基于双模接收机的地面数字电视广播无线覆盖系统设计

刘耀昱

（乌海市文化广电事业发展中心，内蒙古 乌海 016000）

0 引 言

随着信息网络、融媒体等媒介的普及，广播电视行业迎来了新一轮变革。此外，随着大数据、云存储等技术的持续推动，产业结构不断转型，业务模式不断升级。作为地面数字电视广播的核心技术，单频网具有资源利用率高、信号覆盖面广以及动中通能力强等数字化和网络化特点[1]。依据《全国地面数字电视广播频率规划》（以下简称《规划》）的要求，国家在2020年已基本建成覆盖全国的地面数字电视广播网络体系，并计划在5年内依托数字技术和网络架构快速实现基于卫星传输模式的单频网智能化和无人化运维。因此，展开基于复杂电磁环境下的单频网覆盖区域接收能力研究，尤其是针对信道衰落、时延效应等现实问题的研究十分重要，一定程度上决定了全国地面数字电视广播的整体建设水平和运行能力。

1 系统建设方案设计

1.1 核心技术背景

数字多媒体广播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）的主要信息通信方式包括有线通信、地面通信以及卫星通信等。地面通信极易受到环境和人为因素等影响而造成通信性能不稳定，甚至出现故障，因此对地面数字多媒体广播的技术机制和通信协议等标准要求更高[2]。地面数字电视广播的关键技术包括信号发射技术、编解码与格式变换技术、调制解调技术、条件接收技术（Conditional Access Technology，CA）以及业务运营支撑系统（Business &Operation Support System，BOSS）等。

1.2 主要设备组成

以基于双模接收机的信源接收装置1 kW数字接收机为例，在主信源出现异常情况时，随时切换备用信源，即双信源实现自主响应。高频头、转换器、增益控制器（功放）以及滤波器组成的前置电路系统可实现非线性高增益信号放大功能，并部分完成降噪和抗扰等工作，是数字接收机系统的核心组件。该模块可利用BUK7Y14-80EX功放管，完成甲类和乙类功放。300wblf888a主机数字模块可向终端用户输出高达1.6 kW的功率，满足远距数据通信的实际需求[3]。为了有效对接中置电路，设备在前置部分设计了多级并联和定时多域的控制系统。定时装置实现接收功率的有效监控，中置电路的导频锁定检测模块，后置电路的信道模式检测模块是否能够实时响应数字发射机对应的工作模式，并自适应识别环境和人为等因素对系统工作的影响，保证多级电路的稳定高效运行，如图1所示。

图1 1 kW数字接收机系统组成

1.3 系统方案设计

地面数字电视广播无线覆盖系统主要由自主切换装置、接收机系统、信号转码与信道复用设备、信号解码与解调系统以及终端发射模块等组成。

该系统采用自主响应的主/备信源切换装置，以现行国际通用的音视频编码标准（Audio Video coding Standard，AVS）作为地面数字信号，采用卫星通信信号等信源的唯一编码方式进行数字压缩和格式转换，通过数据交换机和管理交换机实现数字信号多路拆分，并经统计复用器、总线接口（Actuator Sensor Interface，ASI）码流切换器以及激励器等完成信号的后续处理，以满足终端发射的标准要求[4]。

系统方案设计考虑来自卫星接收站的输入信源在编码形式和频点使用上存在的差异，需要自主完成接收器的切换，并依托信道的多路复用、信号的解码解调、中段滤波以及二次激励完成终端发射准备，以提高系统智慧运维的稳定性[5]。

2 系统建设方案实施

2.1 配置前置组件

前置组件的建设基于数字电视媒体综合处理平台和异步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）码流架构完成，相关信息如表1所示。硬件设施搭建在一体化平台上，通过预留通用性接口和模块化插件能够随时根据需求定制功能，实现功能融合的积木效应。软件模块对接终端需求，更加强调广域、稳定、高效、大数据量以及核心运算能力等，即在多类输入和多样干预的模式下完成信号接收、处理以及发射程序，并实现基于ASI码流的输出信号样式和制式可选，依托综合处理平台进行一体化处理[6]。

表1 前置组件相关信息

2.2 配置发射系统

基于双模接收机的地面数字电视广播无线覆盖系统通常配置2台大功率（1 kW）发射机，并激活514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）2组有效频率点。

2.3 预期建设效果

为取得较好的信号广域覆盖性能，DTMB建设时一般以单频网组建，以空间多模方式提升覆盖面积和性能，如图2所示[7]。省（市）级广播电视台站通过建立DTMB单频网发射点（主级链路与备级链路），不仅能够跨越式提升覆盖性能，而且能够通过从站信源的反馈机制得到系统运维实时数据，有效增强地面数字电视广播无线覆盖系统的稳定性。

图2 系统功能实现图

3 系统性能模拟测试

3.1 前端指标

在系统前端对信号进行模拟测试，主要是通过JC503-SPA-11P便携码流分析仪完成对2路信道514 MHz（DS-18）和 658 MHz（DS-31）中 ASI码流ETSI TR 101-290的信号检测与误差分析。514 MHz（DS-18）信道中ASI码流包括多路卫星信号和本地信号，主要由卫星完成信号接收、滤波以及一系列处理过程，与本地原始信号复用变换后进行发射[8]。658 MHz（DS-31）以卫星信号为主，直接由卫星实现接收后的二次发射。

3.2 信号覆盖效果测试

3.2.1 覆盖性能模拟计算

依据省市级广播电视发射台站的技术参数，对514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）这2组频点实际的信号覆盖性能进行模拟测试，采取新的系统建设方案，真实覆盖效果可形成半径为5 km的球形覆盖[9]。

3.2.2 定点检测

根据覆盖性能模拟计算效果，进一步确认接收该无线覆盖信号指标，选取适合点位展开定点检测。对于接收机而言，利用全向天线，设定好主瓣方向。一般条件下，设置接收天线的高度为4 m。

待测参数主要包括指定信道、信号幅度以及覆盖性能，结果如表2所示。可见，系统运行正常。

表2 定点检测结果

3.2.3 移动检测

根据覆盖性能模拟计算效果，选取10个移动接收站点实施移动检测，选择全向天线，不考虑主瓣方向，对所有方向的检测信号均进行无差别接收。设置接收天线的高度为1.5 m，此时移动信源基本维持匀速。

待测参数结果如表3所示。

表3 移动检测结果

根据定点检测与移动检测结果可以看出，通过单频网实现DTMB可以达到较好的信号覆盖性能，基本能够实现系统的正常运行，即通过不断优化调节发射机参数和接收系统配置指标等，可以在大幅降低信道影响的前提下，提高基于双模接收机的地面数字电视广播无线覆盖面积和接收效果[10]。

4 结 论

设计的无线覆盖系统采取基于数字电视媒体综合处理平台和ASI码流架构的前置系统配置，利用双模接收机的优异性能，结合单频网的组网优势，解决了传统前置、中置以及后置部件难以协同、系统整体性不强以及一体化功能难以发挥等问题。通过多路信源融合、采取信道复用以及信号解码等处理技术，完善了系统运行的稳定性和有效性，并预留了扩展接口，在实现功能拓展的基础上，为未来无人化、智能化台站建设奠定了基础。