中央无线数字化覆盖工程——单频网

樊菊萍

﹙山西广播电视无线管理中心，太原 030012﹚

中央无线数字化覆盖工程
——单频网

樊菊萍

﹙山西广播电视无线管理中心，太原 030012﹚

在中央无线数字化覆盖工程—单频网的建设实施阶段，本文结合实际介绍了单频网发射系统、组网技术方案及本地单频网的发展概况

单频网；地面数字电视；适配器

1 引言

2014年11月，根据国家新闻出版广电局的统一部署，中央广播电视节目无线数字化覆盖工程开始在全国开展建设，此工程的实施极大地加快了中国地面电视数字化的进程。数字地面电视中单频网的建设因其具有更大的覆盖范围、节省频率资源、节省功率资源等显著优势而成为地面数字电视广播的主要组网方式。

2 单频网发射系统

地面数字单频网发射系统由激励器、SPN适配器、地面数字电视广播发射机（功率放大）和发射天馈线四个部分组成。单频网发射系统的主要设备是单频网（SPN）适配器，SPN适配器包括GPS/BDS授时接收模块、频率驯服模块、相位比较模块、分频器、本地振荡器以及中心控制模块等构成。

单频网授时系统为地面数字电视单频网提供统一的时钟参考﹙秒脉冲﹚和频率参考﹙10MHz﹚,是地面数字电视单频网能否成功构建的关键所在。两种授时方式可实现自动无缝的切换，为了达到授时系统工作稳定，中央覆盖工程地面数字电视单频网的授时系统需同时支持北斗系统﹙BDS﹚和全球定位系统﹙GPS﹚。

3 地面数字电视发展的现状与困难

在中国，地面广播电视是694MHz-790MHz频段（简称700MHz频段）的惟一主要业务使用者，并且这个频段也是国标地面数字电视一直以来开展业务所使用的。这几年随着无线通信技术的不断发展和演进，无线频谱资源显得愈发宝贵。尤其是对于具有良好传输特性的700MHz频段，在较低资金投入下即能够实现较高的无线覆盖质量。随着新一代无线通信系统TD-LTE在我国的发展，电信运营商及行业主管单位觊觎地面电视广播模数转换可能带来的空余频谱，提出了对于低频段频谱资源的需求，期待能够使用分米波部分频段资源用于发展TDD-LTE与FDD-LTE业务，而700MHz频段则是电信运营商心目中最佳的覆盖频段，由此便引发了针对于700MHz频段用于发展TDD-LTE系统与传统地面电视广播系统间的矛盾与问题。470MHz-862MHz频段之所以特别有吸引力，是因为与移动通信业务正在使用的频段相比，该频段的无线电波在高楼密集的环境中能传播的更远，传播的范围更大。

地面广播电视频率规划的主要目的是更有效、合理的使用广播电视频率资源。目前我国地面电视处于模数过渡时期，主要是在尽可能不影响现有地面模拟电视播出的情况下，为广大发射台站合理规划新的广播电视频道，为数字电视单频网提供合理的规划参数，采用插空指配的方法进行频率规划。

4 中央覆盖工程地面数字电视组网技术方案

地面数字电视广播单频网是由多个位于不同地点和处于同步状态的地面数字电视发射机组成的广播网络，他们在可控的时刻，以相同的频率，发射相同的节目，从而实现对特定服务区的可靠而又全面的覆盖。能够有效抵抗无线信道的多径干扰是地面数字电视广播系统的一个最大特点。传统的地面数字电视单频网网络结构如图1所示。

图1 传统的地面数字电视单频网网络结构图

中央覆盖工程采用基于卫星传输链路的地面数字电视单频网的组网方式，在节目传输过程中增加了加扰加密和解扰解密环节，从而对地面数字电视单频网的组建提出了新的更高要求。如图2所示，信源前端采用AVS+编码，编码后的标清电视节目首先进行加扰加密及复用，形成1路加密的TS码流后送入地面数字电视广播单频网适配器进行适配，然后送入卫星调制器进行编码调制形成射频信号，再通过卫星链路进行传输，中央无线覆盖工程卫星传输采用DVB-S技术体系。全国各个发射台站直接接收卫星传输信号，通过专业的卫星接收机解调解扰后得到TS码流，最后送到本地的地面数字电视发射机进行调制发射。

为了确保中央覆盖工程地面数字电视单频网的成功构建，包括加扰复用器、单频网适配器、卫星调制器、卫星链路、卫星解调解绕器在内的整个TS码流传输链路必须满足“透明传输”的要求。因此解决TS码流先加扰加密、再适配传输﹙单频网适配+卫星传输适配﹚、最后解调解扰解密的端到端“透明传输”，是中央覆盖工程地面数字电视单频网技术方案的难点和关键所在。

图2 中央覆盖工程地面数字电视单频网网络结构图

5 单频网的发展—— 以太原为例

近年太原市的城市建设规模不断扩大，周边发展迅猛，加上高楼林立，信号覆盖等问题日益突显。经场强覆盖测试，市中心半径12km以内的室外信号覆盖良好，但市中心12km以外的信号覆盖不佳。中央广播电视节目无线数字化覆盖工程地面电视部分采用“省级单频网和区域单频网为主，多频网为辅”的组网技术方案，构建良好的单频网，在各个站间的距离、发射机的功率、发射站天线的规划、覆盖区域的地形、地貌等因素都进行了合理的数据测量、技术分析和统筹调整。我台在2017年8月安装了单频网、多频网发射机，与位于太原市西的228高山台组建了单频网、多频网系统。正式播出一段时间后，测试发现多频网同频干扰严重，接收效果差，经过研究在10月28日厂家把多频网发射机又改成了单频网发射机，组建单频网成为解决信号覆盖问题的最佳方案。

5.1 单频网发射机数量要求

数字电视单频网必须有两台或以上发射机组成，采用网状分布，各发射站之间距离间隔也有要求。太原周边有两个发射台可以采用，我台位于市中心，塔高125m，位于太原市西面的228台，位于高山之上，塔高90m，两塔直线距离为40千米左右，因此基本满足单频网组网要求。

5.2 单频网发射机同步要求

太原地区地面数字电视单频网由两台数字电视发射机组成，发射机采用同一频率发射，必须做到频率同步、时间同步和码元同步。

（1）频率同步：单频网中的两台发射机采用同一频率，满足这一要求，依靠每台发射机中激励器的上变频本振频率与一个GPS参考时钟频率同步。

（2）时间同步:在单频网中，激励器信号通过不同链路与前端设备连接产生，因此时间延迟和信号处理时间不一致。通过单频网适配器和GPS共同实现时间同步。

（3）码元同步：为保证终端正常解码，必须使单频网中两台发射机TS流中的比特同步。通过单频网适配器实现码元同步。

5.3 单频网系统架构

按照地面数字电视单频网组网原理和技术要求，设计了单频网组网系统框图，如图3所示。

图3 单频网组网系统框图

单频网适配器接受复用器中的TS流，完成码率适配，形成包含秒帧初始化包的TS流，通过光缆线路传送到两个发射点，经两个发射点的发射机激励器进行时钟同步后，进行信道编码上变频变成射频信号进行发射。除了发射机内置的时钟系统，还使用了另一台同步时钟进行备份。激励器的时钟同步调整，主要根据接收到的TS流中的SIP包分析时间信息，计算出码流在两个发射站之间的传输时间，由此时间两个发射台调整各自的时延，从而达到时间同步的要求。

5.4 单频网实施和测试

通过数据演算和实际测试，决定采用老军营发射点为主发射点，满功率1kW发射，228台发射点为辅发射点，600W发射。建成后，在太原市东南西北各个方向共48个测试点对信号覆盖效果进行了测试，在最南端，离发射中心30km处场强为22dBμV，在最北端，离228台22km处场强同样是22dBμV，而东西方向30km处场强达到28dBμV～30dBμV。18个测试点平均场强为41dBμV。建设地面数字电视单频网后，信号覆盖范围变大，效果明显，太原市周边信号覆盖得到了极大地改善。太原市数字电视单频网是城市环境下的单频网，网络的设计和实现具有以下特点：

⊙ 单频网各发射台站点采用同一厂家的地面数字电视发射机进行组网，便于互相兼容。

⊙ 根据各发射站点的实际情况，节目传输网络采用了灵活的传输模式，主要包括：“光纤+数字光端机”、“光纤+数字光端机+微波”、“光纤+SDH”等。

⊙ 在保证整个单频网覆盖区内信号接收电平较高的前提下，为了满足复杂城市环境中良好移动接收的要求，充分利用地形地势的遮挡，通过科学合理地设计天线场型及各台站发射功率，极大地减少了单频网重叠覆盖区，降低了单频网调整和优化的难度。

6 结束语

国际地面数字电视一路走来，从标准正式颁布起至今已过去10多个年头了，经历了标准的起草、完善、颁布及推广投入使用。在中央广播电视无线数字化覆盖工程中，创造性的使用了卫星传输链路传输单频网适配后的地面数字电视节目流，极大降低了覆盖工程中数字电视节目的传输复杂度，高效地将中央电视节目传输至了全国各地，但同时对地面数字电视单频网适配器提出了更高的要求。中央覆盖工程的实施将进一步推动我国地面电视的模数转换进程，确保2020年我国地面电视全部完成数字化总体目标的顺利实现。

[1] GD/J066-2015．基于卫星传输的地面数字电视单频网适配器技术要求和测量方法

[2] 张国庭，万倩等．单频网建设原则及优化方法．电视技术，2013(12)

[3] 曹志，冯景锋等．新一代地面数字电视技术发展及演进．广播与电视技术，2013(2)

[4] 梁建华，左宁宇，庄军．单频网和同频转发器在常州地面数字电视平台建设中的应用．广播与电视技术，2016(7)

Central Radio Digital Coverage Project--Single Frequency Network

Fan Juping
(Shanxi radio and television wireless management center, Taiyuan, 030012)

In the implementation phase of the Central wireless digital coverage project-Single frequency network, this paper introduces the development of the transmission system, the networking technology and the local single frequency network.

Single frequency network; Terrestrial digital television; Adapter

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.015

G22，TN93，TN94文献标示码：A

1672-7274（2017）12-0044-03