数字电视广播单频网组网实现与关键技术评价

【摘要】数字电视广播是互联网时代传统媒体发展的变革的主要方向，利用数字化技术从而丰富电视广播的节目内容，同时支持个性化的定制，满足在广大人民群众的实际需求。随着数字广播电视的不断普及，信号网络覆盖范围不断扩大，频谱资源利用率遭遇瓶颈，为了提供更稳定的数字信号，需要优化组网方案，提升频谱资源利用率，推动数字广播电视的持续发展。因此，本文对数字电视广播单频网组网实现与关键技术进行研究，试图为之提供行之有效的可行性建议。

【关键词】数字电视;单频网;组网模式;关键技术

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.09.001

现代科学技术改变了人们的生产生活方式，同时，不断的提升对物质生活和精神生活的追求，对其依赖程度也越来越高。在数字化时代，广播电视作为信息传递的重要媒介，信息传递的方式和内容都产生了巨大变化，传统模式无论是在画面质量和节目内容方面，已经无法满足信息化时代的发展需求，地面数字电视广播正是基于互联网技术和数字技术的基础上发展起来的，与传统模拟电视相比，节目内容更加丰富，画面更加清晰，能够有效提升用户的服务体验。现阶段，我国数字电视广播技术拥有较大的发展空间，相关数字广播电视的技术得到了迅速普及，但是在发展过程中仍然存在一些问题，例如：频谱资源的使用就成为影响电视广播用户体验的重要因素，为了能够有效改善频谱资源过度紧张的问题，使用单频网组网技术，通过同频、同时、同比特的方式传输电视广播信号，在降低干扰的同时可以提升频谱资源的利用率，使其成为数字电视广播组网技术的首选。

1. 单频网组网技术发展评价

在数字化时代，人们接收信息和发送信息的频率越来宽泛，电视广播播放媒介也不再受限于传统模式，更多的移動终端让信息传播的媒介朝着更加灵活和自由的方向发展。数字电视广播的普及，让人们可以不受时间和地点的限制，充分利用碎片化的时间浏览和观看电视广播节目。数字电视广播在灵活性、个性化的用户体验方面有着非常明显的优势，作为一种全新的媒体技术，信号传输的全过程都实现了数字信号的发射和传输，极大地丰富了数字电视广播的节目内容和使用功能，同时画面的质量也有较大提升，由此可见，数字电视广播技术的产生顺应了时代发展的潮流。下面就对数字电视广播单频网组网技术的发展现状进行详细分析：

1.1 国外发展现状

单频网组网技术最早起源于西方国家，目前在国际上存在的标准包括，DVB-T（Digital Video Broadcasting Terrestrial）欧洲通用地面数字电视标准、ATSC（Advanced Television Systems Committee）美国数字电视标准以及ISDB-T日本数字电视标准。数字电视广播单频网组网技术最开始是与正交频复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）相互融合的一种多载波调制方式，该方式组要是将固定频率的信号作为一个独立的OFDM，每个OFDM单元则是由固定数据段和导频信号组成，由于OFDM支持独立的载波调制方式，因此，使得单频网组网技术在保护间隔方面有较大优势，信号在保护间隔内不会产生相互干扰，甚至能够有效增强信号功率，发射机在同一频率上能够产生大量多径，利用有效的组网方式可以清楚处理复杂的多径信号。

1.2 国内发展现状

我国关于单频网组网技术研究起步较晚，目前仍处于发展阶段，对于单频网组网技术的研究，包括PN序列帧头的设计和保护间隔的设置方法、低密度校验纠错、同步可寻址多层信道帧结构、系统信息的扩频传输。现行的数字电视广播传输标准，包括多载波和单载波两种模式，其中多载波模式中时域同步正交频复用调制支持单频网，而单载波模式可以通过信道估计和均衡算法降低多径信号衰落问题，同样支持单频网组网技术。就我国目前的研究现状来看，单频网组网技术还处于发展阶段，相关技术并不成熟，在单频网网络规划、组网模式选择、单频网覆盖重叠区域性能以及节目分配方面存在一些问题，这些都严重阻碍了单频网组网技术的发展，因此，有必要对其关键技术进行深入研究，加快我国数字电视广播的发展。

2. 数字电视广播单频网组网技术特点

数字电视广播主要是将电视广播节目信号转化成数字信号的方式进行传播，整个系统包括数字电视节目集成系统、地面数字电视节目传输系统以及发射系统三个部分，与传统模拟电视广播相比，可以通过节目继承的方式优化节目传输内容，提升频谱资源的利用率。单频网作为数字电视广播主要的组网方式，可以优化信息传输效率，同时正在信号覆盖质量方面也发挥着重要作用，通过合理的网络规划、选择合适的组网模式，提升覆盖区域的信号接收效果，分配频谱资源，让数字电视广播信号能够为更稳定的传播。

为了能够进一步推动我国数字电视广播的发展，需要对原有模拟传输系统向数字传输系统进行转变，持续扩大地面无线电视广播的网络覆盖范围。与传统模拟信号相比，数字电视广播通过同频率、同时间以及同比特的方式进行信号传输，最大限度的降低了无线信道的多径干扰，提升电视广播的节目质量下面就对数字电视广播单频网组网技术的特点进行详细分析：

2.1 单频组网的基本原理

单频网组网过程中，需要确保信号发射的频率同步、时间同步以及比特同步，因此，在组网过程中需要对这三要素进行重点部署。其中频率同步主要是确保接收机可以接收到频率相同的信号，为了满足频率同步的要求，需要将每个发射机中的振荡器，按照统一的参考振荡源设置相同频率，满足信号发射的精度。时间同步是指发射机信号与接收机之间的信号时延要能够抵抗多径时延的范围内，即发射机上同一个信号在相同的时刻发送。在实际组网过程中，会存在某个特定发射机的发射时间偏差，此时可以对覆盖区域内进行调整，确保信号时延在适当的范围内。比特同步是指单频网覆盖范围内的发射机在相同时刻发送相同频率的信号，需要满足每一信号帧在各个发射机中的数据逐比特相同。为了确保比特同步，需要在输入单频网中的各个激励器的码流进行调制，确保输入的码流分组相同，对一个信号帧调制的数据逐比特对应相同。在单频网组网技术应用过程中，可以根据地面数字电视广播网络的覆盖范围，在满足最大间距的情况下，利用站台密度、间距、功率等因素组建多种单频网传输模式。19EBBE15-BD39-4D6C-8397-4ECF8B1DC379

2.2 单频网组网技术的特点

单频网组网技术的应用，不仅可以提升数字电视广播信号传输的覆盖范围，而且可以有效地节约频谱资源，提升数字电视广播频谱资源的利用率。在单频网组网技术中可以利用同频直放补发的方式，解决覆盖盲区信号接收效果较差的问题，最大限度地提升覆盖范围内的信号接收效果。由于数字信号在传输过程中可以抵抗信道带来的多径干扰，因此，单频网组网技术的应用可以实现邻频信号传输，进一步节约频谱资源。此外，单频网技术还可以有效提升网络的功率效率，在单频网覆盖范围内，任意一个接收机可以接收来自区域内不同发射机的信号，同时也可以接收多路折射信号和反射信号，在多径传输的过程中，可以通过降低某一个接收点的场强变化范围的方式进行信号传输，对发射机本身的功率要求较低。由于单频网组网技术采用全向接收天线，支持多径传输，这些多径信号可以有效解决单一信号发射点带来的信号衰减问题，通过降低接收点周围的场强，可以让单频网覆盖区域内信号传输更加平滑和稳定。数字电视广播单频网组网技术在设计过程中，支持对原有模拟信号系统的优化和升级，通过信号编码技术可以消除噪声影响，提升信号传输的抗干扰性能，并且有效的扩大了数字电视广播网络覆盖范围，而且单频网发射站点和同频直放站支持灵活部署，可以满足不同情况下单频网的覆盖需求。

3. 数字电视广播单频网组网技术设计和实现

数字电视广播单频网组网技术中在网络覆盖范围内的所有发射点，需要同时、同步发射相同内容的射频调制信号，整个过程中必须确保信号的时间同步、频率同步以及比特同步。组网过程中应用到的关键技术，包括：单频网网络规划、组网模式选择、重叠覆盖区域信号接收、节目分配网络。下面就对数字电视广播单频网组网技术实现进行详细分析：

3.1 单频网网络规划

单频网组网过程中，首先需要对网络进行合理规划，确保网络覆盖范围内信号传输的时间同步、频率同步以及比特同步。在规划过程中需要根据网络覆盖范围内场强大小和保护率等参数优化单频网台站的位置、发射天线方向，减少单频网信号传输造成的干扰，提高网络覆盖范围内信号传输的质量。单频网系统框架如下图1所示：

3.2 组网模式选择

考虑到数字电视广播单频网组网过程中信号传输保护间隔的问题，需要不断调整台站间距，在满足最大台站间距的情况下，进行单频网组网，台站密度、间距、功率大小可以进行灵活调整。此外，还可以通过对保护间隔长度、纠错码码率、符号映射等关键参数进行调整，形成多种单频网组网模式，满足各种情况下的网络覆盖需求，极大地推动了数字电视广播技术的发展。

3.3 重叠覆盖区域信号接收

重叠覆盖区域的信号接收，一直以来都是困扰数字电视广播信号传输质量的重要问题。由于数字电视广播信号在传输过程中支持多径传输以及抗干扰的特点，使其信号在覆盖区域内可以进行重叠，并且在信号重叠的过程中不会产生同频干扰。但是在实际应用过程中，单频网覆盖范围内仍然存在信号接收效果不理想的区域，严重影响了数字电视广播的用户体验。因此，需要重点考虑网络覆盖范围内的信号接收问题，合理规划接收机位置、功率大小、台站信号时延以及接收机性能等各种因素，有效的提升数字电视广播单频网覆盖范围和信号传输质量。

3.4 节目分配网络

数字电视广播单频网组网过程中，为了确保信号的同步发射，电视广播信号需要从源头进行合理分配到各个发射站点。数字电视广播的节目信号传输，包括直接传送数字格式的节目信号，发射站采用相同的数字格是分散调制射频信号，此外，还可以将调制好的射频信号传送至单频网发射站点。如果使用数字格式分配节目信号，需要在数字格式的码流中插入单频网控制包，从而实现同时间、同频率、同比特传输。现阶段，数字电视广播单频网组网中节目分配网络利用光纤、数字微波等多种方式，关于单频网的组网需求对节目分配网络的优化和升级将是数字电视广播技术未来发展的主要方向。

4. 数字电视广播单频网组网技术的应用

现阶段，节目分配网络方式包括光纤、数字微波等，如果节目分配网络达不到单频网组网要求，则无法实现信号频率、时间、比特的同步，从而影响单频网覆盖范围和信号传输的效果。使用单频网组网模式，要求发射机信号频率、时间、比特同步，根据最低接收场强和保护率规划参数的情况下，提高單频网覆盖范围内的信号传输质量，最大限度的避免信号干扰，提高网络覆盖范围。

目前，现行的数字电视广播标准的基本传输单元为信号帧，即数据链路层的协议单元，分为帧头、数据部分以及帧尾三个部分，帧头是提供快速同步和高效信道的PN随机序列，该序列具有良好的自相关性，相关运算在时域内进行，可以在短时间内完成同步传输。帧头序列越长，抵抗多径传播时延的效果越好，但是，序列长度的增加，也会降低信号传输的净荷数据率。数据部分包括电视广播节目的数据包，帧尾包含同步信息、地址信息以及其他控制信息等。数字电视广播单频网中信号发送端完成从输入数据码流到信道传输全过程的转换，输入的数据码流经过扰码器、向前纠错编码，完成比特流的映射，在进行交织形成基本的数据块，数据块与系统信息复用后，经过帧体数据处理，帧体与相应的帧头复接组成信号组帧，经过基带处理后转换成基带信号。数字电视广播在信号传输过程中会遇到多种复杂的情况，包括不同建筑、不同地形造成的反射信号，在单频网覆盖范围内，多径信号会对发射机的信号接收效果产生较大影响，严重时会影响正常的信号接收。例如：从远距离发射机传来的信号时延大于接收机多径时延承受范围时，需要选择合适长度的帧头序列，降低单频网内的信号干扰，对于多进制数字调制，当信道频带受限时，进行数字调制的方式增加信息传输速率，提高频谱资源利用率。数字电视广播单频网需要通过节目分配网络，将电视广播信号传送到发射站点。单频网节目分配网络包括射频信号集中产生和分散产生两种方式。采用集中传输时为了确保每个发射站点信号同频、同步，可以使用同一个调制器来发射主站信号，通过无线传输的方式发送至各个站点。分散信号传输是目前常用的单频网节目分配网络形式，通过数字基带将节目传输分配网传送到各个发射站点。

5. 总结

综上所述，在数字化时代，科学技术的不断更新给人们的生活方式带来了巨大的变化，信息交流变得更加密切，信息交互的方式和设备也更加智能，人们追求高质量的生活方式。在大众媒体方面，数字电视广播技术的应用满足了人们对节目内容以及画面质感的要求。在数字电视广播发展过程中，单频网组网技术凭借其频谱资源利用率以及广域的覆盖面积成为数字电视广播组网模式的首选。因此，本文分析了数字电视单频网组网技术在国内外发展的现状，了解到目前同步可寻址多层信道帧结构、系统信息的扩频传输是国内关于数字电视广播领域研究的主要方向。通过介绍单频网组网技术的特点，阐述了单频网技术可以有效扩大数字电视广播网络的覆盖范围，而且可以有效地节约频谱资源，提升数字电视广播频谱资源的利用率。最后，总结数字电视广播单频网组网过程中应用到的关键技术，包括的单频网网络规划、组网模式选择、重叠覆盖区域信号接收、节目分配网络。通过科学合理的网络规划以及单频网模式的选择，提升数字信号传输的质量和效率，灵活高效的组网模式，可以适应不同的应用场景，有利于数字电视广播技术的整体发展。

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作者简介：李玮，山东乳山人，副高级工程师，研究方向：广播电视发射.19EBBE15-BD39-4D6C-8397-4ECF8B1DC379