中央地面数字电视单频网探究

甘杰 黄盈鑫 卢进汉

【摘要】700兆赫频率迁移工作完成后，广西全区广播电视无线发射台站仍保持多频网的播出模式，部分地面数字电视信号覆盖重叠地区出现了比较明显的DTMB信号同频干扰，导致当地的DTMB信号无法正常接收，且收到多起关于地面数字电视无法收看的投诉。随着单频网建设工作的展开，这些情况得到明显的改善，但单频网对设备以及信号源有更高的要求。本文以中央地面数字电视单频网为例，简述了地面数字电视单频网的基本原理、中央节目信源的传输方案以及台站端信源方案，结合平时工作，总结出一些常见故障的分析和处理方法。

【关键词】地面数字电视；单频网；故障

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.01.006

1. 地面数字电视单频网简述

由多台位于不同发射点、同频且同步播出的地面数字电视发射机发射的射频信号组成的网络称为地面数字电视单频网[1-2]。网络中的各子发射机为了实现对特定区域内的有效覆盖，必须以相同的频率、在相同的时刻、发射相同的已调射频信号。

单频网技术不仅使广播电视频谱有效利用率得到很大的提升，而且网络内发射设备的功率效率都得到了充分的利用，另外单频网有更加平滑的覆盖面，各级发射站台可以根据实际情况调整和增加覆盖面，可对覆盖盲区进行补点覆盖等[3]。同时单频网也存在一定的缺点和不足，如不能像多频网一样对覆盖区的某一部分提供相关的业务支持，组网技术所需要的设备比较多、建设成本要高出多频网，网内各子发射台站的覆盖距离有限，容易会因超出接收机多径信号处理范围而受其他网络干扰等。

2. 中央节目传输方案

2.1 总局中央节目信号总体传输方案

中央广播电视节目无线数字化覆盖工程总体方案采用了基于卫星传输地面数字电视单频网的技术方案。如图1所示，该方案中，中央电视節目在进行编码复用后分别通过卫星通道与国干网光纤传输至台站，卫星信号与国干网信号采用了同一套编码复用系统，节目内容基本一致，但是两组信号在后续的传输适配方案不一致，国干网信号未进行加扰加密，并且未进行单频网适配，与卫星信号码流不完全一致，无法实现单频网信号的相互备份。

2.2 基于卫星传输地面数字电视单频网传输方案

如图2所示，总局中央节目传输码流TS经单频网适配器插入SIP，再经过调制发送到卫星，各发射台站通过卫星接收机接收卫星信号，再通过激励器对比处理SIP中的时间信息与本地GPS时间信息[4]，实现单频网时间同步。

3. 台站端信源方案

3.1 信号源分配

3级以上发射台站，继续采用现阶段的设备拓扑，利用IP复用器的透明传输功能，在IP复用器的各ASI通道仅透传卫星信号作为发射机信源。

4级发射台站发射机的IP码流输入通过与台内信源交换机网线直连的方式获取卫星接收机组播信号，ASI输入则采用与卫星接收机直连的方式获取。

3.2 同步基准信号

同一厂家的GPS/BDS双模单频网授时接收设备（授时器）为发射机激励器提供统一的基准时间和基准频率（1PPS、10MHz），以此实现同步组网的要求，不同厂家的激励器在延补偿校准后，也可实现组网同步[5]。

3.3 卫星信号源监测环节

台站原监测系统的拓扑为主卫星信号通过主信源交换机发送，备用卫星信号的监测通过备IP复用器网口3发送。为实现卫星信号源输入到输出的透传，需要删除主、备IP复用器卡1、卡2以及主千兆卡内所有与中央节目相关输出端口的节目复用配置。备IP复用器网口3发送的备用卫星信号的监测业务将受到影响，可采用IP复用器的信号透传、从信源交换机获取等方式解决。

4. 常见故障分析和处理

4.1 卫星信号源故障

引起卫星信号源故障的类型主要有：卫星高频头故障、5G信号干扰、日凌信号干扰、高频头至卫星接收机传输环节故障、卫星机工作异常等几类。

（1）卫星高频头故障：卫星高频头又称低噪声下变频器，其功能是将由馈源传送的卫星信号经过放大和下变频，把Ku或C波段信号变成L波段，经同轴电缆传送给卫星接收机。当卫星高频头出现故障后，将无法接收卫星下发的信号，导致台站卫星信号源异常。应做好卫星天线的防雷措施，确保备件充足，损坏后及时更换。

（2）5G信号干扰：台站端接收的是卫星C波段信号，由于5G信号频率靠近卫星下行频率并且功率大于卫星接收信号，要换用窄带接收高频头，另加带通滤波器加强滤波，进入卫星接收机之前再加一个L波段滤波器。防5G干扰设备通阻频率及运营商5G频率如表1所示。

（3）日凌信号干扰：每年春分和秋分前后，太阳直射点位于赤道。由于通讯卫星大多定点于赤道上空，所以大部分卫星都处在地球赤道上空运行，电磁波对于人造卫星的影响也就最为强烈，在此期间，太阳发出的电磁波与卫星通信的电磁波相互叠加或相互削弱，使用卫星通信的设备将会受到干扰，严重的会造成卫星信号传输障碍。地球上的卫星接收系统在接收到卫星信号时也接收到大量太阳辐射的杂波，无法识别有用信号，造成信号质量下降甚至中断。日凌期间，地面接收的卫星信号源可能会出现黑屏或马赛克状态，这是日凌的信号干扰，一般较快恢复，最长不超过20分钟。

（4）高频头至卫星接收机传输环节故障：主要有同轴线缆损坏、天线防雷器损坏或是功分器损坏，通常为雷击或者老化引起。

（5）卫星机工作异常：电源异常、内部模块损坏、参数错乱、解扰失败、无输出。

4.2 信号源传输环节故障

信号源的传输环节有IP复用器、信源交换机、同轴电缆（Asi）线、网线。当激励器ASI1/2Lock或者IP1 lock指示灯不亮时，而卫星接收机输出正常时，则有可能是信号源传输环节出现故障，这时，可采用直通的方法恢复。

4.3 同步基准信号丢失

单频网的运行离不开授时器提供的同步基准信号（1PPS、10 M），当同步基准信号丢失时，激励器的GPS 1PPS和GPS 10 M指示灯熄灭，这时，激励器就无法运行单频网。授时器通过BNC（Q9）同轴电缆将10 MHz OUT、1PPS OUT接入发射机激励器的10 MHz IN、1PPS IN，1台授时器的输出信号可供多台激励器使用。

引起同步基准信号丢失的原因主要有授时器故障、GPS接收天线被遮挡、GPS天线故障。当授时器液晶显示GPS数量为0，指示灯10 MHz、1PPS、GPS、北斗等灯不亮，表示未锁定信号。授时器正常运行状态如图3所示。

4.4 激励器故障

激励器的工作状态可通过面板指示灯判断，其面板指示灯说明如表2所示。当激励器运行在单频网状态时，“GPS 10 M”“GPS 1PPS”“SFN”指示灯均亮黄灯，如图4所示。常见故障主要有以下幾点：

（1）TS Lose（码流丢失）：表示设备没有接收到输入码流。

情况一：IP输入没有配置对应的节目组播IP地址、端口和对应的协议，或配置不正确等。情况二：有输入码流，当有效码流低于设置的阈值的时候，需要更改激励器门限使得门限低于输入码流有效值。

（2）外部时钟丢失（Ext 10 M Lose）：检查10 M信号连接和来源。

（3）无外部1PPS输入（1pps Lose）：检查1pps信号连接和来源。

（4）无法解析SIP包（SIP lose）：检查输入码流是否是单频网码流。单频网的码流是否经过其他设备对SIP包进行过滤，同时，可查看输入码流是否有Pid为0×15的包。

（5）单频网错误（SFN Error）：检查输入码流的来源，单频网码流是否经过其他设备，该单频网的码流是否进行复用处理。

（6）SFN Delay Error、SFN set error或XFE Delay Error：在菜单SFN state中进行查看这两个时间信息，MAX Delay和Trans Delay，这两个时间信息需要满足 MAX Delay大于Trans Delay。

A：检查输入TS流的传输链路是否有明显增加延时的部分；

B：检查激励器时钟是否设置正确；

C：外部时钟是否未锁定（看授时器状态）；

D：MAX Delay必须大于25 ms（设备内部处理时间）。

4.5 播出节目信号质量不佳

由于功放在对信号进行放大的过程中会产生噪声信号，修改激励器参数后要进行非线性预失真来减少噪声信号，激励器进行非线性预失真会大幅提升信号质量。预失真校正要在发射机正常工作后，工作在哪个激励器就对相应的激励器进行预失真。（即主路工作，就对主激励器预失真；备路工作，就对备激励器预失真）预失真过程中报警：反馈错误（feedback error）：检查反馈输入电平是否在-5--+5 dBm内，检查反馈线的连接是否正常。

4.6 发射机无法自动切换到正常信号源

检查激励器码率切换和报警门限，在0M的情况下，发射机是无法自动切换信号源的。应根据输入节目流的码率，设置合适的门限，当信号源码率低于设定值时，设备自动切到正常信号源。

4.7 卫星单频网信号源中断

单频网模式下，卫星信号源的sip包会告诉激励器使用什么模式调制。如果卫星信号源有错误，会进行保护并切换到单频网以前多频网信号要求的调制模式，此时可采取接入光纤或微波信号源（现阶段为多频网）恢复播出，信号为多频网时会报错，但是不影响发射。当卫星信号恢复时，报警会消失。

4.8 监控单元时间不准确

发射机监控单元的时间不准确，通常是监控单元未能获取授时器的时间引起的。首先检查发射机内部接线是否正确，查看授时器的IP地址是否在192.168.200网段（如不在，则修改为192.168.200网段），最后在监控单元的日期和时间设置项设置NTP服务器IP，输入授时器的IP，以获取授时器时间，实现监控单元与授时器的时间同步。

5. 结束语

单频网布局的落地，对台站设备、节目信号源、授时信号等都有了更高的要求，我们应根据台站实际情况，制定相应的应急预案和应急处置流程，并根据应急预案和流程，加强培训和演练，确保台站广播电视安全播出。

参考文献：

[1]赵海英.地面数字电视单频网组网技术的研究[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（01）：26-27.

[2]陈小兰.浅谈地面数字电视单频网组网[J].西部广播电视，2022，43（13）：231-233.

[3]孙红云.地面数字电视单频网调试常见问题及解决方案[J].广播与电视技术，2020，47（06）：99-103.

[4]潘晓菲.基于卫星分发的地面数字电视单频网应用系统技术分析[J].现代电视技术，2015（05）：123-125

[5]沈能源.基于IP信号传输的省域地面数字电视单频网组网[J].广播电视信息，2019（04）：87-92.

作者简介：甘杰（1992—），男，广西兴业人，本科，工程师。研究方向：广播电视无线发射；黄盈鑫（1996—），男，广西贵港人，本科，助理工程师。研究方向：广播电视无线发射；卢进汉（1998—），男，广西平南人，本科，助理工程师。研究方向：广播电视无线发射。