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地面数字电视标准单频网技术分析论文
摘要：数字电视以SFN覆盖为主，相对于多频网，SFN不但具有技术优势、传输质量优势，同时能够利用同一RF频道播送多套电视节目，可以高效利用频谱资源，对于多频网中被禁用的部分频道，SFN可以重新启用，这有助于增加地面电视的可用频率范围及频道数量。本文探讨了SFN技术的传输标准与结构，并结合数字电视网络建设实例，说明了SFN的应用方法、覆盖效果。
关键词：单频网；数字电视；地面电视；应用
数字电视以数字信号传输信息，可以减少信号损失及改善接收效果，收视过程无重影、无噪声，且图像清晰，建设数字电视覆盖网络可以为用户提供质量更高的公共信息传输服务。我国内地的城市居民多利用有线电视传输网络接收数字电视，对于有线电视传输网络无法通达的乡村地区及城郊地区，具有移动接收及简单接收能力的地面数字电视成为了发展主流。为了促进地面电视实现良性发展，应合理规划网络覆盖模式。目前地面无线数字电视的常用覆盖模式为单频网（SFN）技术，本文研究了标准SFN技术在地面数字电视中的应用问题，以优化地面电视组网技术以及传输网络。
1传输标准与SFN结构
地面数字电视信号传输标准包括DTMB、ATSC、ISDB-T及DVB-T，其中DTMB标准技术特点鲜明，帧结构单位为整秒，能够确保SFN实现同步，组网设备相对简单、成本低，可以支持多媒体广播业务、高清电视业务，且具有扩展性强、兼容性好等优势，可强化覆盖网的拓展性与实用性，因此地面电视的SFN覆盖网多以DTMB为传输标准。SFN系统包括调制器、GPS接收机及适配器等，SFN系统结构如图1所示。SFN系统中的激励器主控通信，可调制信道编码及实现故障报警，同时需要支持整个SFN系统完成比特、时间及频率同步。SFN系统可在TS流中插入SIP包，向发射机传输TS流，激励器可解析TS码流及处理SIP包信息，在不改变PCR的基础上实现比特同步。激励器还能够连接不同的前端设备与分配链路，以1μs精度作为参考，在GPS中提取1PPS、10MHz的标准时间及标准频率，从而实现时间同步；频率同步的调制方式为TDS-OFDM，在调制状态下发射机的信号频率应相同，以利用激励器调整变频本振，使不同发射机的GPS时钟与10MHz参考源实现同步。SIP包是确保SFN实现同步覆盖的重要构成部分，间隔时间为1s，如间隔＞1s，可能会导致激励器失步，抖动为±100ns；如超出标准抖动范围，极有可能导致激励器重启，全包抖动也为±100ns，在超出标准抖动范围时可导致网络延迟。SIP包由填充字节、功率控制、频偏设置、调整延时、广播寻址、最大延时、SI-SIP及SIP头构成。
2SFN技术的应用
2.1工程概况
某区广电局在早期安装了发射机，安装位置为广电大楼，发射机工作频率为2000W，工作模式为DTMB单载波，单载波的传输速率为25.989Mbps，LDPC编码效率为0.8，星座映射为32QAM，帧头格式为PN595，载波模式C=1；发射机的发射频点共为8个，发射频率在642~759MHz之间，可传送的数字电视为62套，采用四偶极子天线，天线处于垂直极化状态，可实现四层四面发射，发射塔与广电大楼的总高度为127m，发射点的实际海拔为73m。经测试证实发射系统的覆盖半径为32~50km，由于覆盖半径广及信号接收效果好，该系统在早期迅速发展了大量用户。另一方面，由于近年来该区的市政规划发生重大变化，发射塔附近、市区内建设了大量高层建筑，密集的高层建筑阻挡了无线信号，导致覆盖范围缩小，且覆盖区内的信号质量变差。为了保证信号电平强度达到要求，并扩大地面电视信号覆盖范围，该区广电局决定在高山上另建发射站，并组建SFN覆盖网。
2.2调制参数与数字频率
在建设SFN时需要确保固定覆盖与移动覆盖实现兼容，采用总局推荐的调制模式，将FEC码率调整为9.629Mbps，信号帧长为4725个符号，FEC选用0.4，设台最大距离为23.6km。帧头长度取78.7μs，信号电平最小值为-84dBm，C/N为12.9dB，交织720。在规划数字频率时充分利用了空闲频道，以减少频道干扰问题，同时对部分频道，包括公共新闻、文体、经济及影视频道等进行打包复用，以确保数字频率符合模数同播原则。为传输高清电视节目，应保证SFN系统中应用的编码器支持DRA标准及AVS标准，考虑到需要传输体育类及其他动态类节目，将节目的带宽调整至1.5Mbps左右，尽量避免带宽＜1.0Mbps。在规划数字频率时还要求每个频道传输的电视节目≥6套，EPC占用的带宽应控制在0.3kbps左右，同时利用剩余带宽传输部分广播节目。为了降低SFN组建难度，采用了循序渐进式建网及覆盖方法，先完成骨干台的选点及覆盖工作，确保骨干台实现大功率、多点覆盖，在测算发射台覆盖范围时依据CCIR曲线图。曲线图的绘制基准为1kW发射功率、4m接收天线，天线增益10dB，发射功率2.5kW，接收场强取45dBμV，门限值为30dBμV。
2.3发射系统与信号接收
建网时采用了DTMB1kW型数字发射机，发射机的频率为475~807MHz，其构成部分包括控制单元、耦合器、合成器、放大器、分配器及激励器，将功率较大的BLF888A型管作为末级功放。末级功放的设计原则为模块化、宽频带及超线性，可实现热插拔，因此可以降低发射机的安装及维护难度。控制模块可实时监控末级功放与激励器等相关构件的工作状态，并将监测数据传送到信号发射质量监控系统当中。控制模块的接口协议包括TCP/IP协议及RS485协议，利用上述接口协议不但能够有效管理发射机工作状态，同时可以实现远程监测，发现信号传输过程受到干扰时能及时调整SFN系统运行状态，从而保证SFN系统中的天馈模块、发射机与激励器等的技术指标、工作性能达到国家标准。在天线信号接收方面，本系统采用的接收方式包括便携式接收与固定接收，便携式接收分为室外接收与室内接收两种模式。室外便携接收的条件较为复杂、天线总类繁多，包括公交系统接收及出租车接收等，信号接收效果与高层建筑屏蔽、信号额外损耗有关，天线增益接近0，在部分情况下可造成嵌入天线出现负增益。室内便携接收主要被用于偏远地域及有线电视难以覆盖的区域，一般情况下SFN系统可使天线增益12~15dB。固定接收是常见的天线接收形式，天线具有增益性及特定的方向性，安装在屋顶上或距地面10m高的区域。由于SFN传输环境当中存在多种干扰源，包括多普勒频移、电磁波及建筑反射干扰等，且系统中存在覆盖盲区，如隧道、偏远郊区、地下室及高层建筑阴影区等，为了抑制干扰、减少覆盖盲区及提高接收天线增益，在部分区域设置了直放站。
2.4SFN覆盖测试
为了测试SFN的覆盖效果，在组网工作完成后进行了开路测试，测试的发射站共为三个，台站的发射功率均为1kW，间距为37.06km、24.56km、21.58km，静态延时均为0，采用垂直极化方式。在测试的过程中如出现LDPC误包，则失败判据为LDPC误包率，将判决门限定为1%。为减少干扰，在测试时需要适当限制天线场形，同时控制好交叠区内的最长延时，避免延时超过保护间隔。在测试时发现，覆盖网中的信号重叠区域达到两个以上，如开启的发射站达到2个以上，则可以确保接收点场强得到有效提升，但在场强得到提升的同时，无法有效增强接收点C/N或灵敏度。经测试后证实移动接收LDPC>0的区域在覆盖网中所占的比例约为5%，LDPC=0区域约为95%。电平区间<-80dbm，覆盖区域为2%；电平区间为-70~-80dbm，覆盖区域为6%；电平区间为-60~79dbm，覆盖区域为26%；电平区间为-50~-59dbm，覆盖区域为48%；电平区间为-40~-49dbm，覆盖区域为16%；电平区间>-40dBm，覆盖区域为2%。
3结语
综上所述，在地面电视系统中应用数字化编制处理技术可以保证信息传输过程的可靠性、实时性及快速性，让用户能够收看到清晰的图像。为了推广地面数字电视，应重视运用SFN技术。在运用SFN技术时需要严格执行国家标准，确保覆盖网的同步性达到要求。在构建SFN时，应注意做好频率规划，充分挖掘频谱潜力，确保正常播出模拟电视；同时要注意对SFN发射网络进行优化调整，减少信号辐射、电磁波、覆盖盲点及覆盖盲区，进而有效提高覆盖率。
参考文献：
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