地面数字广播电视技术的优势与应用

【摘要】为充分发挥地面数字广播电视技术的优势，推动广电媒体数字化转型，本文对地面数字广播电视技术优势进行了系统研究，阐述了地面数字广播电视技术的基本原理和关键技术，分析了其在频谱利用、传输质量、多业务融合等方面带来的能力提升，为行业发展提供借鉴。

【关键词】地面数字广播电视；频谱利用；传输质量；优势与应用

中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.12.001

党的十九届五中全会明确提出，要加快媒体深度融合，实施智慧广电固边工程和广电系列卫星工程，完善应急广播体系。2021年7月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于推动广播电视和网络视听产业高质量发展的意见》，要求加快新一代信息技术在广播电视和网络视听领域应用，推动广播电视和网络视听业务融合创新，加强关键技术研发和产业化应用。地面数字广播电视作为广电领域的关键共性技术，在提升广播电视综合覆盖能力、促进媒体深度融合方面具有重要价值和广阔前景，对于指导广电行业创新发展、实现高质量转型具有重要意义。因此，本文针对地面数字广播电视技术的优势和在广播电视领域的应用进行了深入研究。

1. 地面数字广播电视技术的优势

1.1 传输效率高，频谱利用率高

与传统的模拟广播电视技术相比，地面数字广播电视技术具有传输效率高、频谱利用率高的显著优势。数字信号的传输容量远高于模拟信号，在相同的频宽下，数字广播电视可以传输更多的节目和数据信息。以DTMB（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting）标准为例，在一个8 MHz的频率带宽内，DTMB可以传输高达34 Mbps的数据，相当于同时传输10～12个标清电视节目或者3～4个高清电视节目。此外，数字广播电视采用先进的信号压缩编码技术，如MPEG-2、MPEG-4、H.264等，可将音视频信号高效压缩，在保证一定画质的前提下大幅降低传输带宽，从而在有限的频谱资源内容纳更多的节目和业务。数字技术还支持单频网（SFN）覆盖，通过在相邻区域内使用相同频率传输信号，可显著提高频谱使用效率，减少对频率资源的占用。中国地面数字电视覆盖网采用DTMB标准和SFN组网，频率利用效率比模拟电视提高10倍以上。

1.2 抗干扰能力强，传输质量高

地面数字广播电视技术采用先进的信号调制和信道编码技术，具有很强的抗干扰能力，能够在恶劣的信道环境下实现稳定、高质量的信号传输。数字调制技术（如QPSK、QAM等）利用相位和振幅的变化来携带数字信息，通过提高信号的功率密度和频谱效率，增强了信号抗噪声和抗衰落的能力。信道编码技术（如LDPC、BCH等）在数据传输前引入冗余比特，通过纠错和检错算法恢复出错信息，大幅降低了信号的误码率。以DTMB为例，其采用OFDM调制方式，通过大量正交子载波并行传输数据，具有很强的抗多径衰落和频率选择性干扰的特性；同时采用低密度奇偶校验码（LDPC）和BCH级联信道编码方案，可获得接近香农极限的纠错性能。数字电视的画质评分普遍在4分以上（满分5分），而模拟电视的画质评分多在3分左右。数字广播电视强大的抗干扰能力，保证了恶劣信道环境下的稳定覆盖和高质量回放，显著改善了用户的收视体验。

1.3 支持多业务融合，发展潜力大

地面数字广播电视技术为多业务融合提供了广阔的平台，具有巨大的应用拓展空间和发展潜力。数字技术打破了传统广播电视单向传输的束缚，不仅支持传统的音视频节目，还可提供丰富的数据广播、交互电视等新业务。数据广播可以传送与节目内容相关的文字、图片、网页等信息，扩展了电视节目的信息量和服务内容；交互电视支持用户通过遥控器、智能终端等与播出内容进行实时互动，提供点播、投票、游戏、购物等个性化服务。地面数字广播电视网络还可与互联网、移动通信网等其他网络融合，实现跨网络、跨屏幕、跨终端的一体化服务。数字电视终端可通过内置的网络接口接入互联网，支持在线视频、社交媒体等互联网业务；搭载DTMB和LTE、5G等移动通信芯片的融合终端，可实现广播电视与移动通信的无缝衔接，为用户提供随时随地的收视体验。互联网和移动互联网业务的引入，丰富了数字电视的业态和内涵，延伸了产业价值链，为广播电视注入了新的活力[1]。

2. 地面电视数字技术在广播电视中的应用策略

2.1 选择合理的发射天线

发射天线是实现地面数字电视广播传输的关键设备，选择合理的发射天线是保证广播电视信号稳定覆盖的重要策略。首先需要根据目标覆盖区域的地理环境和地形特征，选择合适的天线增益和方向性。在覆盖范围广阔、地形复杂的区域，建议采用高增益定向天线。这种天线辐射功率大、主瓣能量集中、覆盖距离远，能够很好地克服山地环境对电波传播的阻挡和衰减，实现稳定覆盖。同时，智能天线也是一个不错的选择，它通过波束赋形技术，可以自适应调整辐射方向，将能量聚焦在目标区域，避免能量浪费，提高覆盖效率。其次，发射天线的极化方式也需要结合目标区域的实际情况加以选择。对于开阔平坦的环境，可采用水平极化天线，接收端天线无需精确对准发射天线即可接收信号[2]。而对于城市和山区等复杂环境，建议选择垂直极化天线，它具有更强的抗多径干扰能力，能够有效克服高楼大厦对电波传播的阻挡。此外，发射天线的频率范围和功率容量也需要匹配数字电视的传输标准和业务需求。以我国DTMB标准为例，其工作频段为470～806 MHz的UHF频段，单载波发射功率一般不超过10 kW。因此，应选择与之相匹配的天线，避免超出频率和功率范围而引发谐振、驻波等问题，从而保证信号的传输效率和质量。

2.2 选择科学的发射地址

选择科学合理的发射地址是保证地面数字电视信号高质量覆盖的关键策略。发射地址的选择需要全面考虑多方面因素，并进行专业的规划和测算。

首先，需要综合目标覆盖区域的地形地貌和人口分布情况，确定发射台址的最佳位置。一般而言，应选择在较高的山顶或高地上建设发射站，以获得更大的无阻挡视距，从而扩大覆盖范围。同时，还需要考虑发射地址周边是否有高大建筑物或地形遮挡，以避免产生视距死角和盲区。对于人口密集的城市地区，可以适当增加发射点的数量，实现多点覆盖，消除盲区。其次，发射地址的选择还需要结合电磁环境进行规划。发射站所在地不应受到来自其他无线电发射源的干扰，也不应对周边的其他通信系统产生干扰。因此，需要对目标区域的频率使用情况进行全面测绘，选择合适的频段，并根据发射功率、天线方向等参数，评估对周边环境的影响，确保发射站的电磁辐射满足国家标准[3]。此外，发射台址的基础设施建设也不容忽视。在选择场地时，需要全面考虑场地的大小、地形条件、交通便利程度和电力供应能力等因素，以满足发射设备和各种辅助系统的安装调试和稳定运行的需求。同时，还应充分重视发射站的抗灾能力建设，如加强防雷设施、优化抗震结构、完善排水系统等，提高发射站的整体防灾抗灾水平，确保发射系统在各种恶劣天气条件或突发自然灾害中都能够持续可靠运行，最大限度地减少灾害带来的损失和影响。只有全面考虑并优化发射台址的基础设施建设，才能为卫星发射任务提供坚实可靠的保障。

2.3 选择合理的接收系统安装角度

选择合理的接收系统安装角度是确保地面数字电视信号良好接收的重要策略。接收天线的安装角度直接影响接收信号的质量和强度，因此需要根据发射台址的位置、地形环境等因素进行科学调整和优化。

首先，需要准确测量发射天线和接收天线之间的相对方位角。发射天线的主瓣方向决定了最大辐射能量的方位，因此接收天线应尽可能对准该方向，以获得最强的信号。对于固定的发射天线，可以根据已知的方位角调整接收天线的朝向；对于可调式天线，则需要实时检测主瓣方向，并动态调整接收天线的角度。其次，还需要结合实际的地形环境，对接收天线的俯仰角进行优化。在平坦的开阔地带，接收天线可以保持水平或略向上倾斜，以避免地面反射造成多径衰落；而在山区地形，则需要根据发射台址的相对高度，适当调整俯仰角，以获得最佳的视距条件。一些先进的自动跟踪系统可以实时检测最优接收角度，并自动调整天线朝向。此外，对于一些特殊的接收环境，如高层建筑、隧道等，还需要采取相应的优化措施。如在高楼顶部安装共振接收系统，或在隧道内部布设重复覆盖设备，以消除因障碍物阻挡而产生的盲区[4]。同时，也可以通过调整接收天线的极化方式，来适应不同的传播环境。通过科学合理地选择接收系统的安装角度，最大限度地接收发射信号，降低多径衰落、阻挡等因素带来的信号衰减，从而确保地面数字电视信号在接收端的良好覆盖质量和稳定性，为观众提供优质的视听体验。

2.4 选择合理的发射频率

选择合理的发射频率是实现地面数字电视稳定覆盖的关键策略之一。发射频率的选择需要全面考虑频率资源的分配、干扰环境、传播特性等多方面因素，并进行科学的规划和测算。

首先，需要根据目标覆盖区域的频率资源分配情况，选择合适的频段进行数字电视的发射。不同频率对应不同的传播特性，低频段传播距离更远，但容易受地形和建筑物的阻挡；高频段则覆盖半径较小，但抗干扰能力更强。因此，需要结合覆盖区域的地理环境、人口分布等合理安排频率资源的使用，以获得最佳的覆盖效果。其次，发射频率的选择还需要充分考虑频率干扰问题。相邻频率之间存在互串现象，会导致信号质量下降。因此，应对目标区域进行全面的频率使用现状调查，避开已被占用的频点，选择相对干净的频段[5]。对于一些难以完全避让的干扰源，则需要通过发射功率控制、极化设置等方式，降低干扰的影响。此外，发射频率的选择还应考虑其对不同传输环境的适应性。城市和平原地区多采用高频段，以获得更大的频率通用率；而山区和乡村则倾向于采用中低频段，利用低频段的良好衰减特性来扩大覆盖范围。一些特殊环境如隧道、室内等，还需要专门的频率规划方案。

通过全面分析覆盖区域的频率资源、干扰环境和传播特性，科学合理地选择发射频率，不仅可以提高频率的利用效率，而且能够最大限度地减少干扰影响，优化覆盖效果，从而为观众提供高质量、无障碍的地面数字电视服务。

2.5 选择科学的发射场强度

地面数字电视发射场强的选择直接决定了覆盖区域的大小和接收质量。科学合理的发射场强需要在保证一定覆盖半径的同时，尽可能降低能耗和成本，减少对其他业务的干扰，实现频谱资源的高效利用。

发射场强的选择需要综合考虑覆盖模式、地形特点、人口密度等因素。根据ITU的建议，对于固定接收的地面数字电视广播，发射场强需要满足稳定接收所需的最小场强值。例如，在UHF频段，农村区域的最小场强值为39 dBμV/m，城市区域为74 dBμV/m。这些值是根据接收天线的高度、增益sITO7p/Ha2xTVR5x9XBCnQ==、噪声系数等参数计算得出的，保证了接收信噪比满足解调门限要求。在此基础上，还需要考虑一定的链路余量，以抵消大气和地形的衰落影响[6]。其次，发射场强的选择还需要考虑与其他发射台的互访问题。在单频网（SFN）覆盖模式中，相邻发射台同时发射同步信号，如果各发射台的发射场强和覆盖半径设置不当，就可能产生互访干扰，影响网络的整体性能。因此，需要通过合理规划和控制各发射台的发射场强和覆盖范围，避免出现信号过强而导致的远距离干扰问题。通常采用分区设置发射场强的方法，即在SFN网络覆盖区域的边缘地带，适当降低发射台的发射场强，以减少互访干扰出现的概率。同时，还可以通过优化SFN网络的同步时序、载波频率等技术参数，进一步降低互访干扰的风险，提高网络的覆盖质量和频谱利用效率。只有综合考虑发射场强和互访问题，并在网络规划设计中给予充分重视，才能构建起高质量、少干扰的SFN覆盖网络。

3. 结束语

地面数字广播电视技术是广电行业实现数字化、网络化、智能化发展的重要基石。未来，广电行业要立足自身优势，把握信息革命和产业变革趋势，加强地面数字广播电视关键技术和核心标准研发，推动广电5G网络规模化部署，深化广电网络与互联网、物联网的融合创新，不断拓展智慧广电、超高清、沉浸式媒体等新业态新应用。同时，要进一步完善地面数字广播电视规划、建设、管理等配套政策，优化频谱资源配置，强化安全播出保障，营造有利于融合发展的制度环境。唯有如此，才能推动地面数字广播电视从“覆盖广”向“覆盖优”跃升，进而带动广播电视网络整体实力和传播能力的提升，为全面建设社会主义现代化国家、实现中华民族伟大复兴提供强大精神动力和文化支撑。

参考文献：

[1]张金福.无线电数字广播电视发射技术优势及应用[J].电声技术，2023，47（03）：67-69.

[2]王致舜.广播电视中地面数字电视技术的应用[J].西部广播电视，2019（24）：204-205.

[3]杨承平.浅谈电视广播电视中地面数字技术的应用[J].数字通信世界，2019（09）：201.

[4]张立华.地面数字电视技术在广播电视中的应用探析[J].数字技术与应用，2019，37（08）：201-202.

[5]叶胜凡.广播电视中地面数字电视技术的应用[J].西部广播电视，2019（01）：200，202.

[6]木拉丁·乌拉木.地面数字电视技术在广播电视中的应用探析[J].新闻研究导刊，2018，9（05）：239.

作者简介：苟毅（1969—），男，贵州遵义人，助理工程师，研究方向：广播电视发射技术。