不同信源传输条件下的单频网组网应用实例

任彦如

（作者单位：山西省广播电视局安全播出调度指挥中心）



不同信源传输条件下的单频网组网应用实例

任彦如

（作者单位：山西省广播电视局安全播出调度指挥中心）

摘 要：简要介绍两种不同信源传输条件下的单频网组网应用实例；科学地选择了传输模型及传输通道，在不影响覆盖质量的情况下提供两种完全不同的建设方案，达到了经济有效覆盖的目的。

关键词：数字电视；单频网覆盖；IP传输

1 概述

近年来，随着数字电视技术的蓬勃发展及广大群众对电视媒体需求的增加，为2018年开始逐步关停模拟电视提供了良好的技术及群众基础，数字电视在国内的建设速度进入了快速通道。

国内的数字电视发展已发展到了崭新的阶段，频道节目在行政区域内的影响力急需进一步加大，节目覆盖方式从单站覆盖向区域覆盖发展，多频点覆盖向单频点覆盖发展。2015年中央广播电视节目无线数字化覆盖工程单频网地面数字电视广播发射系统的顺利实施为数字电视单频网的发展提供指明了方向。数字电视节目以单频网形式对行政区域做同频覆盖势必作为未来数字电视节目覆盖的主要形式。在接下来的章节中将从设计技术原则、建设方法、测试方法等不同方面阐述不同信源传输条件下的单频网建设方式。

2 设计技术原则

2.1 相关设计原则

本技术方案设计基于以下几方面的分析：接收方式、工作模式、接收门限、节目源编码、目标区域等。

2.2 有效覆盖网的规划原则

主要参考ITU-R P．rec 370建议书和GY/T 237--2008，通过二到三期工程，在覆盖的区域中确保80％的用户，99％的时间有最低要求的传输质量。

2.3 有效全向辐射功率（EIRP）

边缘地区的场强应至少留有3 dB富余量，所以边缘地区的场强应大于 32dB；同时需要有足够的载噪比(参考GY/T236-2008),确保能够稳定流畅的接收。

2.4 保护率的确定

同频保护率就是本频信号至少要大于干扰信号的场强多少dB，有用信号低于某一数值就不能保证质量。

参考GY/T 237-2008标准的规定，同时参考我公司对国标地面数字电视发射机保护率的测试结果。

2.5 可用度的确定

根据地形的不同，主要参考ITU-R P ．rec 370建议书和奥村模型进行场强规划，并以最终实测结果为准进行修正。

2.6 保护率要求的分析

频率复杂、频率资源紧张，接收系统将受到模拟同/邻频干扰、数字同/邻频干扰。即使在全数字电视时期，如果能够支持邻频工作，将进一步提高频谱利用率，简化频率规划过程。

抗模拟同/邻频干扰能力、抗数字同/邻频干扰能力高低将决定频谱规划的有效性，以及能否提高频谱的利用率。

ITU-R 1368-2标准的规定的同频保护率为14dB，即有用信号高出同频干扰信号14dB。如果设计时考虑采用用邻频发射，则邻频保护率就变得尤为重要。由于电视频率的间距为8MHz，按照规定，要求邻频保护率为-35dB。

关于地面数字电视发射机的保护率要求，表1、表2是测试结果，可以作为参考。

表1　表2　测算结果

表2　测算结果

2.7 无线覆盖试算

发射台分米波路径计算。计算采用CCIR推荐的Okumura电波传播衰减计算模式。该模式是以准平坦地形大城市区的中值场强或路径损耗作为参考，对其它传播环境和地形条件等因素分别以校正因子的形式进行修正。见表3。

表3　计算结果

计算时发射频道中心频率f按726MHz，接收天线为七单元八木天线，增益8dB，高度按4m；相对高度落差400m。

参考公式：

发射点高度和发射功率及覆盖距离的关系见图1。

图1　发射点高度和发射功率及覆盖距离的关系

以上技术原则是单频网设计的技术基础，然而在建设过程中不同的条件需要的不同的建设方案及配置，在下文中重点介绍两个不同信源传输方式的单频网建设方式，为保障覆盖效果，此文以有线传输方式作为重点介绍。

3 不同条件下的单频网建设方法

单频网建设的投资和工期与传输节目套数和基础条件（铁塔建设、信源通道建设等）息息相关，下文以两种截然不同的标准单频网事例作为基础，从建设步骤、投资概况及工期计算三方面做简要介绍：

3.1 已建成光纤传输网络

此类项目只需建设机房及相关前端和发射系统，假设传输节目包含省、市、县相关节目共10套（编码方式AVS）；省级、市级节目已传到县级前端机房；新建2个500W机房含铁塔（80m），与原主站同频播出。建议将项目建设分为前期规划、覆盖优化两大步骤。

3.1.1 前期规划

系统配置（见图2）。

图2　系统配置

各发射站点基本构成见图3。

图3　各发射站点基本构成

发射系统主要由信号接收及分配设备、DTMB激励器、数字发射机、监控系统、等组成。DTMB发射机:完成ASI 码流的同步调制，同时上变到相应的发射频道，输出对应频道的射频功率。同步系统：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步时钟（1PPS）和基准频率（10MHz)。

设备清单见表4。

表4　设备清单

项目建设周期的最长点为机房及铁塔建设有效施工期内预算为5个月。根据公式计算及计算机模拟，发射机单站覆盖半径500W约等于20km、1000W约等于30 km，计算上同频保护率单频网实际覆盖半径约为40 km。

通过以上构架可见在已建成传输网络的情况下系统构建较为简单。资金投入的主要部分为机房建设，这也是目前的主要建设方法。

3.1.2 覆盖优化

3.1.2.1 场地勘测

需覆盖的区域必须经过彻底勘测，进行场地威胁评估，它包括对所有预测因素的考虑和计算以及对误差因素的弥补计算。中继发射台站的部署是按勘测结果决定的。

3.1.2.2 为需覆盖区域进行覆盖设计

根据不同区域可的地貌和地理分布情况和实际覆盖情况，优化具体发射台的位置、高度及功率要求。

3.2 单频网系统的实施与优化

DMB-TH单频网的实施是一个相当繁琐的过程：单频网系统设计—建立主台—测试优化—建立小功率发射台—再测试优化—建立补点发射台—系统测试优化。

3.2.1 建立主台参数、测试优化

用测试系统进行实际覆盖测试，借助测试软件进行分析；适当对发射机进行参数调整、功率调整以及对天线方向、倾角调整达到最佳覆盖效果。

3.2.2 建立小功率发射台、测试优化

用测试系统进行实际覆盖测试，借助测试软件进行分析；适当对发射机进行参数调整、功率调整以及对天线方向、倾角调整达到最佳覆盖效果。

3.2.3 建立补点发射台

根据实际测试结果，在覆盖盲区建立若干微、小功率的同频转发的补点台。

3.2.4 系统测试优化

最后用测试系统进行覆盖测试，对发射机的功率以及对天线的覆盖场型、倾角进行微调，达到验收要求。

3.3 测试系统

3.3.1 测试系统的主要任务

测试系统的主要任务是为建网提供正确的依据，用于系统调试以及正常开通后的日常维护。

3.3.2 测试系统的构成

测试系统主要有测试仪器及测试附件构成，必须的测试仪器有码流分析仪、频谱仪、DMB-T测试接收机、矢量分析仪、监视器、场强仪、GPS、计算机等。

3.3.3 测试系统技术实施要点

主要是测试仪器的选型，应该考虑所选测试仪器的类型尽可能多地能用于未来符合国标的DTTB系统测试。

3.3.4 测试步骤

测试步骤包括覆盖场强测试、单频网TS信号延时测试、单频网同步测试、多径模拟测试、移动测试和车载系统测试。

基于GIS（地理信息系统）和GPS（全球卫星定位系统）原理，在数字电视地面广播覆盖范围内实时监控、采集、记录并显示场强信息和位置信息，方便直观的反映地面数字电视广播信号场强分布情况，并进行统计分析，生成报表，为数字电视地面广播系统的系统规划、网络设计、系统评估优化、SFN建设、工程验收和运行维护提供重要的依据。

图4　系统测试框

图5　单频网同步测试

图6　多径模拟测试

图7　移动测试

从场强测试结果中可以数字电视地面广播系统的场强分布，得到全面、准确的覆盖信息，工程设计者很容易做出系统规划。

3.3.5 系统测试框图（见图4）

单频网TS信号延时测试。

单频网同步测试（见图5）。

多径模拟测试（见图6）。

移动测试（见图7）。

在开阔的场地，接收车时速120 km/ h以上。

3.4 需重新搭建传输网络

此种建设方式往往一切从零起步，无辅站机房、无铁塔、无自有传输通道。随着技术融合步伐的加快尤其是通讯运营商覆盖的扩大从零起步的状态下与其合作租用其宽带通道传输信源及机房铁塔是组建单频网的良策。

通讯商的铁塔高度较低（100M为主），同样的覆盖效果需要多个小功率发射机做联合覆盖，与上节同样的覆盖面积所需辅站台数为10余个。根据相关标准及实际经验我们选取了另一个覆盖面积相仿的地域做方案介绍。同样假设传输节目包含省、市、县相关节目共10套（编码方式AVS）；省级、市级节目已传到县级前端机房；1个主站1KW，租用10个机房含铁塔（50米），与原主站同频播出。也将项目建设分为前期规划、覆盖优化两大步骤。

3.4.1 前期规划

系统配置：（见图8）。

图8　系统配置

各发射站点基本构成见图9。

图9　各发射站点基本构成

发射系统主要由信号接收及分配设备、DTMB激励器、数字发射机、监控系统、等组成。DTMB发射机:完成ASI 码流的同步调制，同时上变到相应的发射频道，输出对应频道的射频功率；双向IP适配器将ASI信号转换为IP格式；同步系统：支持GPS和北斗，提供SFN同步所需要的同步时钟（1PPS）和基准频率（10MHz)。

项目建设周期的最长点为发射设备的生产与网络优化保守估计3个月。根据公式计算及计算机模拟，发射系统可构成一个半径为40 km的覆盖区域与上一种形式相仿。但是每年将产生机房租赁费，需要长期投入。

3.4.2 覆盖优化

同上一小结（略）。

4 总结

以上章节简要介绍了两种不同信源传输条件下的数字电视单频网组网应用实例。在覆盖效果大致相当的情况下两种案例的投资、建设周期相差较大。总结起来各有特点，分别为：

（1）已建自有传输通道需新修机房：传输安全性高、单站点覆盖余量大、一次性投资但额度较大、施工周期较长、单频网站点的扩展能力较差。

（2）租赁通讯传输通道及机房：施工工期短、单频网扩充灵活、启动资金较少、每年需投入租赁费、单站覆盖余量小（机房电力余量小）

综上所述：根据自身条件、因地制宜、精心规划，调集资源，建一个符合当地特点的数字电视单频网是能够实现的。

表5　设备清单