地面数字电视系统中的人为噪声容差研究

张静琦，李薰春

(1.浙江广播电视集团 广播电视传输发射中心，浙江 杭州 310008;2.国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866)

地面数字电视系统中的人为噪声容差研究

张静琦1，李薰春2

(1.浙江广播电视集团 广播电视传输发射中心，浙江 杭州 310008;2.国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866)

分析了我国地面电视频谱使用情况，提出了研究人为噪声的重要性和紧迫性，归纳了地面数字电视系统中的人为噪声容差和最小中值等效场强的计算方法，为我国地面数字电视覆盖网规划计算和将来米波频段的数字化规划提供了技术参考。

地面数字电视系统；人为噪声容差；天线噪声系数

我国的地面电视广播频段可分为两段：一段位于米波频段，简称为VHF，共有12个频道(DS1-DS12)；米波段某些频道的使用受到一定制约，其中3频道在沿海地区与其他业务共用，4频道需要考虑对调频业务的制约影响，5频道已经被调频业务使用。另一段位于分米波频段，简称为UHF，共有36个广播业务专用频道(DS13-DS48)。在经历了“两级办”、“四级办”、各种专项工程(如西新工程、农村广播电视节目无线覆盖工程、中央广播电视节目无线数字化覆盖工程等)对频率资源的反复挖掘和使用后，我国地面电视频率资源已变得非常拥挤。模数过渡期间，由于地面数字电视业务发展及模数同播的需要，需在分米波频段内增加地面高清晰度电视、标准清晰度电视、移动多媒体广播和车载移动电视等数字电视频道。模数过渡后，米波频段的数字化规划也是一个重要研究课题。然而，米波频段与分米波频段相比，受较高的人为噪声电平影响。

人为噪声是指各种电气装置中电流或电压发生急变而形成的电磁辐射。人为噪声的来源包括汽车点火系统、输电线路、开关电源、微波炉和计算机等。潜在的人为噪声源的变化也导致了各种人为的噪声特性，如白噪声、窄带干扰或强脉冲噪声。目前，几乎所有国家的地面广播电视系统都是基于多载波调制，它特别容易受脉冲噪声的影响[1]。

人为噪声容差是地面数字电视系统覆盖规划场强计算重要参数之一，本文对人为噪声容差的计算方法进行研究，给出了地面数字电视系统中人为噪声容差和最小中值等效场强计算方法，对比了人为噪声对电视各频段的影响，为地面数字电视覆盖网规划试算提供了技术参考。

1 人为噪声容差计算方法

人为噪声容差计算公式如下[2]

n=kT0B

(1)

Pa=n+i

(2)

(3)

(4)

Fa=10lgfa

(5)

(7)

(8)

P=pr+n+i

(9)

(10)

(11)

式中：n为热噪声(单位为W)；k为玻尔兹曼常数k=1.38×10-23(J/K)；T0为绝对温度=290 K；B为接收机噪声带宽(单位为Hz)；i为人为噪声功率；Pa为噪声功率和；fa为天线噪声因子；Fa为天线噪声系数；fr为接收机噪声因子；Fr为接收机的噪声系数；P为总功率(单位为W)；Pr为接收机噪声(单位为W)；mmn为人为噪声因子；Pmmn为人为噪声容差。

2 地面数字电视系统人为噪声容差计算

建议书ITU-R P.372给出了天线噪声系数的中值Fa,med与频率的函数关系[3]，如图1所示。图1中A表示城市，B表示住宅区，C表示农村，D表示宁静农村，E表示银河。计算天线噪声系数的公式为

Fa,med=c-dlgf(dB)

(12)

图1 天线噪声系数中值与频率函数关系

对于不同的场景，变量c和d的值如表1所示。

表1 不同场景条件下的变量c和d取值

不同场景条件下的人为噪声偏差范围如表2所示。欧洲在2006—2007年对室外和室内人为噪声进行了测试，结果见表3和表4。日本在2009—2011年的测试结果见表5。

表2 不同场景条件下的人为噪声偏差范围

表3 欧洲室外人为噪声测试结果

表4 欧洲室内人为噪声测试值

表5 日本室外人为噪声测试结果

对于地面数字电视系统，其接收场景主要为城市、住宅区和农村3种，根据式(11)，其典型频率的天线噪声系数Fa,med计算结果见表6。

表6 天线噪声系数中值Fa,med

依据《地面数字电视广播传输系统实施指南(GB/T 26666—2011)》标准，对于波段Ⅰ和Ⅱ，Fr=5dB;对于波段Ⅲ、波段Ⅳ和波段Ⅴ，Fr=7 dB;代表波段Ⅰ/Ⅱ、波段Ⅲ、波段Ⅳ和波段Ⅴ的4种参考频率分别为65 MHz、200 MHz、 500 MHz 和700 MHz。同时，根据公式12，Pmmn即可算出，结果见表7。

表7 不同场景下的人为噪声容差Pmmn

3 地面数字电视系统最小中值等效场强计算

计算地面数字电视系统最小中值等效场强，需要综合考虑人为噪声容差、地点校正、高度损耗、建筑物穿透损耗等诸多因素，根据GB/T 26252《VHF/UHF频段地面数字电视广播频率规划准则》附录A，推导最低中值计算公式为

Pn=Fr+10lg(kT0B)

(13)

Ps,min=(C/N)min+Pn

(14)

Aa(dBm2)=10lg(1.64λ2/4π)+G

(15)

φmin=Ps,min-Aa+Lf

(16)

Emin=φmin+10lg(120π)+120=

φmin+145.8

(17)

地面数字电视系统的最小中值等效场强计算公式如下

Emed=Emin+Pmmn+Cl(室外固定接收)

(18)

Emed=Emin+Pmmn+Cl+Lh(移动接收)

(19)

Emed=Emin+Pmmn+Cl+Lh+Lb(室内固定接收)

(20)

Cl=μ×σt

(21)

(22)

式中：Pn为接收机噪声输入功率(单位为dBW)；Fr为接收机噪声系数(单位为dB)；Ps，min为接收机最小输入功率(单位为dBW)；C/N为系统接收机输入端射频载噪比(单位为dB)；Aa为接收天线有效孔径(dBm2)；G为接收天线相对于半波偶极子的天线增益(dBd)；λ信号波长(m)；φmin为接收地点的最小功率通量密度(dB(W/m2))；Lf为馈线损耗(dB)；Emin为接收地点的最小等效场强值(dB(μV/m))；Emed为最小中值等效场强，规划值(dB(μV/m))；Pmmn为人为噪声容限(单位为dB)；Lh为高度损耗(接收点在地面以上1.5 m)(单位为dB)；Lb为建筑物和车辆穿透损耗(单位为dB)；Cl为地点校正因子(单位为dB)；σt为总均方差(单位为dB)；σm为大尺度准偏差(σm=5.5 dB)；σb为建筑物穿透损耗标准差(单位为dB)；μ为分布因子，对于70%地点概率为0.52，90%地点概率为1.28，95%地点概率为1.64，99%地点概率为2.33。

4 分析与结论

假定地面数字电视系统选取工作模式为：载波数量C=3 780， 帧头模式PN945，交织模式720，FEC编码0.8，映射方式16QAM，系统净荷19.251 Mbit/s。对于室外固定接收，根据GB/T 26252—2010《VHF/UHF地面数字电视广播频率规划准则》，莱斯信道对应的C/N门限为15 dB。根据表7计算结果和式(18)，可以计算出不同接收场景下的室外固定接收最小中值等效场强，结果见表8。

表8 不同接收场景下的室外固定接收最小中值等效场强对比

原有的模拟电视在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波段的覆盖门限分别为46 dBμV/m、48 dBμV/m、49 dBμV/m、53 dBμV/m、58 dBμV/m， 由此可见，同等功率模数同播条件下，对于农村/郊区场景下室外固定接收，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波段的数字覆盖门限裕量分别为2 dB、4 dB、5 dB、5 dB、7 dB；对于住宅区场景下室外固定接收，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波段的数字覆盖门限裕量分别为-3 dB、-1 dB、2 dB、5 dB、7 dB；对于城市场景下室外固定接收，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波段的数字覆盖门限裕量分别为-8 dB、-6 dB、-1 dB、5 dB、7 dB。由此可见，第Ⅰ/Ⅱ波段的地面数字电视系统最小中值等效场强由于受人为噪声的影响，比其他电视波段(第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ波段)高得多。此外，第Ⅰ/Ⅱ波段还受到不规则电离层传播的影响，这将导致数字电视接收系统在很短的一部分时间内突然失效。因此，国际上普遍认为第Ⅰ/Ⅱ波段不如其他电视波段更适合地面数字电视业务，需要考虑频谱的重新分配[4]。

我国目前拥有数量众多的米波段大小功率模拟发射机(占现有模拟电视发射机的1/3)，建议我国对米波频段的数字化覆盖开展相关测试研究，为将来如何有效地使用米波频段资源提供技术依据。

[1] ZOELLNER J，ROBERT J，SLIMANI M. Analysis of the impact of man-made noise on DVB-T and DVB-T2[C]//Proc. 2012 IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB).Seoul，Korea：IEEE Press，2012：1-6.

[2] ITU-R BS.2214, planning parameters for terrestrial digital sound broadcasting systems in VHF bands[S].2011.

[3] ITU-R P.372-11,radio noise[S].2013.

[4] ITU. Handbook on digital terrestrial television broadcasting in the VHF/UHF bands[S].2002.

李薰春(1977— )，高级工程师，主要研究方向为广播电视覆盖网规划与设计等。

责任编辑：任健男

Research on Man-made Noise Allowance for Digital Terrestrial Television Broadcasting System

ZHANG Jingqi1, LI Xunchun2

(1.ZhejiangRadioandTelevisionGroupofBroadcastingandTelevisionTransmittingCenter,Hangzhou310008,China;2.AcademyofBroadcastingScience,SARPPFT,Beijing100866,China)

In this paper, terrestrial television spectrum usage in China is analyzed. The importance and urgency of man-made noise research are also put forward. The methods of man-made noise allowance and equivalent minimum median field strength for coverage calculations are studied. This paper provides a technical basis and reference for the coverage planning calculation and the digitization of VHF Digital Terrestrial Television Broadcasting System.

digital terrestrial television broadcasting system; allowance for man-made noise; antenna noise factor

【本文献信息】张静琦，李薰春.地面数字电视系统中的人为噪声容差研究[J].电视技术,2015，39(13).

TN949

B

10.16280/j.videoe.2015.13.033

张静琦(1982— )，女，工程师，主要研究方向为通信、计算机、广播电视传输发射等；

2015-05-10