DTMB组建单频网技术探讨

谷绪华，马晓明，赵衍清

（山东省平阴县融媒体中心（平阴广播电视台），山东 济南 250400）

0 引 言

近年来，随着我国地面数字广播电视技术的飞速发展，单频网组网技术逐步取代了传统模式的多频网组网技术，成为当前数字电视广播数字系统中最主流的组网技术方法，也成为应用范围和覆盖范围最广的核心组网方法。根据《山东省县域单频网频率规划方案》对于长清区、平阴县组建跨县单频网这一要求，平阴县认真落实、积极准备，经过近一年多的前期准备阶段，将于2022年进入具体实施阶段。在此背景下，本文对地面数字广播电视系统中单频网组网技术的探讨和研究，具备重要理论意义和现实价值。

1 DTMB简介

地面数字多媒体广播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）有多重副载波和单一副载波两种模式，是我国自主研发的地面数字视频广播传输标准，主要用于规范我国地面数字电视传输系统中单频网组网的组建过程，不仅有利于传统模式下节省多频网组网技术的频谱资源，直接提升我国频谱资源的利用效率，更能够借助单频网组网技术，降低整个地面数字系统的信号辐射，减少整个电视系统中的电磁污染，增加覆盖强度，拓宽覆盖范围，进一步增强该技术实践和应用的广泛性[1]。

2 单频网概述

单频网（Single Frequency Network，SFN）是指由多个位于不同地点、处于同步状态的发射机所组成的无线传输网络。单频网是地面数字电视和多媒体广播系统中一种重要的组网技术，其突出的优势是可以利用处于不同地点但却处于同步运行状态的发射机组成的地面数字电视的覆盖网络，在相同的频率、相同的时刻发射传送同一套节目信号，实现地面数字电视信息系统对特定服务区的完全覆盖和数据传递。在此过程中，单频网组网的发射机直接使用同一频率对地面数字信息系统中的具体服务区参数点进行覆盖，以此提高对无线频谱资源的利用效率。

单频网技术中，多个发射台同步工作，能够使发射台的覆盖效率得到提升，同时也能提升多个发射台的工作效率，提高发射台在同一时间接受其他位置发送数据的可靠性和科学性，使用户能够在单频网覆盖区域实现对同一频道不同电视节目的收听、收看。

单频网组网技术能够较大程度地降低整个地面数字电视网络系统中发射机的最小发射功率，能够应用诸多小功率发射机在多个布点条件下的组网方式，使组网后的总体发射功率远远大于同一台多频网发射机的发射功率，增加其发射效率，随之降低了对发射机的最小发射功率要求。

单频网组网技术能够采取多台发射机一体的并行工作模式，进一步扩大其覆盖范围，且能在多台发射机并行工作的条件下，在覆盖范围内实现地面数字电视信息系统中360°的无缝衔接全覆盖[1]。

单频网组网技术采用统一的发射频率，能够使用户在整个单频网网络覆盖范围内实现频率的转换，并不需要用户变换其频道信号数据或改变其参数，降低了对用户端安装接收机的要求，使接收机的信号处理难度得到进一步降低。

3 单频网设计的基本原理

单频网建设是一项复杂的、具有一定难度的系统工程。在设计某个地区的DTMB单频网之前，首先要对覆盖要求进行综合分析，要充分考虑利用现有的网络资源，对现有的网络覆盖情况、发射塔、天线等资源进行调查，避免重复投资。其次，还要对当地的地形、地貌、人口聚集情况以及经济发展状况等进行综合考察，合理规划每个发射台站的位置、发射天线的方向以及发射机输出功率等，从整体上平衡各个发射台站的覆盖区域。更重要的是，还要经过大量的现场信号测量和调试，对设计方案进行调整和优化，并保证网络的开放性、可靠性以及可扩展性。

单频网设计的原则是使来自不同发射机的同频信号间的延时小于保护间隔。另外，相邻的发射基站距离、高度、功率及天线方向等对单频网中的同频干扰会产生一定影响，所以在具体的单频网设计中，需要根据覆盖目标考察覆盖区域的具体地形、地貌条件，合理规划单频网的参数配置，并根据实际测试情况进行调整、优化，才能得到满意的覆盖效果[2]。

4 DTMB单频网同步原理

单频网应用中，最关键的技术就是实现各个发射机发射信号的同步，因此单频网也称为同步网。为了抑制多径干扰，单频网发射机之间需要严格同步。目前解决这一问题的方法是在发射端通过单频网适配器在传输流中插入时间同步信息。

在DTMB系统中，单频网主要由单频网适配器、发射机、GPS接收机、支持单频网组网技术的调制器等诸多设备组成。其中，单频网适配器的位置在网络前端，是地面数字电视体系中单频网实现同步数据传递和范围覆盖的关键设备，其主要功能是向复用器输出的TS流中插入SIP数据包，形成秒帧。单频网适配器向电视信息系统的TS码流中插入相应的适配器SIP数据包，数据包插入时和GPS接收机的脉冲信号对接，在接收机脉冲信号上升后对整个SIP数据包对齐。SIP数据包不同字节的定义如表1所示。

表1 SIP数据包不同字节的定义

SIP数据包中，SIP头部数据和TS流包头数据相同，符合地面数字国标体系的相关规定，由32位组成，其中PID号码为0x001552xxp，进一步重新定义了地面数字电视国标中的信息系统数据参数。最大延迟参数由24位数据组成，实际范围为 0～0.299 999 99 s，实际单位为100 ns，所设置的参数值应大于整个地面数字广播信息系统中的最大路径延迟时间。广播寻址参数中，寻址范围网内的任意一个发射机实际的寻址信号由16位参数组成，全零状态则表示该发射机为寻址结构覆盖范围内的所有发射机。独立调整时延参数由24位数据信息显示，在最大延时的基础上通过地面数字广播信息技术广播地址选择，指定发射机独立调整时延结构的设置，使单频网中不同发射器的发生信号能够满足延时关系。频偏设置参数由24位数据编码组成，为特定发射机添加频偏值，实际单位为1 Hz[3]。功率控制参数由16位数据结构组成，控制地面数字电视信息系统中的发射功率。填充字节作为TS流，数据包共169个字节。在DTMB单频网组网技术中，适配器主要是为了插入SIP结构数据包，因此，在数据结构中每隔一个大帧数据结构，在TS流结构中插入初始化完成后的SIP数据结构包，其构成必须符合TS数据流的具体标准。

5 DTMB组网方案及可行性分析

单频网组网中，最首要的问题是网内发射机的同步问题。由于节目传输网络的差异性，传输的TS流从单频网适配器到各个调制器的时间可能并不相同，并且由于网络传输环境的时变性，同一网络在不同时刻的传输延时也会相差很多。完全意义上的单频网发射机同步，应包含频率同步、时间同步及工作模式同步[4]。

单频网组网模式包括GPS接收机、单频网适配器、频谱分析仪器等诸多设备。在对DTMB组网方案可行性进行分析前，首先应保证不同的单频网适配器设备所提供的频率数据和时间数据基本吻合，与GPS接收设备相同，都处于已锁定状态。其次，使用的频率计要能够在3 min时间内测试不同的GPS接收区设备偏差，且能够保证该偏差在误差允许值范围内。此外，在设计DTMB组网方案时，调制器输出的频率必须保持一致，所使用的频率的射频偏差必须小于1 Hz，实际输出的功率大小也必须保持一致。

6 DTMB单频网的未来和发展趋势

随着DTMB技术及单频网组网技术水平的快速提升和地面数字信息系统需求的变化，地面数字电视应用进一步增加了对便携可移动终端设备信号接收的要求，使HDTV、SDTV等诸多射频技术的发射范围和传播范围进一步扩大。另外，伴随着智能手机、智能终端等便携终端使用范围的进一步拓宽，终端用户覆盖范围同步扩大，将进一步提高DTMB地面数字技术对移动便携终端的使用要求[5]。另一方面，就固定终端而言，家用型的固定终端在DTMB数字技术的使用和有线数据技术的服务内容上，呈现出互补的基本特质，不论是在城镇还是在农村，地面数字电视和有线数字电视的结合，使电视产业实现了全覆盖，而DTMB将随着技术的不断成熟，成本不断下降，使更多家庭进一步选择DTMB作为其固定收视终端，从而大幅提升我国地面数字技术的市场竞争力。

7 结 语

随着宽带无线通信和广播电视业务的快速增长，运营商不得不面对频率短缺的现实，因此需要使用频谱效率更高的传输技术。单频网由于高频谱效率和易于规划，在提高频谱效率方面的优势越来越被人们所重视，在很多基于DTMB的传输系统中都已经得到广泛应用。

2022年，平阴县、长清区组建跨县单频网将进入具体实施阶段，相信通过这次跨县DTMB单频网的组建实施，定能进一步提升平阴县广播电视基本公共服务的质量和水平，大大提高平阴广播电视台自办节目的覆盖范围，实现中央和省、市、县广播电视节目的无线数字化全覆盖，使平阴县广播电视公共服务体系建设迈上新台阶，为持续推进平阴县经济社会高质量发展提供强大的精神动力和文化支撑。