網(wǎng)所有發(fā)射機對發(fā)射信號進行數(shù)字調(diào)制，確保信號逐比特一致。單頻網(wǎng)具有先進性、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等優(yōu)勢，可提高頻譜利用率，覆蓋面積范圍大且均勻，滿足電磁環(huán)境保護標準，可避免對其他無線電業(yè)務(wù)造成干擾。地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)由單頻網(wǎng)適配系統(tǒng)、單頻網(wǎng)節(jié)目分配系統(tǒng)、單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)三部分組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。單頻網(wǎng)適配系統(tǒng)由單頻網(wǎng)適配器、單頻網(wǎng)授時接收設(shè)備組成，單頻網(wǎng)節(jié)目分配系統(tǒng)由發(fā)送端網(wǎng)絡(luò)適配器、接收端網(wǎng)絡(luò)適配器、TS流信號分配網(wǎng)絡(luò)組成，單頻網(wǎng)發(fā)射系統(tǒng)由發(fā)射機、單頻網(wǎng)授時接收設(shè)備組成[3-5]。

圖1 單頻網(wǎng)結(jié)構(gòu)

2 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)及傳輸覆蓋情況

2.1 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播現(xiàn)狀

岳陽電視轉(zhuǎn)播臺是湖南省廣播電視骨干高山發(fā)射臺，有達摩嶺基站和金鶚山基站兩個基站，承擔(dān)中央、省、市地面數(shù)字電視發(fā)射及中央、省、市調(diào)頻廣播的轉(zhuǎn)播任務(wù)以及省微波干線的傳輸任務(wù)。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播傳輸覆蓋系統(tǒng)采用的是成都德芯數(shù)字科技股份有限公司中央廣播電視節(jié)目備份與省市縣節(jié)目共傳方案，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。采用AVS+專用衛(wèi)星接收機將衛(wèi)星節(jié)目信號接收解調(diào)后輸出TS流進切換器，進行主備切換。切換后的TS流送入地面數(shù)字電視廣播激勵器和數(shù)字發(fā)射機進行發(fā)射。本地節(jié)目通過AVS+編碼器進行編碼，經(jīng)過復(fù)用器打包編輯輸出TS流到ASI碼流切換器進行主備切換，最后送入地面數(shù)字電視廣播激勵器和數(shù)字發(fā)射機進行發(fā)射。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺基站共兩個頻道即20頻道（中心頻率530 MHz）、28頻道（中心頻率634 MHz）。通過使用AVS+專業(yè)衛(wèi)星綜合解碼器接收中星6A衛(wèi)星傳送的中一、中七兩路數(shù)字節(jié)目流并利用湖南省微波總站數(shù)字微波干線傳送的湖南省臺AVS+節(jié)目流進行復(fù)用，分別送至發(fā)射機進行發(fā)射。采用德芯科技（1 kW）UHF地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機，支持單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)組網(wǎng)方式，支持單載波和多載波模式，提供470～700 MHz全頻段帶寬內(nèi)任意8 MHz可設(shè)，采用高增益、高線性、LDMOS功放模塊，設(shè)備具有自動增益控制（Automatic Gain Control，AGC）功能，可保持發(fā)射機恒定功率輸出，保證發(fā)射機的穩(wěn)定可靠和優(yōu)越性能[6-7]。

圖2 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播傳輸覆蓋系統(tǒng)

2.2 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)改造優(yōu)化

2.2.1 單頻網(wǎng)臺站頻率指標分配

岳陽電視轉(zhuǎn)播臺是湖南省廣播電視局廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程子基站，達摩嶺基站和金鶚山基站是湖南省廣播電視骨干高山發(fā)射臺。2021年3月，《全國地面數(shù)字電視700兆赫頻率遷移項目 湖南省技術(shù)方案設(shè)計》發(fā)布，至今，湖南省全省已完成頻率遷移工作。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺達摩嶺基站和金鶚山基站的頻率指配方案（如表1所示）目前已完成。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺存儲及管理臺站技術(shù)資料，配置單頻網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備，確保單頻網(wǎng)系統(tǒng)正常運行和安全播出，對單頻網(wǎng)進行優(yōu)化調(diào)整，確保在重疊覆蓋區(qū)內(nèi)將相互干擾優(yōu)化調(diào)整至最小。

表1 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺達摩嶺基站、金鶚山基站頻率指配方案

2.2.2 信號源傳送方案

岳陽電視轉(zhuǎn)播臺達摩嶺分臺現(xiàn)采用數(shù)字微波、移動光纖及衛(wèi)星作為節(jié)傳方式，為微波省干網(wǎng)中繼站，本地節(jié)目通過光纜傳送。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺金鶚山分臺現(xiàn)用光纜及衛(wèi)星作為節(jié)傳方式，中央及省衛(wèi)視節(jié)目主要通過衛(wèi)星方式傳送，本地節(jié)目通過光纜傳送。岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)落地后，達摩嶺基站、金鶚山基站的信號源傳輸方式有以下幾種：第一，采用“衛(wèi)星接收方式”用于中央電視節(jié)目主信號傳送鏈路（達摩嶺基站、金鶚山基站）；第二，采用“有線光纜傳輸方式”作為湖南省及本地電視節(jié)目主信號傳送鏈路（達摩嶺基站、金鶚山基站）；第三，采用“數(shù)字微波傳輸方式”作為湖南省及本地電視節(jié)目主信號傳送鏈路，以及中央電視節(jié)目備用傳輸鏈路（達摩嶺基站）；第四，采用“衛(wèi)星接收方式”用于中央廣播節(jié)目主備信號傳送鏈路（達摩嶺基站）；第五，采用“差轉(zhuǎn)方式”作為中央電視節(jié)目、湖南省節(jié)目備用信號傳送鏈路（金鶚山基站-差轉(zhuǎn)信號為達摩嶺發(fā)射臺信號）[8-9]。

2.2.3 天饋改造方案

天饋系統(tǒng)改造遵循“先利舊后新增”的原則，天線安裝位置根據(jù)天塔實際情況選定，如表2所示。金鶚山分臺原DS-44、DS-48與DS-19三頻道共用四層偶極板天線，根據(jù)頻率指配方案，DS-44調(diào)整為DS-20，DS-48調(diào)整為DS-28。達摩嶺分臺原DS-28、DS-48與DS-19三頻道共用六層偶極板天線，根據(jù)頻率指配方案，DS-28調(diào)整為DS-20，DS-48調(diào)整為DS-28。原天線帶寬滿足調(diào)整要求，天線和主饋線可以利舊，多工器需要更換，相應(yīng)增加硬饋、彎頭、連接件等配套設(shè)備。改頻后，需要對天饋線系統(tǒng)指標進行測試。測試后如不滿足新頻道發(fā)射要求的，需要對天饋線系統(tǒng)進行整體調(diào)整，調(diào)整后的天線指標應(yīng)滿足新頻道的發(fā)射要求[10-11]。

表2 岳陽電視轉(zhuǎn)播臺達摩嶺基站、金鶚山基站天饋改造方案

2.2.4 發(fā)射機系統(tǒng)

岳陽電視轉(zhuǎn)播臺達摩嶺基站和金鶚山基站地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)過程中，發(fā)射機系統(tǒng)改造是重點工作，改造方案如表3所示。改造過程中堅持使用國產(chǎn)數(shù)字電視發(fā)射機，根據(jù)實際情況新購或改頻、改造為國產(chǎn)單頻網(wǎng)數(shù)字電視發(fā)射機，如現(xiàn)狀為多頻網(wǎng)發(fā)射機，需進行單頻網(wǎng)改造處理。新購單頻網(wǎng)數(shù)字電視發(fā)射機含雙激勵器、GPS/北斗雙模授時器。

表3 金鶚山、達摩嶺基站發(fā)射機系統(tǒng)現(xiàn)狀及改造方案

3 結(jié) 語

岳陽電視轉(zhuǎn)播臺已完成地面數(shù)字電視700 MHz頻率遷移工作，達摩嶺基站和金鶚山基站作為湖南省廣播電視骨干高山發(fā)射臺，通過單頻網(wǎng)臺站頻率指標分配、信號源傳送方案優(yōu)化、天饋改造方案、發(fā)射機系統(tǒng)改造等針對性措施，對基站單頻網(wǎng)傳輸覆蓋工程進行優(yōu)化，有助于進一步提升岳陽電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視的覆蓋質(zhì)量和服務(wù)水平。