【地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)工作流程】地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設(shè)及應(yīng)用論文

【地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)工作流程】地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設(shè)及應(yīng)用論文摘要：本文介紹地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)存在優(yōu)勢(shì)，詳細(xì)分析地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)原理、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整優(yōu)化做出一些闡述,為地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)用提供一些參考。關(guān)鍵詞：SFN；組網(wǎng)原理；組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化1地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)簡(jiǎn)介地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)（SFN：SingleFrequencyNetwork）技術(shù)是指在不同地點(diǎn)相鄰的多臺(tái)發(fā)射機(jī)以相同的發(fā)射頻率工作，并在相同的時(shí)刻播出相同碼流的工作方式，從而構(gòu)成數(shù)字電視廣播在較大區(qū)域內(nèi)的無(wú)線覆蓋網(wǎng)絡(luò)。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)與傳統(tǒng)模擬電視的多頻網(wǎng)（MFN:Multi-FrequencyNetwork）相比有以下有優(yōu)勢(shì)：（1）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)克服了傳統(tǒng)模擬無(wú)線電視的傳輸缺陷，抗干擾能力強(qiáng)，接收畫質(zhì)清晰度高，音頻效果好，安全可靠性高。（2）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)信道傳輸能力強(qiáng)，頻道利用率高。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PAL頻道（8M）可傳輸多達(dá)8~10套標(biāo)清數(shù)字電視節(jié)目。（3）地面數(shù)字單頻網(wǎng)組網(wǎng)降低發(fā)射機(jī)設(shè)備的成本；通過(guò)優(yōu)化和調(diào)整單頻網(wǎng)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)（基站數(shù)量、分布、發(fā)射天線高度、發(fā)射功率等），使用多個(gè)較小功率發(fā)射機(jī)代替一個(gè)超大功率發(fā)射機(jī)。降低信號(hào)輻射、減少電磁波污染、增強(qiáng)覆蓋均勻度。（4）地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)業(yè)務(wù)開展靈活，覆蓋效率高。地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)是完善農(nóng)村廣播電視公共服務(wù)覆蓋體系，加強(qiáng)城市高密度覆蓋，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字電視無(wú)線覆蓋的理想方案。2地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)原理在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)中，傳送的節(jié)目信號(hào)首先經(jīng)過(guò)編碼復(fù)用形成原始的TS流，接著送入到單頻網(wǎng)適配器中進(jìn)行適配，在適配器中，引入GPS信號(hào)完成碼率適配和秒幀初始化插入形成包含秒幀的初始化包（SIP）的TS碼流，通過(guò)各種傳輸分配網(wǎng)絡(luò)傳送打包好的TS碼流信號(hào)，傳送至各個(gè)發(fā)射機(jī)房的發(fā)射機(jī)適配器，再經(jīng)發(fā)射機(jī)的適配器、調(diào)制激勵(lì)器進(jìn)行時(shí)鐘同步處理、信道編碼、調(diào)制輸出放大后進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。數(shù)字單頻網(wǎng)的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中，需要依靠GPS來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)發(fā)射頻率和TS碼流的同步。GPS信號(hào)主要包括時(shí)鐘10MHz和秒脈沖1PPS信號(hào)，單頻網(wǎng)適配器借助10MHz時(shí)鐘調(diào)整TS碼流速率，又借助1PPS這一時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)，周期性地向TS碼流插入秒幀初始化包SIP（圖2）。接收設(shè)備的時(shí)間同步處理單元根據(jù)傳送碼流中SIP，解析出TS碼流的時(shí)延信息，結(jié)合發(fā)射站點(diǎn)的本地的1PPS信號(hào)同步TS碼流信號(hào)后調(diào)制發(fā)射，以便達(dá)到不同站點(diǎn)同步發(fā)射信號(hào)的目的。3地面數(shù)字單頻網(wǎng)組成部分地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)主要有前端節(jié)目信號(hào)集成平臺(tái)、節(jié)目信號(hào)傳送分配網(wǎng)絡(luò)、基站無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)保障、用戶接收等5個(gè)部分組成。3.1節(jié)目信號(hào)集成前端部分地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目信號(hào)集成系統(tǒng)主要根據(jù)地面數(shù)字電視廣播特點(diǎn)將節(jié)目信號(hào)源進(jìn)行編碼、復(fù)用處理，碼流輸出至單頻網(wǎng)適配器，同時(shí)在單頻網(wǎng)適配器中插入用于同步的GPS等信息，最終形成可分配的單頻網(wǎng)節(jié)目信號(hào)傳送碼流。前端信號(hào)集成平臺(tái)一般放在中央、省級(jí)有線電視播控總機(jī)房，采集節(jié)目?jī)?nèi)容主要是中央臺(tái)、省級(jí)臺(tái)上星節(jié)目。根據(jù)單頻網(wǎng)組網(wǎng)頻點(diǎn)、傳送節(jié)目碼流的壓縮方式，合理地選擇組合傳送節(jié)目套數(shù)，一般一個(gè)頻點(diǎn)能傳送8~10套標(biāo)清節(jié)目。節(jié)目信號(hào)集成平臺(tái)一般采用主備兩路信號(hào)，提高傳送節(jié)目的安全可靠性。節(jié)目信號(hào)集成平臺(tái)如圖3所示。3.2節(jié)目信號(hào)傳輸分配網(wǎng)絡(luò)部分為保證分配到不同站點(diǎn)的用于發(fā)射的TS碼流信號(hào)完全相同，必須要求數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)透明傳輸。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介不同，數(shù)字電視單頻網(wǎng)節(jié)目分配傳輸網(wǎng)絡(luò)主要有光纖直傳傳輸、SDH干線網(wǎng)絡(luò)傳輸、加擾衛(wèi)星傳送、微波傳送等4種基本形式（圖4、5、6、7）。4種傳輸分配方式各有特點(diǎn)，隨著光纖網(wǎng)絡(luò)的普及，SDH網(wǎng)絡(luò)的日趨完善，目前信號(hào)傳輸分配網(wǎng)絡(luò)大多采用SDH+光纖直傳的分配方式，既經(jīng)濟(jì)且傳輸質(zhì)量和安全可靠性又高。衛(wèi)星、微波信號(hào)分配傳送雖易施工操作，傳輸質(zhì)量不錯(cuò)，但由于是空間信號(hào)傳送，易受天氣等其它因素干擾，安全可靠性有待提升。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該在充分考慮建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本、安全保障成本等因素的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際條件，選擇適合本地區(qū)的單頻網(wǎng)傳輸分配網(wǎng)絡(luò)。3.3無(wú)線發(fā)射系統(tǒng)部分來(lái)自單頻網(wǎng)節(jié)目傳輸分配網(wǎng)絡(luò)，包含秒幀初始化包的TS流經(jīng)各發(fā)射臺(tái)的激勵(lì)器（調(diào)制器）進(jìn)行時(shí)鐘同步處理，再完成信道編碼上變成射頻信號(hào)進(jìn)行發(fā)射。根據(jù)基站單頻網(wǎng)覆蓋場(chǎng)域面積的要求，設(shè)計(jì)合理的覆蓋方案，調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率、發(fā)射天線的增益和方位等參數(shù)。激勵(lì)器的時(shí)間同步調(diào)整，主要調(diào)節(jié)激勵(lì)器的發(fā)射時(shí)延，根據(jù)接收到的MPEGTS中的SIP包分析時(shí)間信息，可以計(jì)算出由主站信號(hào)到該發(fā)射臺(tái)的碼流傳輸時(shí)間，由此時(shí)間各發(fā)射臺(tái)可以調(diào)整各自的時(shí)延，從而達(dá)到一起發(fā)送信號(hào)的目的。在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的構(gòu)建過(guò)程中，需要依賴全球定位系統(tǒng)GPS來(lái)完成各個(gè)發(fā)射點(diǎn)信號(hào)的同步，也可以由其他時(shí)間同步系統(tǒng)提供同步時(shí)鐘。3.4系統(tǒng)監(jiān)測(cè)保障部分地面數(shù)字單頻網(wǎng)監(jiān)測(cè)保障系統(tǒng)主要包括：提供系統(tǒng)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警，通過(guò)遠(yuǎn)程可以實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)備的工作狀態(tài)，設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)生異常情況時(shí)，給出報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程可以控制處理；單頻網(wǎng)各基站覆蓋片區(qū)的信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析；所有覆蓋片區(qū)站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集匯總，建立準(zhǔn)確完善的基站覆蓋數(shù)據(jù)庫(kù)，以便統(tǒng)一調(diào)度、管理，安全可靠的傳送地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)信號(hào)。3.5用戶接收部分在地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中，室內(nèi)情況下，一般接收終端正常要求的信號(hào)接收?qǐng)鰪?qiáng)為：接收?qǐng)鰪?qiáng)Pr=接收門限電平+穿透衰減-接收天線增益假如選擇C=3780，16QAM/0.4，幀頭為PN945情況下，對(duì)于傳輸中等碼率的信號(hào)，理論上接收門限電平為-92dBm。對(duì)于無(wú)線射頻信號(hào)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，穿透一層木板，接收信號(hào)將衰減約4dB，經(jīng)過(guò)一堵磚墻，接收信號(hào)將衰減8~15dB，經(jīng)過(guò)鋼筋混凝土墻，則至少衰減15~30dB；對(duì)于室內(nèi)衰減，假設(shè)為15dB。對(duì)于一般電視接收天線，其接收增益可設(shè)有6dB，這樣到達(dá)接收點(diǎn)室外的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)需要保證有：Pr＞-92dBm+15dB-6dB=-83dBm=25dBμV即對(duì)室外覆蓋區(qū)域場(chǎng)接收?qǐng)鰪?qiáng)達(dá)到25dBμV以上，室內(nèi)便能良好接收電視信號(hào)，滿足覆蓋要求。4地面數(shù)字單頻網(wǎng)應(yīng)用優(yōu)化地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)建設(shè)應(yīng)用，不僅包含區(qū)域內(nèi)各基層站點(diǎn)的合理分布、建站距離遠(yuǎn)近、發(fā)射功率大小、發(fā)射接收方式的選擇等，還包含相鄰站點(diǎn)重疊覆蓋區(qū)域（相干區(qū)）的調(diào)整優(yōu)化。4.1“相干區(qū)“簡(jiǎn)介在地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋重疊區(qū)，當(dāng)來(lái)自不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度相差一定的量級(jí)時(shí)，可以忽略弱信號(hào)的存在。接收機(jī)只識(shí)別和接收強(qiáng)信號(hào)，不產(chǎn)生信號(hào)間的相互干擾。當(dāng)來(lái)自不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)強(qiáng)度相差小于一定的量級(jí)時(shí)，不可忽略弱信號(hào)的存在。接收機(jī)要同時(shí)處理兩個(gè)或兩個(gè)以上的信號(hào)，這一覆蓋區(qū)域被稱為“相干區(qū)”，如圖8所示。4.2“相干區(qū)”的調(diào)整優(yōu)化地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的“相干區(qū)”可能產(chǎn)生信號(hào)間的相互干擾，影響用戶的正常接收。怎樣保證來(lái)自不同發(fā)射站的電波同時(shí)到達(dá)“相干區(qū)”的中點(diǎn)0dB接收?qǐng)鰪?qiáng)差，主要要做好以下兩方面。一方面是通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和天線調(diào)整，控制好覆蓋場(chǎng)形。合理的設(shè)計(jì)包括對(duì)覆蓋場(chǎng)區(qū)的了解、站點(diǎn)的選擇、發(fā)射功率的確定、天線的配置、場(chǎng)形的控制等。另一方面是激勵(lì)器在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，還具有獨(dú)立時(shí)延調(diào)整功能。獨(dú)立時(shí)延調(diào)整是根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果在激勵(lì)器上人工設(shè)置。獨(dú)立時(shí)延調(diào)整就是獨(dú)立調(diào)整時(shí)延參數(shù)，使之與空間參數(shù)在相干區(qū)內(nèi)相互匹配（俗稱“二次同步”）。如圖9所示，已知電波的傳播速度為0.3km/us，要想使1#站和中心站的電波同時(shí)到達(dá)0dB場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)，1#站的激勵(lì)器需額外延時(shí)