地面数字电视广播单频网系统及传输覆盖研究

罗辅林，曾中元，罗 涓

（1.岳阳电视转播台，湖南 岳阳 414000；2.湖南省第五工程有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

2019年初，湖南省广播电视局启动省级广播电视节目无线数字化覆盖工程建设工作，于2021年12月完成省级广播电视节目无线数字化覆盖工程整体竣工验收，为全省14个市、州共100座县级以上广播电视发射台站采购大、中功率地面数字电视发射机和相应附属设备设施，通过单频网技术路线，实现全网100座任务台站的协调同步发射金鹰卡通、湖南教育电视台等5套省级电视节目的建设目标。工程分别于2019年、2020年完成一期60座、二期40座任务台站发射系统、天馈系统、单频网延时校正系统、供电系统、空调系统、传输链路及节目总前端等建设，目前全网实现正常运行。本文以岳阳电视转播台地面数字电视广播单频网系统及传输覆盖为案例展开探讨，为其他地区开展地面数字电视广播单频网系统及传输覆盖工程提供参考建议。

1 地面数字电视广播单频网

1.1 地面数字电视广播

我国数字电视广播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）传输技术标准《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（GB 20600—2006）颁布于2006年，规定了UHF和VHF频段数字电视地面广播传输系统信号的帧结构、信道编码和调制方式[1]。国际地面数字电视标准传输经历了美国1995年的先进电视制式委员会标准（Advanced Television System Committee，ATSC），欧洲1997年的数字视频广播标准（Digital Video Broadcasting，DVB-t），日本1999年的综合业务数字广播标准（Integrated Services Digital Broadcasting，ISDB-t）[2]。与美国、欧洲、日本等数字电视标准相比，我国的DTMB标准有显著优点，如与绝对时间同步的分层帧结构，ldpc编码技术降低接收门限，特殊设计的时域序列作为帧头，调制方式采用单载波﹠正交频分复用，编码采用ldpc+bch，支持32.486 Mb·s-1净载荷数据传输率，SDTV及HDTV传输，支持单频组网和多频组网等。我国数字电视广播（DTMB）作为第四个数字电视国际标准，使得电视频道的传送效率大幅度提升，每个频道能传输9～12套标清节目或1～2套高清节目，抗干扰能力强，传输安全可靠，抗邻频干扰能力突出。当前，我国地面数字电视广播主要采用单频网组网模式。截至2020年12月，我国地面数字电视覆盖网全面建成，我国已全面进入数字电视时代。

1.2 单频网

单频网（Single Frequency Network，SFN）是地面数字电视广播的主要组网模式，由多个不同地点和同步状态的发射机组成。各个发射机以相同频率、相同时刻、相同已调射频信号实现特定服务区的可靠覆盖。单频网技术具有节省频率资源、大范围无线覆盖等优势，在实现对特定服务区域可靠覆盖时需要满足频率同步、比特同步、时间同步等要求。地面数字电视广播单频网发射机要保持同步发射，这就要求保证发射机频率精准一致。单频网发射机要严格控制发射时间，确保单频网重叠覆盖区域延时在控制范围，从而达到特定区域的稳定覆盖。单频网所有发射机对发射信号进行数字调制，确保信号逐比特一致。单频网具有先进性、数字化、网络化等优势，可提高频谱利用率，覆盖面积范围大且均匀，满足电磁环境保护标准，可避免对其他无线电业务造成干扰。地面数字电视广播单频网系统由单频网适配系统、单频网节目分配系统、单频网发射系统三部分组成，结构如图1所示。单频网适配系统由单频网适配器、单频网授时接收设备组成，单频网节目分配系统由发送端网络适配器、接收端网络适配器、TS流信号分配网络组成，单频网发射系统由发射机、单频网授时接收设备组成[3-5]。

图1 单频网结构

2 岳阳电视转播台地面数字电视广播单频网系统及传输覆盖情况

2.1 岳阳电视转播台地面数字电视广播现状

岳阳电视转播台是湖南省广播电视骨干高山发射台，有达摩岭基站和金鹗山基站两个基站，承担中央、省、市地面数字电视发射及中央、省、市调频广播的转播任务以及省微波干线的传输任务。岳阳电视转播台地面数字电视广播传输覆盖系统采用的是成都德芯数字科技股份有限公司中央广播电视节目备份与省市县节目共传方案，系统结构如图2所示。采用AVS+专用卫星接收机将卫星节目信号接收解调后输出TS流进切换器，进行主备切换。切换后的TS流送入地面数字电视广播激励器和数字发射机进行发射。本地节目通过AVS+编码器进行编码，经过复用器打包编辑输出TS流到ASI码流切换器进行主备切换，最后送入地面数字电视广播激励器和数字发射机进行发射。岳阳电视转播台基站共两个频道即20频道（中心频率530 MHz）、28频道（中心频率634 MHz）。通过使用AVS+专业卫星综合解码器接收中星6A卫星传送的中一、中七两路数字节目流并利用湖南省微波总站数字微波干线传送的湖南省台AVS+节目流进行复用，分别送至发射机进行发射。采用德芯科技（1 kW）UHF地面数字电视广播发射机，支持单频网和多频网组网方式，支持单载波和多载波模式，提供470～700 MHz全频段带宽内任意8 MHz可设，采用高增益、高线性、LDMOS功放模块，设备具有自动增益控制（Automatic Gain Control，AGC）功能，可保持发射机恒定功率输出，保证发射机的稳定可靠和优越性能[6-7]。

图2 岳阳电视转播台地面数字电视广播传输覆盖系统

2.2 岳阳电视转播台地面数字电视广播单频网改造优化

2.2.1 单频网台站频率指标分配

岳阳电视转播台是湖南省广播电视局广播电视节目无线数字化覆盖工程子基站，达摩岭基站和金鹗山基站是湖南省广播电视骨干高山发射台。2021年3月，《全国地面数字电视700兆赫频率迁移项目 湖南省技术方案设计》发布，至今，湖南省全省已完成频率迁移工作。岳阳电视转播台达摩岭基站和金鹗山基站的频率指配方案（如表1所示）目前已完成。岳阳电视转播台存储及管理台站技术资料，配置单频网系统内各设备，确保单频网系统正常运行和安全播出，对单频网进行优化调整，确保在重叠覆盖区内将相互干扰优化调整至最小。

表1 岳阳电视转播台达摩岭基站、金鹗山基站频率指配方案

2.2.2 信号源传送方案

岳阳电视转播台达摩岭分台现采用数字微波、移动光纤及卫星作为节传方式，为微波省干网中继站，本地节目通过光缆传送。岳阳电视转播台金鹗山分台现用光缆及卫星作为节传方式，中央及省卫视节目主要通过卫星方式传送，本地节目通过光缆传送。岳阳电视转播台地面数字电视广播单频网系统建设落地后，达摩岭基站、金鹗山基站的信号源传输方式有以下几种：第一，采用“卫星接收方式”用于中央电视节目主信号传送链路（达摩岭基站、金鹗山基站）；第二，采用“有线光缆传输方式”作为湖南省及本地电视节目主信号传送链路（达摩岭基站、金鹗山基站）；第三，采用“数字微波传输方式”作为湖南省及本地电视节目主信号传送链路，以及中央电视节目备用传输链路（达摩岭基站）；第四，采用“卫星接收方式”用于中央广播节目主备信号传送链路（达摩岭基站）；第五，采用“差转方式”作为中央电视节目、湖南省节目备用信号传送链路（金鹗山基站-差转信号为达摩岭发射台信号）[8-9]。

2.2.3 天馈改造方案

天馈系统改造遵循“先利旧后新增”的原则，天线安装位置根据天塔实际情况选定，如表2所示。金鹗山分台原DS-44、DS-48与DS-19三频道共用四层偶极板天线，根据频率指配方案，DS-44调整为DS-20，DS-48调整为DS-28。达摩岭分台原DS-28、DS-48与DS-19三频道共用六层偶极板天线，根据频率指配方案，DS-28调整为DS-20，DS-48调整为DS-28。原天线带宽满足调整要求，天线和主馈线可以利旧，多工器需要更换，相应增加硬馈、弯头、连接件等配套设备。改频后，需要对天馈线系统指标进行测试。测试后如不满足新频道发射要求的，需要对天馈线系统进行整体调整，调整后的天线指标应满足新频道的发射要求[10-11]。

表2 岳阳电视转播台达摩岭基站、金鹗山基站天馈改造方案

2.2.4 发射机系统

岳阳电视转播台达摩岭基站和金鹗山基站地面数字电视广播单频网系统建设过程中，发射机系统改造是重点工作，改造方案如表3所示。改造过程中坚持使用国产数字电视发射机，根据实际情况新购或改频、改造为国产单频网数字电视发射机，如现状为多频网发射机，需进行单频网改造处理。新购单频网数字电视发射机含双激励器、GPS/北斗双模授时器。

表3 金鹗山、达摩岭基站发射机系统现状及改造方案

3 结 语

岳阳电视转播台已完成地面数字电视700 MHz频率迁移工作，达摩岭基站和金鹗山基站作为湖南省广播电视骨干高山发射台，通过单频网台站频率指标分配、信号源传送方案优化、天馈改造方案、发射机系统改造等针对性措施，对基站单频网传输覆盖工程进行优化，有助于进一步提升岳阳电视转播台地面数字电视的覆盖质量和服务水平。