DTMB地面数字电视广播单频网在黑龙江省的实际运用

孙文坡

黑龙江省新闻出版广电局804台 黑龙江省 哈尔滨市 150090

2015年，中央地面数字无线电视广播覆盖工程启动，计划用短时间，在黑龙江省构建2个频道的地面数字电视覆盖网，同时播出省、市、县的广播电视节目。计划实现中央电视台12套标清节目及省市地方节目19套节目的无线数字化覆盖。为兼顾全国各地开展本地地面数字电视广播业务的需要，中央电视台12套采用AVS+信源编码，标清节目打包复用成2路码流。分别在2个不同地方的地面数字电视频道中播出。为节省频率资源，中央覆盖工程采用省级单频网为主，区域单频网或多频网为辅的地面数字电视组网方式。在已完成的中央覆盖工程地面数字电视频率规划方案中，国家新闻出版广电总局为每个发射台站规划了2个地面数字电视频率，黑龙江省里规划用1个地面数字电视频率确保此次地面数字电视覆盖工程的顺利实施。

1 DTMB和单频网的优势

1.1 单频网概述

地面数字电视广播系统的一个最大特点在于它能够有效抵抗无线信道的多径干扰，确保数字电视信号的接收质量。因此，地面数字电视系统可以通过组建单频网来实现数字电视信号的有效覆盖。地面数字电视广播单频网是由多个位于不同地点、处于同步状态的地面数字电视发射机组成的网络，以相同的频率，在可控的时刻发射相同的节目，以实现对特定服务区域的可靠覆盖。

1.2 DTMB的优势

DTMB是我国研发、制定的具有自主知识产权的数字电视传输标准。从目前的情况来看，DTMB在接收端和发射端的成熟度和设备产业化都能够满足现阶段我国数字电视广播的需求。同时，DTMB无线数字电视广播与有线数字电视之间形成互补，DTMB主要实现移动接收，便于农村、远郊等地区的固定接收。DTMB无线数字电视可以对现有的模拟电视广播设备进行利用，在一定程度上降低了维护成本。TDS-OFDM在调制上、移动接收上能够通过高传输码率完成，从而提高了数字电视广播技术在实际应用范围。DTMB应用的信道可以使系统同步和系统估计时间同DVB-T相比，可以缩小约100倍，同时DTMB可以在超过200km/h移动上完成信号接收。DTMB应用了与时间同步的分层复帧结构，从而使同频同时发送同一信号的单频网变得更加容易，减低了对无线频谱资源的应用，并可以实现省城、城域在移动过程中单频网的接收工作，从而解决了因为单发射机而导致盲区存在的问题。

1.3 单频网组网技术方案

如果省内各地采用多频网或者采用基于本地地面传输链路的单频网，各地可在第二路4套节目的码流中插入本地节目。各地根据各自节目传输链路和频率资源条件，开展本地地面数字电视广播组网工作。如果采用基于本地地面传输链路的单频网组网方式进行覆盖，首先需要剔除掉来自链路的第二路节目中的SIP包、单频网填充数据包以及卫星调制器和解调器加入的MPEG-2空包，然后经过复用器与本地节目进行复用，最后送入单频网适配器后发往各发射台站形成射频信号进行发射。本地地面数字电视广播单频网系统结构，如图1所示。

图1 本地地面数字电视广播单频网系统结构

在频率资源较为紧张的地区可以采用单频网组网方式进行覆盖。单频网组网方案的网络类型可以分为：光纤、微波或IP传输。本文介绍的是基于IP传输的单频网技术方案。随着互联网技术的迅猛发展，IP（InternetProtocol是Internet最基本的协议）技术日渐成熟，IP网络传输MPEG-2 TS流（即TSoverIP）越来越广泛的应用于数字电视广播领域。TSoverIP的主要功能是实现数字电视传输协议转换和业务模式转换。2000年，DVB组织推出了第一个方案RFC2250，推荐了一种MPEG1和MPEG-2用RTP（Real-timeTransport Protocol）协议实现了TSoverIP的打包方案。2007年，SMPTE组织在RFC2250等相关方案基础上，推出了SMPTE2022-2-2007方案，主要技术要求为：（1）每个IP包封装1～7个MPEG2-TS包；（2）利用RTP协议传输TS；（3）IP包里打入时间戳信息；（4）增加二维前向纠错编码（FEC）。

以上技术要求为进一步提高了TSoverIP的鲁棒性，使IP传输的地面数字电视广播单频网组网成为可能，相关技术方案和设备逐步成熟。近年来，国内外出现了IP传输组建单频网的组网案例。在实际组网过程中，一方面需要关注相关设备功能和技术指标，开展试验验室试验，对相关设备进行模拟试验；另一方面还需要关注IP网络的传输带宽。由于SMPTE2022方案中，为了提高鲁棒性加入了一些系统开销，因此实际的网络带宽需要大于节目码率，并预留一定的冗余带宽。

2 单频网与组网的条件

2.1 单频网

单频网 （SFN-Single Frequency Network）由多个位于不同地点并处于同步状态的发射机组成的地面数字电视网。网络中的各个电视发射机以相同的频率，在相同的时刻发射相同的（码流）已调射频信号（比特），从而实现对特定服务区的覆盖。

DTMB单频网由中心发射台站、辅助发射台站、分配网络三部分共同组成。DTMB单频网系统的构成除了需要基本设备外，还需要相应的GPS接收、单频网国标激励器、单频网适配器等必要设备。组建单频网时必须满足以下几个条件：（1）数字电视信号发射时间必须相同，各个发射台站必须安装GPS时钟接收器，便于对时间进行统一；（2）各个发射台站在运行过程中发射的载频频率也必须相同；（3）各个发射台站发射的载波模式也必须相同。

在实际应用过程中，要想实现单频网组网，最大的难点是要确保同一节目信号同频、同时进行发射。在接收端最大的难点是不同发射点的交叉覆盖区域能够实现稳定的信号接收。DTMB运用的调制技术是TDS-OFDM，从而实现了系统信号帧在相同时间的同步。

黑龙江省单频网的组建方式，是在一个台站最多组建2个单频网，中央台8套节目组建一个单频网（节目源由卫星提供），另外中央台4套节目和省台4套节目组建一个单频网（节目源由微波总站编码复用后提供给各个台站）。但是，省内也有一定数量的台站不通微波，中央4套节目和省台4套节目不能强行组成单频网。微波总站发送给各个台站的信号源只能以中央8台一个码流，中央4套一个码流，省台4套一个码流，这3个码流形式发出。第二个单频网视当地条件上报黑龙江省新闻出版广电局临时组网。

2.2 单频网组网案例

大庆和安达两个台站相距直线距离70公里左右，单频网的相交区域出现相互干扰无法收看的情况。两个台站共用省台微波总站的微波信号，其发射机的激励器也都设置为单频网模式，怀疑是信号源的问题。经查是微波总站发出的码流是多频网码流，省台节目信号经复合设备没有设置为单频网模式。设置后，大庆和安达两个台站相交区域接收正常，信号接受强度相应提高，达到了单频网的设计要求，满足了交叉区域的覆盖。

2.3 卫星传输的单频网技术方案

本次中央覆盖工程创造性的使用了卫星链路作为全国码流分发网络主链路，地面链路作为备份。两路传输码流加扰加密后，按照下表所示的适配模式经单频网适配器适配后进行DVB-S调制通过中星6A卫星传输，作为主信号源。同时，两路传输码流不经加扰加密送至国干网中央塔首站，之后经国干网传输至各省节点，各省通过光纤网或者数字微波网络等将两路码流作为备份信号源传输至各发射台站（用于单频网系统的码需要通过单频网适配器适配）。另外，在地面传输网络未通达的发射台站部署备份前端，接收来自中星6B的中央电视节目，实现对主用卫星传输链路的备份。两路传输码流在发射台完成适配后，经与卫星接收的两路传输码流主备切换送入发射系统，以单频网或多频网的形式发射清流信号。同时，省台4套节目信号以清流形式通过微波以IP码流下传致各个台站供用户免费接收。本次中央覆盖工程地面数字电视广播系统，如图2所示。

序 号第一路码流第二路码流载波数C=3780 C=1帧头模式PN495 PN595交织模式720 720 FEC编码0.8 0.8映射方式16QAM 4QAM系统净荷19.251Mbps 10.3961Mbps

图2 中央覆盖工程地面数字电视广播系统框图

结束语

地面数字电视技术，不但是广电行业最为关键性技术，也是广电行业最基础性技术。该种技术作为一种新生事物，正在被人们不断认识和接受，此次中央覆盖工程采用DTMB和AVS+的技术体系，创造性的采用了卫星传输链路的地面数字电视单频网技术方案，同时8+4节目流配置方案为各地插入本地节目组建本地地面数字电视网络提供了技术可行性，黑龙江省的微波传输实现了IP单频网的组建。单频网的使用既满足了频率资源的合理利用，又可以满足省际的不间断接收，解决了不同受众的相关需求。