地面数字电视单频网重叠区信号分析

2024-01-16 05:07广西广播电视技术中心贺州分中心黄华东
卫星电视与宽带多媒体 2023年23期
关键词:信号强度发射机频谱

■ 广西广播电视技术中心贺州分中心:黄华东

地面数字电视单频网是指位于不同地点的发射机以相同的频率、发射相同节目,实现对一定区域的信号覆盖。在单频网中,地面数字电视重叠区的信号接收是一个非常重要的环节,它直接影响到用户正常收看电视节目。如果单频网信号不稳定,重叠区域出现同频干扰,会导致的信号质量降低、出现马赛克等问题,严重时用户无法正常接收电视节目。因此,地面数字电视单频网重叠区信号分析与处理技术的研究具有重要意义。在这种情况下,地面数字电视单频网重叠区的信号接收不仅要考虑到信号强度,还要考虑到信号同步的问题,以保证用户的收视效果。

1. 数字电视单频网重叠区的信号特征

1.1 信号强度的变化

当地面数字电视单频网组网成功时,即发射机使用相同的频率、各发射台的发射机在时间上保持同步、发射的节目码流相同。此时,重叠区域的信号强度也比较稳定,同一地点没有明显的强弱差异[1],不会出现同频干扰,用户可以正常接收。然而,在实际当中容易受到环境的影响,比如天气等,同一地点不同的时间段会出现场强值的变化,当单频网中某台发射机在时间上不同步时,各发射机的信号强度也可能在重叠的区域相干互相削弱,造成不同程度的干扰;同时由于发射机的不稳定性,当发射机功率变化时,也会造成信号强度的变化,但只要不低于接收机的门限值,用户均可正常接收。具体来说,在单频网系统中,各个数字电视发射机之间的信号输出是同步的,功率也保持相对的稳定,因此信号强度保持相对稳定,不会出现明显波动;当地面数字电视发射机不同步时,来自不同发射机的同频信号在重叠区域就会出现干扰,导致信号波动。由于实际环境的复杂,受高山建筑等阻挡,也会使用接收区域信号强度发生变化。

1.2 图像质量的影响

数字电视与传统的模拟电视最大的不同是将声音和图像数字化,具有良好的抗干扰能力,可提供高分辨率的画面和立体声音效果,不会出现画面失真、杂音等,因此数字电视深受广大群众的喜爱[2]。对于地面数字电视信号受影响时主要表现为卡顿、画面出现马赛克等现象,严重时无法正常接收画面。在正常的情况下,处于同一单频网中来自不同发射机的单频网信号是相同的,接收机接收到的信号也是相同的,此时接收机能正常收看电视节目;当两台发射机的码流不一致时,就会导致接收机无法正常识别,容易出现马赛克等。另外,在移动接收当中会发生多普勒效应,这是由于接收信号与发送信号之间的频率差异引起的,多普勒效应会导致接收到的信号产生频移,使得接收到的信号相对于原始信号发生了变化,这可能会导致接收机解调解码处理后的图像发生变化,出现马赛克、画面不连贯等,并且与接收设备的移动速度有关,而且移动越快变化越大,严重时无法收看节目。多普勒效应还会引起多径效应,即不同路径上的反射信号在接收器处叠加在一起,导致图像质量进一步恶化。

1.3 可靠性问题

地面数字电视单频网重叠区信号的可靠性问题是指在地面数字电视单频网系统中,重叠区域的信号稳定性,这主要包括信号强度的稳定、解调后码流数据的稳定。地面数字电视重叠区域的场强主要来源于不同台站发射机的信号强度叠加,当台站发射机工作不稳定时会影响到重叠区域的信号质量;来自单频网适配器单频网码流如果不一致时,比如帧头PN、编码率、交织深度等不一致,也会对单频网信号产生波动;同时由于单频网需要借助GPS授时器利用北斗卫星的10 MHz作为基准频率和1PPS作为基准时间,如果GPS授时器损坏或者失锁,亦可对单频网造成破坏。另外由于地面数字电视功率放大器的特性,当放大器处于较小功率时容易产生线性失真进而产生相应的幅度失真、相位失真和群延时失真,当放大器处于较大功率时容易产生非线性失真进而导致带外频谱再生造成邻频干扰,带内互调失真信号质量下降。其次,数字电视采用数据压缩和编码技术来减少传输的数据量和提高传输效率也可能会引入一些误差和噪声,从而影响信号的准确性和可读性。

2. 地面数字电视单频网重叠区的干扰情况

2.1 同步噪声干扰

地面数字电视单频网中的天线通常采用全向天线或定向天线等特殊设计来提高接收效果[3]。然而,这些天线的性能可能因制造工艺、安装位置等因素而有所不同;同时,天线和接收设备也可能存在一些差异,如天线增益、方向性、灵敏度等参数的不同,这也会影响同步噪声水平。另外,多台发射机在同一时间段内发射相同的脉冲序列,可能导致同步噪声的出现,并且在地面数字电视单频网的覆盖范围内,由于发射机的位置和天线角度等因素的影响,不同频率的发射机之间的相位差可能存在一定的误差。这种误差可能导致同步信号之间发生交叉调制,形成同步噪声干扰。

2.2 相位干扰

地面数字电视单频网重叠区的多相位干扰是指在地面数字电视信号传输过程中,由于多台发射机同时发送同一频率的信号而产生的相互干扰。这种干扰通常发生在地面数字电视网络中,特别是在重叠区附近交界处。在数字电视系统中,多相位干扰是由于不同发射机的发射功率、频率偏移等因素的不同导致的[4]。当两个或多个发射机在同一时间、同一地点发射时,它们之间的相位差会随着距离的增加而逐渐增大。如果这些发射机的相位相差较大,就会产生明显的干扰效果。此外,当多个信号通过不同的路径到达同一个位置时,它们的相位关系会发生变化,从而形成相互干扰。这种现象通常发生在城市环境中,因为建筑物和其他物体的反射会使得信号在不同方向上传播并产生相位干扰。

2.3 多径效应

在地面数字电视单频网中,由于信号通过不同路径传播到接收端,会产生多个反射、折射和散射等现象,导致信号的多径效应。这些多径信号会与主信号发生混叠,产生干扰和失真效果。具体来说,当两个或多个信号同时到达接收机时,它们会在时间上重叠并相互干涉。这种干涉会导致信号的相位变化,从而影响图像质量和声音清晰度。此外,多径效应对信噪比(SNR)也有负面影响,因为噪声也会被多次放大和衰减而变得更加明显。在重叠区内,不同多径的分量之间存在一定的空间相关性。这意味着它们可能会在某些位置上出现重复或相似的情况,从而进一步加剧了图像质量的下降。在整个过程中,多径分量和台站发射的同步信号之间的相关系数会随着时间的推移而逐渐减小并最终消失为零。这意味着在一段时间内,多个多径分量将不再具有相同的相位,从而降低了图像的质量。这个过程被称为“衰落”。

3. 地面数字电视单频网重叠区信号的评估方法

3.1 频谱仪分析法

频谱仪分析法是一种常用的地面数字电视信号评估方法,其通过利用地面数字电视频谱分析仪测量地面数字电视信号,通过分析频域内信号特征来评估重叠区域内信号质量。首先通过台站发射机检查口,利用地面数字电视频谱分析仪测量,通过分析评估发射的信号质量,其次在单频网信号叠区和不重叠的区域分别测量,通过多次不同点位的测量进行全面分析。在进行频谱分析时,需要选择合适的频率范围和采样率,以确保获得准确的数据。通常情况下,频谱分析仪会提供可视化的频谱图,显示不同频率范围内的信号强度和频率分布情况。通过观察频谱图,可以了解信号之间的干扰情况以及是否存在非法信号传输等现象。此外,还可以使用频谱分析仪来检测和识别广播电视信号中的噪声、杂散信号和其他干扰源。这些信息对于优化数字电视系统的性能和提高用户体验非常重要。

3.2 利用仿真软件分析法

仿真软件分析法是一种评估地面数字电视单频网重叠区信号的方法。该方法利用计算机仿真技术,模拟和预测在特定区域内的信号传播情况、干扰情况和接收效果等。首先,仿真软件分析需要选择合适的仿真软件来建立模拟模型,包括考虑地形地貌、建筑物分布等因素对信号传播的影响;同时还需要考虑不同频率的信号之间的相互干扰和同频邻频信道间的干扰[5]。其次,根据实际情况设定各种仿真参数,如天线高度、发射功率、接收灵敏度等,以模拟实际场景中的信号传输过程,使用仿真软件输入设定的仿真参数,并运行仿真程序,得出在指定区域内各个频点的信号和噪声水平以及信号的传输质量等指标。最后将仿真结果进行数据分析和处理,计算出各个频点的接收性能指标,例如频谱纯度、信噪比等,评估信号的质量是否满足要求。

3.3 使用场强仪实地露测方法

场强仪实地露测方法是评估地面数字电视单频网重叠区信号的一种常用方法。该方法通过测量不同位置的信号强度来确定信号的质量和覆盖范围,从而判断是否存在干扰或信号质量问题。首先,场强实地露测方法会选择一个与地面数字电视单频网重叠的区域。并且,要使用高精度场强仪(如手持式或者便携式)进行测试并记录下每个测试点的场强值。同时,需要记录时间、地点等相关信息。其次,在相同的时间段内,重复进行多次测试以获得更准确的数据,对收集到的数据进行统计分析,计算出平均场强值和平均偏差值。最后,根据标准规范,将平均场强值作为参考值,如果实际场强低于参考值,则说明存在干扰或信号质量问题;反之,如果高于参考值,则表明信号良好。

4. 改善地面数字电视单频网重叠区信号质量的建议

4.1 定期维护和检修

为了保证地面数字电视的单频信号覆盖质量,特别是重叠区的信号质量,需要进行定期的维护和检修。因此,维护人员要对地面数字电视系统的安全性能进行检查,定期清理发射机灰尘,保持稳定的输出功率,通过发射机监控单元检查发射机入反射功率、电压电流、驻波比等,通过发射机激励器检查是否处于单频网模式、信源码流是否正常、10 MHz基准频率和1PPS基准时间是否锁定等。同时还要检查多工器有无发烫过热、天线馈管等有无损伤等,以确保信号输出的稳定性。对于已经安装的地面数字电视系统的主控电脑,定期更新升级软件和防病毒数据库,以确保系统的兼容性和稳定性。此外,维护人员还要根据实际情况调整天线的指向,以确保信号能够覆盖到整个区域。在信号不稳定或有干扰的情况下,可以通过增加天线数量或使用高增益的天线来增强信号强度。

4.2 提高管理水平和加强科技创新

地面数字电视单频网重叠区可以根据不同地区的实际情况,合理规划和分配频段资源,避免相互干扰,在这个过程中通过技术手段对信号进行优化和调整,提高信号的稳定性和清晰度[6]。并且,地面数字电视单频网重叠区还可以引入智能化管理手段,利用大数据分析技术,通过对用户行为和需求的分析,优化信号覆盖策略和资源配置,提高信号质量和服务水平,实现对信号覆盖区域的实时监测和管理。另外,地面数字电视单频网重叠区还要建立完善的网络管理系统,实时监控和调整信号传输过程中的各项参数,包括频率、功率、码率和时延等,方便及时发现问题并进行处理,保证信号的质量稳定。此外,其还可以通过使用更高阶的调制技术和更先进的编码算法,例如,多载波调制、正交频分复用(OFDM)等先进的技术来减少干扰和提高信号质量,提高信号的质量和传输效率。

4.3 引入干扰抑制技术

干扰抑制算法是对来自周围环境中的干扰信号进行识别、分类和分析,并采取相应的处理措施。这些算法可以根据不同的频率范围、信道类型等特征,针对性地抑制或减弱特定类型的干扰信号。在这个过程中,地面数字电视单频网重叠区可以通过增加发射天线和接收天线的数量,增强信号的分散性和抗干扰能力,利用多天线系统将多个信号源的信号分离开来,从而减少相互之间的干扰。此外,地面数字电视单频网重叠区还可以引入频谱管理技术,通过合理规划和管理频谱资源,避免不同信号之间发生冲突。这包括使用动态分配机制,根据不同信号的需求分配频段以及使用频域滤波器来限制某些信号的使用范围。这些措施可以帮助降低干扰信号对其他信号的影响程度。

5. 结束语

地面数字电视单频网在不影响用户体验的前提下,大大节约了频率资源提供更高的传输速率,这样的优势使得地面数字电视单频网具有广泛的应用前景。因此,在未来地面数字电视网络建设中,应充分考虑单频网的特点,特别是重叠区信号情况,合理选择单频网的技术路线,满足用户要求,以适应不断发展的数字电视时代。

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