地面数字电视单频网同频干扰分析

李婷婷，欧阳峰

(国家新闻出版广电总局广播科学研究院 有线所，北京 100866)



地面数字电视单频网同频干扰分析

李婷婷，欧阳峰

(国家新闻出版广电总局广播科学研究院 有线所，北京 100866)

以广电总局推荐的地面数字电视工作模式5为理论基础，首先理论分析了影响地面数字单频网内产生同频干扰现象的技术参数；其次通过仿真规划软件调整相关技术参数，同时观察单频网内同频干扰区域分布情况并总结规律；最后根据已知技术参数对干扰区域的影响，尝试提出消除覆盖区域内同频干扰现象的优化方案，并通过仿真规划软件进行模拟。

地面数字电视；单频网；同频干扰

2008年至今，国家新闻出版广电总局已完成组建全国地面数字电视广播覆盖共300多个地级以上城市，2014年12月为了进一步加快我国地面电视的模数转换，广电总局和财政部联合印发《关于实施中央广播电视节目数字化覆盖工程的通知》(新广电发[2014]311号)。明确了2015年内，全国无线广播广播电视台利用现有的骨干传输网络，实现12套中央电视节目的无线数字化落地覆盖，同时启动3套中央广播节目的无线数字化落地覆盖。到2016年底，根据无线数字化落地覆盖效果，继续完善中央覆盖工程建设，提高覆盖质量。

2015年起，各省、自治区、直辖市分批开展中央广播电视节目无线覆盖落地工程。为了节省频率资源，部分地区采用单频网(Single Frequency Network，SFN)覆盖的组网模式，即将多个不同地点、处于同步状态的无线发射台站，在同一时间使用相同频率发射同一信号，最终实现对某一服务区内的信号覆盖。单频网的优点是可以节省有线的频谱资源，缺点是同一覆盖点可能会接收到多个台站传来的多径信号，因此产生同频干扰现象。

为了进一步全面了解、掌握单频网产生同频干扰原因以及变化，保障本次中央无线覆盖工程的实际覆盖效果，本文将使用两个发射塔组成的单频网为研究对象，采用国家新闻出版广电总局推荐的国标地面数字电视工作模式5为系统技术参数，重点分析发射台站技术参数对单频网内同频干扰现象影响的规律进行研究，为后续实际建设提供理论基础。

1　同频干扰成因分析

在实际运营的单频网覆盖区域内产生同频干扰现象会造成用户端出现马赛克、无法正常接收等不良现象，严重影响网络正常运营和维护。影响单频网中同频干扰现象主要有以下4个技术指标：

1)发射系统选定工作模式的PN序列长度；

2)两个发射台站的信号到达同一接收地点的时延差Δt；

3)两个发射台站的信号到达同一接收地点的电平差ΔdB；

4)数字对数字的同频干扰保护率PR，此值与系统的技术参数有关，在实验室测试获得。

国家新闻出版广电总局关于地面数字电视系统推荐了7种工作模式，各模式具体技术参数如表1所示。根据表1中技术参数可知：某一模式的数据率越高，一个频道内可传输的电视或广播业务数量越多、质量越高，但相应的接收机门限会升高。根据前期全国地面数字电视组网经验以及实验室无线环境测试可知：模式1和模式2适用于移动接收；模式3适用于固定、移动两种接收模式；模式4和模式5适用于城市环境等复杂环境的固定接收；模式6和模式7适合简单城市、郊区及农村环境的甚高码率固定接收。在实际组网建设中，不应过度追求节目套数或清晰度，而应结合发射台站预计覆盖区域内的人口结构、地形地貌等实际需求选择适合的工作模式。

表1国家广播电影电视总局推荐的7种工作模式

序号载波模式调制方式编码效率帧头模式交织模式数据率/(Mbit·s-1)1C=378016QAM0.49457209.6262C=14QAM0.859572010.3963C=378016QAM0.694572014.4384C=116QAM0.859572020.7915C=378016QAM0.842072021.6586C=378064QAM0.642072024.3657C=132QAM0.859572025.989

本文采用上表中工作模式5进行仿真分析，该模式为多载波调制适，数据率相对较高，可用于城市环境下室外固定接收。

当选定发射系统工作模式后，PN序列长度和同频干扰保护率为既定参数，无法再进行更改。本文中假定系统选定工作模式5为系统技术参数，则信号帧头长度为420，帧结构如图1所示。

图1　采用工作模式5的帧结构示意图

相关技术参数如表2所示。

表2工作模式相关技术参数

序号时延差C/N门限同频干扰保护率接收门限模式555.6μs15dB15dB51dBμV/m

根据表2可知，当单频网系统选用工作模式5为系统参数，并采用室外固定接收方式接收时，在该单频网内产生同频干扰的必要条件有以下几点：

1)接收点P的接收电平大于接收门限51 dBμV/m；

2)两发射信号到达接受点P的电平差ΔdB大于同频干扰保护率15 dB；

3)两发射信号到达接收点P的时延差Δt大于PN序列长度55.6 μs；

即在一个单频网内接收点P可能收到两个或者两个以上台站传输的无线数字电视广播信号，如果P点接收到的主、副信号在接收机接受范围内，同时电平差ΔdB大于15 dB，或主信号和副信号的时延差Δt小于55.6 μs，则不同台站传输信号到达接收点P的时间差小于该系统的“保护间隔”，则该干扰是可以被抵消处理的，接收机可以完成正常解码工作；反之，超出了该系统的“保护间隔”干扰无法抵消，则接收机无法完成正常解码工作。

2　同频干扰消除方法

1)网络仿真分析

通过上文对单频网内产生同频干扰现象的理论分析，已知同频干扰产生的原因。下面根据同频干扰产生的原因，通过仿真规划软件进行覆盖效果和同频干扰的模拟仿真。

当系统采用工作模式5为技术参数时，保护间隔的极限距离为16.7 km。设定发射台站间距R1为15 km,该距离在保护间隔内；设发射台站间距R2为20 km，该距离在保护间隔之外；系统技术参数如表3所示。

(1)台站间距R1时同步覆盖及干扰效果

表3发射台站技术参数表

参数12发射塔名称发射台站1发射台站2发射系统海拔高度/m5050发射天线相对高度/m200200发射机输出功率/W10001000发射天线增益/dBd10.510.5馈线损耗11天线场型全向天线全向天线静态时延/μs00天线极化方式水平极化水平极化接收系统接收天线高度4m接收天线增益6dB接收天线场向图全向工作频率DS-31(中心频率658MHz)系统参数载波数量3780调制方式16QAM编码率0.8帧头模式420交织模式720接收门限最低可用场强51dBμV/mC/N接收门限15dB同频干扰保护率15dB

图2　发射台间距为R1时同步覆盖效果图

如图3所示，为仿真试算软件模拟发射台站1和发射台站2在设定技术参数下的同频干扰场强分布图。图中结果说明两个发射台站的台站间距(15 km)没有超过PN序列长度要求(16.7 km)，在两个发射台站之间并未产生同频干扰现象。

图3　发射台间距为R1时同频干扰场强分布图

(2)间距R2时同步覆盖及干扰效果

图4　发射台间距为R2时同步覆盖效果图

图5　发射台间距为R2时同频干扰场强分布图

2)优化方案设计

目前地面数字电视单频网对于同频干扰现象主要有以下4种调整办法：

(1)在发射端进行时延设置；

(2)在发射端进行功率设置，例如降低某个临近台站的发射功率，使覆盖交叠区内不同台站信号强度相差15 dB以上；

(3)在接收端采用方向性尖锐的多单元八木天线或网状天线；

(4)在接收端通过更换用户端接收地点，利用临近建筑物遮挡屏蔽掉其中一方或多方的同频信号。

通过同频干扰分析可知，在实际网络组建前，可以通过仿真覆盖软件模拟网络覆盖效果和同频干扰效果，当网络中出现干扰现象，即通过技术手段进行优化方案设计，避免运营商完成网络组建后在用户端出现接收不良的现象，影响网络覆盖及实际运营效果。下面举例说明通过仿真软件进行网络优化设计。

3)优化方案仿真

(1)调整时延差Δt同步覆盖及同频干扰效果

通过上文分析，已知同频干扰产生的原因，下面通过改变技术参数，通过仿真规划软件进行覆盖效果和同频干扰的模拟仿真，尝试消除同频干扰区域。设发射台站间距为R2(R2=20 km)，优化后系统技术参数如表4所示。

表4优化后发射台站技术参数表1

参数12发射塔名称发射台站1发射台站2发射系统海拔高度(m)5050发射天线相对高度(m)200200发射机输出功率(W)10001000发射天线增益(dBd)10.510.5馈线损耗11天线场型全向天线全向天线静态时延(μs)100天线极化方式水平极化水平极化接收系统接收天线高度4m接收天线增益6dB接收天线场向图全向工作频率DS-31(中心频率658MHz)系统参数载波数量3780调制方式16QAM编码率0.8帧头模式420交织模式720接收门限最低可用场强51dBμV/mC/N接收门限15dB同频干扰保护率15dB

图6　发射台间距为R2时优化后同步覆盖效果图

如图7所示，为仿真试算软件模拟发射台站1和发射台站2在设定技术参数下调整时延后的同频干扰场强分布图。图中结果说明在两个发射台站的覆盖区域内并未产生同频干扰现象，说明在台站台站间距R2(R2=20 km)超过PN序列长度要求(16.7 km)的台站间距时，可以通过设置发射台站的时延，来消除两台站的同频干扰现象。

图7　发射台间距为R2时优化后同频干扰场强分布图

(2)降低发射功率同步覆盖及同频干扰效果

通过上文分析，已知同频干扰产生的原因，下面通过改变技术参数，通过仿真规划软件进行覆盖效果和同频干扰的模拟仿真，尝试消除同频干扰区域。设发射台站间距为R2(R2=20 km)，优化后系统技术参数如表5所示。

如图8所示，为仿真试算软件模拟发射台站1和发射台站2在设定技术参数下调整发射台站1发射功率的覆盖效果图，不同灰度代表该点不同的接收场强，

表5优化后发射台站技术参数表2

参数12发射塔名称发射台站1发射台站2发射系统海拔高度(m)5050发射天线相对高度(m)100100发射机输出功率(W)5001000发射天线增益(dBd)10.510.5馈线损耗11天线场型全向天线全向天线静态时延(μs)100天线极化方式水平极化水平极化接收系统接收天线高度4m接收天线增益6dB接收天线场向图全向工作频率DS-31(中心频率658MHz)系统参数载波数量3780调制方式16QAM编码率0.8帧头模式420交织模式720接收门限最低可用场强51dBμV/mC/N接收门限15dB同频干扰保护率15dB

图8　发射台间距为R2时优化后同步覆盖效果图

如图9所示，为仿真试算软件模拟发射台站1和发射台站2在设定技术参数下调整发射台站1的发射功率的同频干扰场强分布图。图上结果说明在两个发射台站的覆盖区域内并未产生同频干扰现象，说明在台站台站间距R2(R2=20 km)超过PN序列长度要求(16.7 km)的台站间距时，可以通过设置发射台站的时延，来消除两台站的同频干扰现象。

图9　发射台间距为R2时优化后同频干扰场强分布图

4)小结

由以上地面数字电视单频网同步覆盖及干扰分析可知：

(1)当台站间距R1在PN序列长度要求之内，未产生同频干扰现象；

(2)当台站间距R2超出PN序列长度范围，覆盖区域内产生同频干扰现象；

(3)在发射端通过调整台站的静态时延Δt，可以消除同频干扰现象；

(4)在发射端通过调整某一台站的发射功率，可以消除同频干扰现象，但覆盖面积减少，因此在实际工程建设中较少使用该优化方案。

3　结束语

本文中的理论仿真分析，接收门限以理论推导值为标准，在实际的应用中可以根据现场使用的接收机，实测接收门限值，进行与实际效果更为贴切的仿真规划和方案设计。在实际的网络组建时，往往不局限于两个发射台站，因此网络的复杂程度更高，可选的优化方式更多，例如：台站建设顺序、台站建设地址、天线下倾角度、天线极化方式等多种手段结合使用达到网络覆盖效果最优。

本文通过理论结合仿真覆盖软件深入分析了地面数字电视单频网覆盖区域中同频干扰产生的分布规律，为地面数字电视单频网络规划设计提供参考价值。

[1]GB 20600—2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制标准[S]. 2006.

[2]GY/T 268.1—2013，调频频段数字声音广播 第1部分：数字广播信道帧结构、信道编码和调制[S]. 2013.

[3]国际电信联盟. 30MHz到3000MHz频率范围内地面业务点到面的预测方法[R]. [S.l.]：ITU，2001.

责任编辑：薛京

DTMB SFN interference analysis

LI Tingting，OUYANG Feng

(CNI,AcademyofBroadcastingScienceofSARFT,Beijing100866,China)

Based on SARFT recommendation of DTMB work mode 5, firstly, the technical parameters which can cause interference are analyzed. Secondly, adjust related technical parameters through simulation planning software, and observe the interference distribution area and summarize the rule. Finaly, according the known technical parameters of the interference, the eliminate interference optimization method is put forward, and simulate through the software.

DTMB; SFN; interference

TN949

ADOI：10.16280/j.videoe.2016.10.027

2016-02-29

文献引用格式：李婷婷，欧阳峰.地面数字电视单频网同频干扰分析[J].电视技术，2016，40(10)：137-141.

LI T T，OUYANG F.DTMB SFN interference analysis[J].Video engineering，2016,40(10)：137-141.