地面数字电视单频网建设及应用

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摘要：本文介绍地面数字电视单频网存在优势，详细分析地面数字电视单频网组网原理、组网结构，并对地面数字电视单频网的网络调整优化做出一些阐述,为地面数字电视单频网的建设应用提供一些参考。

关键词：SFN；组网原理；组网结构；网络优化

1地面数字电视单频网简介

地面数字电视单频网（SFN：SingleFrequencyNetwork）技术是指在不同地点相邻的多台发射机以相同的发射频率工作，并在相同的时刻播出相同码流的工作方式，从而构成数字电视广播在较大区域内的无线覆盖网络。地面数字电视单频网与传统模拟电视的多频网（MFN:Multi-FrequencyNetwork）相比有以下有优势：（1）地面数字电视单频网克服了传统模拟无线电视的传输缺陷，抗干扰能力强，接收画质清晰度高，音频效果好，安全可靠性高。（2）地面数字电视单频网信道传输能力强，频道利用率高。一个标准PAL频道（8M）可传输多达8~10套标清数字电视节目。（3）地面数字单频网组网降低发射机设备的成本；通过优化和调整单频网发射网络（基站数量、分布、发射天线高度、发射功率等），使用多个较小功率发射机代替一个超大功率发射机。降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度。（4）地面数字电视单频网业务开展灵活，覆盖效率高。地面数字电视单频网是完善农村广播电视公共服务覆盖体系，加强城市高密度覆盖，全面实现数字电视无线覆盖的理想方案。

2地面数字电视单频网组网结构原理

在地面数字电视单频网中，传送的节目信号首先经过编码复用形成原始的TS流，接着送入到单频网适配器中进行适配，在适配器中，引入GPS信号完成码率适配和秒帧初始化插入形成包含秒帧的初始化包（SIP）的TS码流，通过各种传输分配网络传送打包好的TS码流信号，传送至各个发射机房的发射机适配器，再经发射机的适配器、调制激励器进行时钟同步处理、信道编码、调制输出放大后进行信号发射。数字单频网的结构原理如图1所示。在地面数字电视单频网构建过程中，需要依靠GPS来完成网络发射频率和TS码流的同步。GPS信号主要包括时钟10MHz和秒脉冲1PPS信号，单频网适配器借助10MHz时钟调整TS码流速率，又借助1PPS这一时间基准信号，周期性地向TS码流插入秒帧初始化包SIP（图2）。接收设备的时间同步处理单元根据传送码流中SIP，解析出TS码流的时延信息，结合发射站点的本地的1PPS信号同步TS码流信号后调制发射，以便达到不同站点同步发射信号的目的。

3地面数字单频网组成部分

地面数字电视单频网主要有前端节目信号集成平台、节目信号传送分配网络、基站无线发射系统、系统监测保障、用户接收等5个部分组成。

3.1节目信号集成前端部分

地面数字电视单频网节目信号集成系统主要根据地面数字电视广播特点将节目信号源进行编码、复用处理，码流输出至单频网适配器，同时在单频网适配器中插入用于同步的GPS等信息，最终形成可分配的单频网节目信号传送码流。前端信号集成平台一般放在中央、省级有线电视播控总机房，采集节目内容主要是中央台、省级台上星节目。根据单频网组网频点、传送节目码流的压缩方式，合理地选择组合传送节目套数，一般一个频点能传送8~10套标清节目。节目信号集成平台一般采用主备两路信号，提高传送节目的安全可靠性。节目信号集成平台如图3所示。

3.2节目信号传输分配网络部分

为保证分配到不同站点的用于发射的TS码流信号完全相同，必须要求数字电视单频网节目分配网络透明传输。根据网络传输媒介不同，数字电视单频网节目分配传输网络主要有光纤直传传输、SDH干线网络传输、加扰卫星传送、微波传送等4种基本形式（图4、5、6、7）。4种传输分配方式各有特点，随着光纤网络的普及，SDH网络的日趋完善，目前信号传输分配网络大多采用SDH+光纤直传的分配方式，既经济且传输质量和安全可靠性又高。卫星、微波信号分配传送虽易施工操作，传输质量不错，但由于是空间信号传送，易受天气等其它因素干扰，安全可靠性有待提升。在地面数字电视单频网的建设过程中，应该在充分考虑建设成本、运营维护成本、安全保障成本等因素的基础上，根据实际条件，选择适合本地区的单频网传输分配网络。

3.3无线发射系统部分

来自单频网节目传输分配网络，包含秒帧初始化包的TS流经各发射台的激励器（调制器）进行时钟同步处理，再完成信道编码上变成射频信号进行发射。根据基站单频网覆盖场域面积的要求，设计合理的覆盖方案，调整发射机的输出功率、发射天线的增益和方位等参数。激励器的时间同步调整，主要调节激励器的发射时延，根据接收到的MPEGTS中的SIP包分析时间信息，可以计算出由主站信号到该发射台的码流传输时间，由此时间各发射台可以调整各自的时延，从而达到一起发送信号的目的。在地面数字电视单频网的构建过程中，需要依赖全球定位系统GPS来完成各个发射点信号的同步，也可以由其他时间同步系统提供同步时钟。

3.4系统监测保障部分

地面数字单频网监测保障系统主要包括：提供系统设备实时监控和报警，通过远程可以实时查询设备的工作状态，设备工作状态发生异常情况时，给出报警信号，远程可以控制处理；单频网各基站覆盖片区的信号实时监测与分析；所有覆盖片区站点的监测数据采集汇总，建立准确完善的基站覆盖数据库，以便统一调度、管理，安全可靠的传送地面数字电视单频网信号。

3.5用户接收部分

在地面数字电视广播系统中，室内情况下，一般接收终端正常要求的信号接收场强为：　接收场强Pr=接收门限电平+穿透衰减-接收天线增益假如选择C=3780，16QAM/0.4，帧头为PN945情况下，对于传输中等码率的信号，理论上接收门限电平为-92dBm。对于无线射频信号，根据经验值，穿透一层木板，接收信号将衰减约4dB，经过一堵砖墙，接收信号将衰减8~15dB，经过钢筋混凝土墙，则至少衰减15~30dB；对于室内衰减，假设为15dB。对于一般电视接收天线，其接收增益可设有6dB，这样到达接收点室外的信号场强需要保证有：Pr＞-92dBm+15dB-6dB=-83dBm=25dBμV即对室外覆盖区域场接收场强达到25dBμV以上，室内便能良好接收电视信号，满足覆盖要求。

4地面数字单频网应用优化

地面数字电视单频网建设应用，不仅包含区域内各基层站点的合理分布、建站距离远近、发射功率大小、发射接收方式的选择等，还包含相邻站点重叠覆盖区域（相干区）的调整优化。

4.1“相干区“简介

在地面数字电视单频网覆盖重叠区，当来自不同发射机的信号强度相差一定的量级时，可以忽略弱信号的存在。接收机只识别和接收强信号，不产生信号间的相互干扰。当来自不同发射机的信号强度相差小于一定的量级时，不可忽略弱信号的存在。接收机要同时处理两个或两个以上的信号，这一覆盖区域被称为“相干区”，如图8所示。

4.2“相干区”的调整优化

地面数字电视单频网的“相干区”可能产生信号间的相互干扰，影响用户的正常接收。怎样保证来自不同发射站的电波同时到达“相干区”的中点0dB接收场强差，主要要做好以下两方面。一方面是通过合理的设计和天线调整，控制好覆盖场形。合理的设计包括对覆盖场区的了解、站点的选择、发射功率的确定、天线的配置、场形的控制等。另一方面是激励器在实现网络系统时间同步的基础上，还具有独立时延调整功能。独立时延调整是根据实际测试结果在激励器上人工设置。独立时延调整就是独立调整时延参数，使之与空间参数在相干区内相互匹配（俗称“二次同步”）。如图9所示，已知电波的传播速度为0.3km/us，要想使1#站和中心站的电波同时到达0dB场强点，1#站的激励器需额外延时（13-10）/0.3=10μs；要想使2#站和中心站的电波同时到达0dB场强点，2#站的激励器需额外延时（20-14）/0.3=20μs。

5结束语

地面数字电视单频网工程的建设、推广和普及，极大推动了地面数字电视的发展，丰富了数字电视信号的覆盖手段，提升了人民群众的文化生活水平，是一项普及广播电视、造福人民群众的文化建设工程。

作者:伍得兵 单位:金湖县广播电视台

参考文献:

[1]冯景锋,刘骏,李国松.国家地面数字电视标准单频网技术研究[J].广播与电视技术,2008(6).

[2]肖斌,张义林.数字单频网的设计与实践[J].广电设备与技术,2012(3)