- 相關推薦
地面數字電視標準單頻網技術分析論文
摘要：數字電視以SFN覆蓋為主，相對于多頻網，SFN不但具有技術優勢、傳輸質量優勢，同時能夠利用同一RF頻道播送多套電視節目，可以高效利用頻譜資源，對于多頻網中被禁用的部分頻道，SFN可以重新啟用，這有助于增加地面電視的可用頻率范圍及頻道數量。本文探討了SFN技術的傳輸標準與結構，并結合數字電視網絡建設實例，說明了SFN的應用方法、覆蓋效果。
關鍵詞：單頻網；數字電視；地面電視；應用
數字電視以數字信號傳輸信息，可以減少信號損失及改善接收效果，收視過程無重影、無噪聲，且圖像清晰，建設數字電視覆蓋網絡可以為用戶提供質量更高的公共信息傳輸服務。我國內地的城市居民多利用有線電視傳輸網絡接收數字電視，對于有線電視傳輸網絡無法通達的鄉村地區及城郊地區，具有移動接收及簡單接收能力的地面數字電視成為了發展主流。為了促進地面電視實現良性發展，應合理規劃網絡覆蓋模式。目前地面無線數字電視的常用覆蓋模式為單頻網（SFN）技術，本文研究了標準SFN技術在地面數字電視中的應用問題，以優化地面電視組網技術以及傳輸網絡。
1傳輸標準與SFN結構
地面數字電視信號傳輸標準包括DTMB、ATSC、ISDB-T及DVB-T，其中DTMB標準技術特點鮮明，幀結構單位為整秒，能夠確保SFN實現同步，組網設備相對簡單、成本低，可以支持多媒體廣播業務、高清電視業務，且具有擴展性強、兼容性好等優勢，可強化覆蓋網的拓展性與實用性，因此地面電視的SFN覆蓋網多以DTMB為傳輸標準。SFN系統包括調制器、GPS接收機及適配器等，SFN系統結構如圖1所示。SFN系統中的激勵器主控通信，可調制信道編碼及實現故障報警，同時需要支持整個SFN系統完成比特、時間及頻率同步。SFN系統可在TS流中插入SIP包，向發射機傳輸TS流，激勵器可解析TS碼流及處理SIP包信息，在不改變PCR的基礎上實現比特同步。激勵器還能夠連接不同的前端設備與分配鏈路，以1μs精度作為參考，在GPS中提取1PPS、10MHz的標準時間及標準頻率，從而實現時間同步；頻率同步的調制方式為TDS-OFDM，在調制狀態下發射機的信號頻率應相同，以利用激勵器調整變頻本振，使不同發射機的GPS時鐘與10MHz參考源實現同步。SIP包是確保SFN實現同步覆蓋的重要構成部分，間隔時間為1s，如間隔＞1s，可能會導致激勵器失步，抖動為±100ns；如超出標準抖動范圍，極有可能導致激勵器重啟，全包抖動也為±100ns，在超出標準抖動范圍時可導致網絡延遲。SIP包由填充字節、功率控制、頻偏設置、調整延時、廣播尋址、最大延時、SI-SIP及SIP頭構成。
2SFN技術的應用
2.1工程概況
某區廣電局在早期安裝了發射機，安裝位置為廣電大樓，發射機工作頻率為2000W，工作模式為DTMB單載波，單載波的傳輸速率為25.989Mbps，LDPC編碼效率為0.8，星座映射為32QAM，幀頭格式為PN595，載波模式C=1；發射機的發射頻點共為8個，發射頻率在642~759MHz之間，可傳送的數字電視為62套，采用四偶極子天線，天線處于垂直極化狀態，可實現四層四面發射，發射塔與廣電大樓的總高度為127m，發射點的實際海拔為73m。經測試證實發射系統的覆蓋半徑為32~50km，由于覆蓋半徑廣及信號接收效果好，該系統在早期迅速發展了大量用戶。另一方面，由于近年來該區的市政規劃發生重大變化，發射塔附近、市區內建設了大量高層建筑，密集的高層建筑阻擋了無線信號，導致覆蓋范圍縮小，且覆蓋區內的信號質量變差。為了保證信號電平強度達到要求，并擴大地面電視信號覆蓋范圍，該區廣電局決定在高山上另建發射站，并組建SFN覆蓋網。
2.2調制參數與數字頻率
在建設SFN時需要確保固定覆蓋與移動覆蓋實現兼容，采用總局推薦的調制模式，將FEC碼率調整為9.629Mbps，信號幀長為4725個符號，FEC選用0.4，設臺最大距離為23.6km。幀頭長度取78.7μs，信號電平最小值為-84dBm，C/N為12.9dB，交織720。在規劃數字頻率時充分利用了空閑頻道，以減少頻道干擾問題，同時對部分頻道，包括公共新聞、文體、經濟及影視頻道等進行打包復用，以確保數字頻率符合模數同播原則。為傳輸高清電視節目，應保證SFN系統中應用的編碼器支持DRA標準及AVS標準，考慮到需要傳輸體育類及其他動態類節目，將節目的帶寬調整至1.5Mbps左右，盡量避免帶寬＜1.0Mbps。在規劃數字頻率時還要求每個頻道傳輸的電視節目≥6套，EPC占用的帶寬應控制在0.3kbps左右，同時利用剩余帶寬傳輸部分廣播節目。為了降低SFN組建難度，采用了循序漸進式建網及覆蓋方法，先完成骨干臺的選點及覆蓋工作，確保骨干臺實現大功率、多點覆蓋，在測算發射臺覆蓋范圍時依據CCIR曲線圖。曲線圖的繪制基準為1kW發射功率、4m接收天線，天線增益10dB，發射功率2.5kW，接收場強取45dBμV，門限值為30dBμV。
2.3發射系統與信號接收
建網時采用了DTMB1kW型數字發射機，發射機的頻率為475~807MHz，其構成部分包括控制單元、耦合器、合成器、放大器、分配器及激勵器，將功率較大的BLF888A型管作為末級功放。末級功放的設計原則為模塊化、寬頻帶及超線性，可實現熱插拔，因此可以降低發射機的安裝及維護難度。控制模塊可實時監控末級功放與激勵器等相關構件的工作狀態，并將監測數據傳送到信號發射質量監控系統當中。控制模塊的接口協議包括TCP/IP協議及RS485協議，利用上述接口協議不但能夠有效管理發射機工作狀態，同時可以實現遠程監測，發現信號傳輸過程受到干擾時能及時調整SFN系統運行狀態，從而保證SFN系統中的天饋模塊、發射機與激勵器等的技術指標、工作性能達到國家標準。在天線信號接收方面，本系統采用的接收方式包括便攜式接收與固定接收，便攜式接收分為室外接收與室內接收兩種模式。室外便攜接收的條件較為復雜、天線總類繁多，包括公交系統接收及出租車接收等，信號接收效果與高層建筑屏蔽、信號額外損耗有關，天線增益接近0，在部分情況下可造成嵌入天線出現負增益。室內便攜接收主要被用于偏遠地域及有線電視難以覆蓋的區域，一般情況下SFN系統可使天線增益12~15dB。固定接收是常見的天線接收形式，天線具有增益性及特定的方向性，安裝在屋頂上或距地面10m高的區域。由于SFN傳輸環境當中存在多種干擾源，包括多普勒頻移、電磁波及建筑反射干擾等，且系統中存在覆蓋盲區，如隧道、偏遠郊區、地下室及高層建筑陰影區等，為了抑制干擾、減少覆蓋盲區及提高接收天線增益，在部分區域設置了直放站。
2.4SFN覆蓋測試
為了測試SFN的覆蓋效果，在組網工作完成后進行了開路測試，測試的發射站共為三個，臺站的發射功率均為1kW，間距為37.06km、24.56km、21.58km，靜態延時均為0，采用垂直極化方式。在測試的過程中如出現LDPC誤包，則失敗判據為LDPC誤包率，將判決門限定為1%。為減少干擾，在測試時需要適當限制天線場形，同時控制好交疊區內的最長延時，避免延時超過保護間隔。在測試時發現，覆蓋網中的信號重疊區域達到兩個以上，如開啟的發射站達到2個以上，則可以確保接收點場強得到有效提升，但在場強得到提升的同時，無法有效增強接收點C/N或靈敏度。經測試后證實移動接收LDPC>0的區域在覆蓋網中所占的比例約為5%，LDPC=0區域約為95%。電平區間<-80dbm，覆蓋區域為2%；電平區間為-70~-80dbm，覆蓋區域為6%；電平區間為-60~79dbm，覆蓋區域為26%；電平區間為-50~-59dbm，覆蓋區域為48%；電平區間為-40~-49dbm，覆蓋區域為16%；電平區間>-40dBm，覆蓋區域為2%。
3結語
綜上所述，在地面電視系統中應用數字化編制處理技術可以保證信息傳輸過程的可靠性、實時性及快速性，讓用戶能夠收看到清晰的圖像。為了推廣地面數字電視，應重視運用SFN技術。在運用SFN技術時需要嚴格執行國家標準，確保覆蓋網的同步性達到要求。在構建SFN時，應注意做好頻率規劃，充分挖掘頻譜潛力，確保正常播出模擬電視；同時要注意對SFN發射網絡進行優化調整，減少信號輻射、電磁波、覆蓋盲點及覆蓋盲區，進而有效提高覆蓋率。
參考文獻：
[1]李彩偉,張曉林,張展,李鈾,李辰,于志堅.DTMB接收機對單頻網覆蓋地點概率估計的影響研究[J].電視技術,2015,39(11):83-88.
[2]程露,劉斌,李玉環,戚紅霞.基于地面數字電視覆蓋網的農村應急廣播系統設計與實現[J].衛星與網絡,2014(7):72-77.
[3]袁邈桐,葉思成.AES67Livewire+:數字電視音頻網絡傳輸技術發展新趨勢[J].電聲技術,2015,39(12):80-83.
[4]劉世安,陸軍.一種數字電視整機接收性能的自動化測試方法[J].現代電子技術,2014(23):122-125.
[5]蔡維萍,蔡維堅.廣電網絡數字電視系統IP化設計--以江西廣電網絡數字電視系統IP化為例[J].科技創新導報,2015(23):64-66.
[6]魏振鋼,邢靜,林喜軍,劉秀燕.數字電視雙向加密體系結構解決方案[J].中國海洋大學學報（自然科學版）,2014,44(2):112-116.
【地面數字電視標準單頻網技術分析論文】相關文章：
數字電視的技術分析論文10-08
網絡中數字電視技術的實踐分析論文10-11
數字電視發射機技術概況分析論文10-10
有線電視數字電視技術的實踐分析論文10-11
數字電視前端系統分析論文10-10
生豬標準化養殖技術要點分析論文10-09
有線數字電視故障解決路徑分析論文10-10
肉羊養殖技術分析論文10-09
建筑樁基礎技術分析論文10-12
有線數字電視的信息安全論文10-08