文成县地面数字电视单频网组网技术与实践

胡永相

【摘要】文成县地处山区、地形复杂，为了提高地面数字电视的覆盖范围和信号质量，本文研究了文成县地面数字电视单频网组网技术与实践。首先介绍了单频网组网技术的特点、构成和关键技术，接着探讨了单频网组网技术在文成县地面数字电视广播系统中的应用和实践，最后在文成县地区进行单频网组网测试，评估了该技术在提升信号覆盖范围和质量方面的效果。测试结果表明，单频网组网技术能够有效提高信号覆盖范围，降低系统建设和维护成本。

【关键词】地面数字电视；单频网组网；技术与实践

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.01.011

随着数字技术的不断发展和数字电视的普及，地面数字电视成为了人们获取信息和娱乐的重要途径。而地面数字电视单频网作为一种有效的组网技术，可以提供更好的信号覆盖和接收质量，为用户提供更好的观看体验。文成县作为一个地区性的城市，面临着数字电视信号覆盖和传输质量等方面的挑战。地面数字电视单频网技术可以有效抑制多径干扰，减少信号丢失和图像质量下降，提供更稳定、清晰的电视节目观看体验。地面数字电视单频网技术可以通过合理的网络拓扑结构设计和频率规划，实现更广泛的服务覆盖，提供更多地区的数字电视节目接收和播放服务。通过地面数字电视单频网的建设和优化，可以提高地方广播电视传输的技术水平和服务质量，促进地方广播电视产业的发展，对地方经济起到积极的推动作用。因此，本文探讨了文成县地面数字电视单频网组网技术与实践，以期为解决文成县电视信号覆盖问题提供参考借鉴。

1. 地面數字电视单频网组网系统概述

1.1 地面数字电视单频网组网技术

地面数字电视单频网组网技术是一种用于地面数字广播系统的网络组网技术。在传统的地面数字电视广播系统中，每个电视频道需要独立的频率进行传输，这会导致频谱资源的浪费和频道间的干扰。而单频网技术通过将多个电视频道合并到一个频率上进行传输，实现了多个电视频道共享同一频率资源的目的。具体来说，地面数字电视单频网组网技术利用相应的复用器和编码压缩处理设备来处理节目流和信息数据流。这些设备通过输出TS信号，并将信号送入单频网适配器进行TS/ASI码率适配。通过TS/ASI码率适配，可以将TS信号的码率调整为适合单频网传输的速率，以确保信号的稳定传输和高质量的广播[1]。

通过接收GPS卫星的信号，适配器可以获得高精度的时间参考，从而实现各站点之间的时钟同步。这样可以确保单频网中各个发射站的工作时钟保持一致，避免信号冲突和传输错误。通过融合GPS技术和ASI/DS3适配器，单频网适配器能够实现高精度的时钟同步和有效的码流传输，从而提高单频网的性能和广播质量。通过采用百分百透明的传输方式，可以确保传输过程中不会发生任何信号丢失、变形或错误的情况。这样可以最大限度地保证传输的有效性和准确性，使得各个传输流程中的码流保持一致。

这种技术可以有效提高频谱利用率，减少对频谱资源的需求，并且能够降低系统成本和提高传输效率。地面数字电视单频网组网技术的应用可以广泛涵盖地面数字电视广播系统，特别是在资源有限或频谱资源紧张的情况下，可以提供更多的电视频道选择，提高用户的观看体验。此外，该技术还可以降低能源消耗和减少对环境的影响，具有较好的可持续性发展潜力。

1.2 地面数字电视单频网特点

地面数字电视单频网（Single Frequency Network，SFN）具有以下几个特点：

覆盖范围广：地面数字电视单频网通过多个发射台同时发射相同的信号，可以实现信号的无缝覆盖。相比于传统的多频网，SFN能够减少不同频率之间的干扰，提高信号的覆盖范围。

接收质量稳定：由于多个发射台同时发射相同的信号，接收设备可以从不同的发射台接收到相同的信号，减少了多径干扰和信号衰减对接收质量的影响。这使地面数字电视单频网能够提供更加稳定、清晰的信号质量。

频谱利用率高：地面数字单频网采用正交频分复用技术（OFDM），将频谱划分为多个子载波进行传输。通过合理的子载波分配和调制方式选择，可以充分利用频谱资源，提高频谱利用率。

抗多径干扰能力强：由于采用OFDM技术，地面数字电视单频网在时域上具有较好的抗多径干扰能力。通过添加循环前缀，可以消除多径引起的时延扩展，降低码间干扰，提高信号的抗干扰能力。

灵活性和可扩展性：地面数字电视单频网具有较高的灵活性和可扩展性。可以根据实际需求和网络规划进行发射台的布局和频率规划，以适应不同地区和不同覆盖需求。同时，SFN还可以与其他无线通信系统进行共享和协同工作。

1.3 地面数字电视单频网的构成

基于射频产生方法的不同，地面数字电视单频网又可以分为二个类别：①基于射频信号分配方法的单频网。在这种情况下，主发射站负责产生和发射整个覆盖区域的射频信号。主发射站通过发射设备将数字电视信号转换为射频信号，并通过天线进行广播传输。这种方式要求主发射站能够满足整个覆盖区域的射频信号，对主发射站的设备和技术要求较高，故使用频率较低。②基于基带信号分配方式的单频网。在这种单频网中，数字电视射频信号被分配到各个从站，然后再由从站进行发送以实现从站区域的覆盖范围。主发射站将地面数字电视信号转化为基带信息，并经由互联网传送给各个从台站。地面数字电视单频网的构成主要由发射站设备、单频网适配器、GPS时钟接收设备、地面数字电视发射机等，其具体结构如图1所示。

2. 地面数字电视单频网组网的关键技术

2.1 SDH网络传输

SDH（Synchronous Digital Hierarchy）传输网络是一种同步数字传输技术，用于在光纤或微博链路上传输数据和信号。它是一种层次化的传输结构，通过将数据划分为不同容量等级，实现高速、可靠的数据传输[2]。SDH传输网络采用了一系列的信息结构等级，包括STM-1、STM-4、STM-16、和STM-64等级。其中STM-1是最基本的等级，传输速率为155.520 Mb/s。每个STM-1帧由9行和270列组成，共计2430个字节。每个字节包含9位有效数据和3位保护性信息。

地面数字电视广播单频网节目传输网络通常采用光纤+SDH和数字微波+SDH两种类型。光纤+SDH是指利用光纤作为传输介质，通过SDH（同步数字体系）技术进行信号传输和管理。光纤具有高宽带、低损耗、抗干扰等优势，可以有效地传输数字电视信号，而SDH技术能够对信号进行同步、时钟恢复和错误检测等处理，保证信号的稳定传输和高质量。通过将节目ASI流和管理单元指针信息复用成DS3信号，再经过STM-1传送模块和光纤网络的传输，完成整个节目的传输过程[3]。数字微波+SDH是指利用数字微波技术进行信号传输，并结合SDH技术进行管理。数字微波具有高频率、大容量的特点，可以实现远距离的信号传输，结合SDH技术，确保了信号的稳定传输和质量。

2.2 单频网发射系统

单频网发射系统是用于地面数字电视广播的一种系统，它能够同时向多个设备发送相同的广播信号。该系统通过把不同的广播节目转换为数字信号，并使用特定的调制和传输技术，将这些信号传输到广播发射塔或天线上，从而实现对广播节目的无线传输。单频网发射系统通常包括编码器、调制器、功放器、天线系统、控制系统等。其优势在于能够通过单一的频率传输多个广播节目，减少了频谱资源的占用。同时，由于所有接收设备接收的是相同的信号，可以避免多频道干扰和频率冲突的问题。

3. 文成县地面数字电视单频网

3.1 系统架构

马山广播电视转播台位于文成县境内海拔892米的马山黄泥岗头山顶，该位置地势较高、视野开阔、无遮挡，方便接收到良好的卫星信号。马山广播电视转播台的发射台原本使用DS-19和DS-28两个频点进行发射，文成县融媒体中心按照上级统一部署积极实施中央广播电视节目无线数字化700兆赫频率迁移项目后，本地单频网系统及迁移项目实施完成后，中心现有3台发射机已经正常工作，分别是DS-19、DS-28作为中央无线覆盖，DS-13作为本地系统用。DS-19和DS-28两个频道通过双工合成后送至天线发射覆盖，发射机输出接入多工器宽带输入口，将DS-13本地频道送入现有天馈系统，与DS19和DS-28共用系统进行发射覆盖。系统架构见图2。

3.2 SFN组网

通过使用SFN适配器和GPS接收器，系统可以实现多个发射台之间的同步操作，避免同频干扰，并确保信号接收成功。使用SFN适配器对传输流进行MIP处理，并结合精确的GPS接收机提供的参考信号，SFN系统可以实现发射台之间的频率和时间同步。同时，采用PN420模式的保护间隔设置，可以有效消除同频干扰现象，确保系统正常运行。

3.2.1 激励器与GPS

激励器（Exciter）是广播和电视传输系统中的一种设备，其主要作用是将音频和视频信号转换为适合广播传输的调制信号，它在广播和电视传输系统中起着至关重要的作用，确保信号的质量和兼容性，以便接收到清晰、稳定的广播和电视节目。马山广播电视转播台采用高斯贝尔（型号GQ-3760）激励器，它具备先进的调制技术、信号处理功能以及可靠稳定的性能，为节目的传输提供了可靠的支持[4]。同时，配置一台GPS/BD X（GPS/北斗双模）接收机，通过该接收机，激励器能够获取高精度的时间参考。每秒一个脉冲的1 PPS信号提供了精确的时间基准，而10 MHz标准频率则用于确保频率同步。通过GPS/BD X接收机和激励器的协同工作，单频网组网可以实现高精度的频率和时间同步，提供稳定、可靠的广播服务。

3.2.2 地面数字电视发射机

地面数字电视发射机是用于将数字电视信号转换为无线电信号并进行传输的设备，它可以接收来自编码器的数字电视信号，并进行调制、编码和解调等处理，将数字电视信号转换为适合的无线传输调制信号。发射机具有功率放大器，可用于增强调制信号的功率等。马山广播电视转播台采用一部高斯贝尔地面数字单频网电视发射机（型号GT-5900 A-1000），功率为1000W。在台站配置一台桥式双工器，将DS-19和DS-28两个频道的发射机输出信号合为一路，接受来自两个发射机的信号，并将其合并成一个复合信号，这个复合信号通过天馈线传送到铁塔上的4层4面偶极子发射天线，由发射天线将信号进行辐射和发射[5]。

3.2.3 其他配套系统

为了确保地面数字电视系统的正常运行，还需要改造其他配套系统，以确保系統的可靠性和稳定性，这些系统包括供配电系统、监控管理系统、防雷接地系统等。这些配套系统能够确保系统持续稳定地运行，并提供高质量的数字电视信号传输服务。

4. 地面数字电视单频网组网技术测试

使用专业设备对系统进行TR 101-290监测测试，该测试用于地面数字电视广播系统的监测和测试，评估数字电视信号的质量和性能，以确保广播系统的正常运行和信号传输的可靠性，测试结果见表1。经过TR 101-290监测，结果显示一级和二级均无错误。对系统各指标进行分析，各项指标都符合相关技术标准，符合数字电视地面覆盖传输要求，这表明单频网组网技术在文成县地区的实践中取得了良好的效果。

5. 结束语

本文介绍了单频网组网技术在文成县地面数字电视广播系统中的应用和实践。通过采用单频网组网技术，可以有效提高信号的覆盖范围和质量，降低系统建设和维护成本。单频网组网技术具有频谱效率高、抗多径干扰能力强、成本低和信号覆盖范围广等技术优势，使得单频网成为地面数字电视系统中的一种重要组网技术，能够提供更好的信号质量和用户体验。随着技术的不断发展和创新，单频网组网技术有望在地面数字电视广播系统中得到更广泛的应用，同时，随着无线通信技术的进步，单频网组网技术能够在其他领域发挥更大的作用。

参考文献：

[1]滕旭光.地面数字电视三级单频网系统建设[J].电视技术，2023，47（06）：116-119.

[2]周钦勇.地面数字电视单频网的建设及应用[J].西部广播电视，2022，43（23）：238-240.

[3]石嵬.大连市广播电视节目地面无线数字化覆盖工程单/多频网混合组网建设方案[J].广播电视信息，2022，29（11）：86-88.

[4]庞宏杰.地面数字电视单频网同步研究[J].电声技术，2023，47（05）：67-70.

[5]杨方正，葛东，浮沉，孙鹏程，侯蒙学.地面数字电视单频网系统分级建设研究[J].广播与电视技术，2022，49（04）：83-89.