基于闲置设备改造的地面数字电视备播系统设计与实施

【摘要】围绕广播电视安全播出工作“不间断、高质量、既经济、又安全”的方针，本文基于关停模拟电视和地面数字电视700 MHz频率迁移后无线发射台站的天馈线、数字电视发射机等闲置设备搭建了一套独立于现有地面数字电视发射系统的备播系统，便于发射台站地面数字电视发射系统在播出过程中出现重大故障无法恢复时紧急启用，确保广播电视安全播出，进一步提升台站安全播出保障能力，提高广播电视公共服务水平。

【关键词】闲置设备；地面数字电视；利旧改造；发射机改频；备播系统

中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.12.015

随着模拟电视的关停和地面数字电视700 MHz频率迁移工作的实施，所有无线电视发射台站已将模拟电视及702～798 MHz频率范围内的地面数字电视发射机关停，原有的模拟电视天馈线、数字电视发射机、数字电视三工器等高价值设备因此闲置，导致资源严重浪费。频率迁移后的台站地面数字电视无线发射系统虽经过试播期检验，但仍然存在设备运行不稳定、防雷能力差等安全隐患，可能会对台站安全播出造成一定影响。基于以上现状，本文提出了充分利用台站闲置设备进行改造组成地面数字电视应急备播系统的设计方案并实施，既可以进一步提高无线发射台站的地面数字电视发射系统的保障能力，又可以盘活闲置资产。

1. 备播系统的总体方案

地面数字电视备播系统是由停模以及700 MHz移频后闲置的电视反馈系统、卫星接收天线、数字电视发射机等设备经频率调整和改造后组成的，独立于现有地面数字电视发射系统。系统具有独立信号源、发射机以及反馈系统，当无线发射台站地面数字电视发射系统在播出过程中出现重大故障无法恢复时，台站留守人员可以将在播系统关闭，紧急启用备播系统。地面数字电视备播系统的总体框架[1]如图1所示：

2. 设计方案的可行性分析

2.1 项目的必要性分析

目前广西全区广播电视无线发射台站经过“十二五”基础设施建设以及台站规范化建设，台站设备运行环境有了长足改善，但仍有部分高山台站存在基础设施落后、台站环境恶劣、供配电不稳定和设备老化、工作不稳定、易受雷击等问题。当台站出现停播事故时，往往会因留守人员技术能力不足或备品备件准备不充分等不能及时恢复播出。因此，设计一套相对独立的、与在播系统不存在共性问题且可以在播系统停止工作时在极短时间内恢复播出的地面数字电视备播系统是非常有必要的。

2.2 技术可行性分析

备播系统的设计采用利旧改造的技术路线和台站联合厂家的实施路线，利旧改造的设备大部分是2016年前后投入使用、使用年限较少、元器件老化程度不大、可用性极高，由于维护比较到位，在技术上具有可操作性。

2.3 经济可行性分析

该方案的设计是通过利用闲置设备以节约投入资金。通过市场调研的方式对组成备播系统各项设备的采购价或改造价格进行对比，在满足技术需求的情况下，通过利旧改造的方式投入成本约占新购设备成本的17%，具体对比如表1所示，改造成本价格优势明显，满足低投入的要求。

3. 信号源利旧改造方案

3.1 卫星接收天线改造

停模后台站现有两副闲置的原模拟电视卫星接收天线，对两副卫星接收天线进行刷漆、加固、调整方位等改造，并加装防5G干扰窄带高频头和C波段滤波器[2]，即可完成卫星接收天线的改造。

3.2 卫星接收机安装

地面数字电视700 MHz频率迁移后地面数字电视覆盖组网采用基于卫星信号的单频网组网方式，信号码流在传输过程中不允许进行任何的复用和编辑，不再使用IP复用器进行节目备份或复用，而是将卫星接收机安装在发射机内，卫星接收机输出的ASI信号直接接入发射机激励器。

4. 发射机利旧改造方案

地面数字电视700 MHz频率迁移前广西全区无线发射台站地面数字电视发射机均为成都德芯数字科技有限公司的DUT-8313（1 kW）和DUT-8322（300 W），发射机的监控单元、激励器、BLF888B功放管等部件，通过更换新的电视全频段功放板、信号分配电路板、功率合成板、功率分配器及功率合成器以满足改造后发射机运行技术要求。改造后发射机运行在470～702 MHz任意频点内。

4.1 激励器利旧改造

①调整激励器频率，使用仪器对拟改频点进行测试和校正，确保在使用频率点上激励器的各项指标正常。②调整激励器输出电平，确保激励器输出功率为-5 dBm±10%。③测试激励器各项切换和告警功能，并对激励器固件进行更新。

4.2 前级推动单元改造

①为提高整机效率，发射机前级推动单元为窄带设计，带宽为中心频率±40 MHz，播出频率在频率范围内可直接使用，超出范围需要改造前级推动单元。②拆除功放管的2个环形器，用馈线跳过。③改造电路板后，重新调整电平增益等参数指标，确保电平增益为42 dB±10%。

4.3 功放模块利旧改造

移频前1 kW数字电视发射机使用BLF888B功放管作为末级功放板的功放芯片。为了提高效率，发射机厂家将功放板设计成窄带功放板，带宽为中心频率±20 MHz，每个功放单元是由4个BLF888B功放管合成，1部发射机需要使用12只功放管。

功放模块改造过程：

（1）将原功放板的功放管拆出备用，拆除功放单元的4个输出环形器。

（2）设计全频段功放电路，把拆下的4个BLF888B功放管安装到新的全频段功放板上。

（3）设计信号分配板和功率合成板，将原来的奇数阻抗不平衡合成，改为偶数的3 dB合成，各级分配器、合成器要求可以在470～702 MHz内任意频率正常工作。

（4）重新调整电路指标，在满足非线性指标的情况下，单个功放单元最大输出功率不低于400 W。

（5）功放单元为宽带设计，3个功放单元合成总功率应达到1 kW，且还有冗余[3]。

5. 反馈系统利旧改造方案

5.1 天馈线利旧改造

（1）对天馈线系统接头和馈电点检查，排除密封胶老化、密封不严或者迸裂进水、短路（开路）、打火等隐患。

（2）对偶极板天线、变阻器、功分器、主馈线和分馈线等加固维护，确保使用安全。

（3）用天馈线测试仪测量闲置天线的性能指标，在拟改频道内主馈电缆驻波比不大于1.06，天馈线（多工器后）驻波比不大于1.2的天线可以直接使用，指标不符合的需要进行维修。

5.2 数字电视三工器利旧改造

700 MHz频率迁移项目实施后，原桥式数字电视三工器因频率调整被替换下来，该批次数字电视三工器使用年限少、运行稳定、性能突出，具有非常高的利旧改造价值。

三工器利旧改造如下：

（1）利用仿真软件对指定频率的三工器进行滤波器电路、插入损耗、驻波比、近端带外抑制等电气性能进行仿真，精准测算谐振管、飞杆等需要更换器件的尺寸，便于改频施工。

（2）对三工器的3个频点进行改频，改频后的中心频点与在播系统的3个频点相同，每个频点的带宽需要满足播出技术要求。

6. 系统安装和联调联试

6.1 发射机组装调试

对改频后的发射机进行组装联调和指标测试，指标合格才能使用，改频后发射机整机性能指标均能达到国标要求，如表2所示。

6.2 授时信号安装和配置

6.2.1 天线安装

为了给地面数字电视发射机单频网组网提供必要基准时间信号，授时器天线必须安装在户外，安装地点视野开阔，天空45方向无遮挡，天线蘑菇头顶面垂直朝上安装。

6.2.2 授时信号接入

将授时器的10 MHz OUT、1PPS OUT分别接入发射机激励器的10 MHz IN、1PPS IN。1台授时器有多组输出信号可供多台激励器使用。

6.3 单频网参数设置

6.3.1 运行模式设置

通过发射机的网管页面对发射机激励器进行设置，确保系统内每一台激励器都配置为卫星单频网模式。

6.3.2 发射延时设置

影响多径时延差异的主要因素有发射台站的延时配置、信道参数的载噪比门限和解调芯片的性能，通过调整单频网时延可以避免网络干扰，提升网络的信号质量[4]。距离和时延的换算公式[5]为：

t=d/c （1）式中：t等于路径时延，c为光速，d为电波传输距离。

修改参数后要对激励器进行非线性预失真校正，以提升信号质量，预校正功能正常后，再对播出指标进行测量。

7. 覆盖监测及评估

完成一系列安装和配置后，需要对系统进行测试，测试项目如下。

7.1单频网组网测试

7.1.1 单频网播出信号确认

在近场通过广播电视综合分析仪确认调制参数与带宽等参数是否正确。

7.1.2 确认SIP信息

单频网传输码流中包含SIP信息，为独立的188字节TS包，PID为0x15，通过码流分析仪对DTMB覆盖接收机推送的中央电视节目码流进行分析，确认是否存在PID号为0x15信息包。

7.2 覆盖监测及评估

组织技术人员在理论覆盖服务区进行信号收测，选择场地空旷平坦，无建筑物，无反射波到达的地点作为测量点，并且测量点与发射天线之间为直视路径，接收天线的极化方式与发射天线一致，记录测量点的信号强度Ec（dBuV/m），由公式（2）计算发射天线的有效辐射功率Pt（kW）。

Ec=10lgPt-20lgd+106.92 （2）式中：d为收测点与发射台的直线距离。

通过计算得到的信号强度值，结合信号带肩、调制误差率（MER）、多径干扰等主要指标数据评估节目覆盖效果[5]。

7.3 备播系统应急切换测试

由于地面数字电视备播系统平时处于冷备状态，在播系统出现故障无法恢复播出时需要人工应急操作备播系统。经测试，备播系统通电35 s后卫星接收机锁定卫星信号，输出正常节目码流，40 s后授时器输出标准10 MHz和1PPS信号（内部时钟），115 s后发射机满功率播出，远场接收正常，5 min后授时器锁定GPS/北斗卫星信号。测试结果表明，地面数字电视备播系统可在2min内完成代替在播系统应急播出任务，可极大缩短在播系统出现重大故障时的停播时间。

8. 结束语

本文提出的基于闲置设备改造的地面数字电视备播系统，是通过利用闲置设备经过适当的技术改造搭建而成，是一套独立于现有地面数字电视发射系统的备播系统。可以在播系统发生重大故障无法及时恢复播出的情况下应急代播。该方案的设计与实施是落实广播电视安全播出工作“不间断、高质量、既经济、又安全”方针的重要举措，具有投资成本低、技术可靠的特点，既可有效解决高山台站因重大故障导致长时间停播的安全隐患，巩固中央广播电视节目无线覆盖成果，又能进一步提升广播电视安全播出保障能力和公共服务水平，对于在有条件的无线发射台站应用具有一定的推广意义。

参考文献：

[1]吴恩学.数字电视实用技术[M].北京：教育科学出版社，2009：173-175.

[2]方兴，苏勇，啸岚.卫星数字传输与微波技术[M].北京：中国广播电视出版社，2005：59-62.

[3]韦博荣，朴大志，张乃谦.地面数字电视与移动多媒体广播[M].北京：中国传媒大学出版社，2015：208-213.

[4]数字电视国家工程实验室.地面数字电视发射系统与覆盖网络[M].北京：科学出版社，2012：174-177.

[5]苏志武，林定祥，章文辉.数字电视系统测量与监测[M].北京：电子工业出版社，2009：210-219.