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摘要：廣播電視無線數字化覆蓋進程中，地面數字電視廣播單頻網技術得到廣泛應用。認識單頻網，掌握地面數字電視廣播單頻網系統組成、相關技術要求、覆蓋模型，了解在工程實踐應用案例和分析問題、解決問題的辦法，為單頻網建設、管理、維護提供一些參考。

關鍵詞：地面數字電視；單頻網；技術要求；覆蓋模型；工程實踐應用

根據國家廣電總局《地面數字電視廣播覆蓋網發展規劃》，到2018年基本實現地面無線電視廣播向數字化過渡，2020年關閉地面模擬電視信號。為加快推進地面數字電視無線覆蓋進程，國家廣電總局結合700MHz以上頻率重新指配劃分要求，對地面數字電視廣播頻率規劃進行了調整，為滿足發射臺站不同覆蓋等級的要求，在頻率規劃中選取了省域單頻網、地市域單頻網和縣域多頻網或跨縣單頻網組網進行頻率規劃的辦法。地面數字電視廣播單頻網在工程運用中，由原來僅在局部區域進行組網擴展到了省域（地市域）組網的規模，并將得到廣泛應用。為讓更多的工程技術人員認識地面數字電視廣播單頻網，掌握單頻網工作原理，更好地指導工程實踐應用，筆者就單頻網基本概念、相關技術要求、覆蓋模型及工程實例進行探討。在對單頻網進行技術探討之前，首先對使用單頻網進行廣播電視數字化無線覆蓋的必要性、可行性作一簡單介紹。在任一接收點，假設會同時接收到處于不同地點（相鄰）的發射機發射的信號前提下，在多頻網中，采取的是頻分復用的方式，通過接收設備選擇不同的接收頻率實現對不同發射點信號的接收，實現一定區域內相同節目的無線覆蓋。采用多頻網覆蓋方式不考慮不同站點間的同步問題，技術上很容易實現。但多頻網覆蓋方式也存在很多問題：由于相同節目在不同地域覆蓋頻率不同，要實現移動接收，必須根據不同覆蓋區域不同覆蓋頻率，對接收設備作出相應的接收頻率調整，其實現技術復雜，接收設備成本較高；最重要的一點是頻率資源浪費嚴重，在廣播電視規劃頻譜資源有限情況下，覆蓋節目套數大大降低，特別是700MHz以上頻率商用后，留給廣電無線覆蓋頻譜資源有限情況下，多頻網的劣勢更是暴露無遺。為節約頻率資源，同時解決站間干擾，實現移動接收，單頻網覆蓋技術應運而生。任一能同時接收到處于不同地點（相鄰）發射機發射信號的接收點，只要保證接收到的兩路或多路信號（包括多徑傳播信號）其射頻頻率嚴格同步，且載波調制碼流相同、時間同步（時延達到一定要求），就不影響信號接收和解調。所以，只要在一定區域內使處于不同地點（相鄰）的發射機同步工作，以相同的頻率、在相同的時刻發射相同的已調制射頻信號，只要在任一接收點其接收到的多路信號時延（在嚴格同步情況下，因不同發射點到接收點的距離不同，勢必造成接收點接收到各路信號存在不同的時延）不超過一定范圍，就不會影響正常接收。下面，從地面數字電視單頻網系統組成、相關技術要求、覆蓋模型、工程應用實踐幾方面加以探討。

1地面數字電視廣播單頻網系統組成

單頻網（SFN）即由多個位于不同地點、處于同步狀態的發射機組成的地面數字電視覆蓋網絡，網絡中的各個發射機以相同的頻率、在相同的時刻發射相同的（碼流）已調制射頻信號（比特），以實現對特定服務區的可靠覆蓋。根據單頻網技術原理，地面數字電視廣播單頻網系統結構示意圖如圖1所示。由圖1可見，單頻網系統主要由單頻網適配器、信號分配網絡、地面數字電視發射機、基準時鐘信號源等幾部分組成。下面根據單頻網實現方式、技術要求分別對單頻網系統結構中的各模塊進行說明。

1.1單頻網適配器

單頻網適配器是單頻網系統同步機制的核心設備，其主要功能就是在節目播出中心輸出的每一路符合GB/T17975.1-2010的TS流（需要播出的信號碼流）中，周期性地精確插入包含標準頻率（用于載波頻率同頻）和時間信息（用于傳輸碼流同步）的秒幀初始化包（SIP）,輸出一路或者多路具有同步信息的傳輸流信號。

1.2基準時鐘信號源

基準時鐘信號源為單頻網系統各個節點設備提供統一的10MHz基準頻率和1pps的基準時間。其主要作用就是為各發射點提供統一的參考時鐘，便于發射端根據傳輸時延對信號進行相對延時校正，確保信號同步；提供基準頻率便于各發射點發射機射頻工作于相同的頻率。

1.3信號分配網絡

信號分配網絡負責把具有同步信息的傳輸流透明地從TX網絡適配器傳送到各個發射臺站的RX網絡適配器，便于各發射點地面數字電視發射機同步調制發射。單頻網TS流信號分配網絡是實現網絡接口或網絡適配接口TS流信號到各網絡適配器節目源入口透明傳送的網絡。由于信號傳輸過程中必然存在延時，所以定義信號分配網絡的最大傳輸時延是在單頻網中，信號從前端單頻網適配器輸出通過信號分配網絡到達所有發射臺站中用時最長的傳輸時間。

1.4各站點的地面數字電視發射機

各個發射臺站的發射機受基準時鐘信號源控制的同步系統控制，以相同的頻率將信號分配網絡送來的信號進行信道編碼、同步調制、上變頻、功率放大后，通過發射天線將已調制射頻信號變成電磁波發射出去。

2相關技術要求

2.1同步要求

（1）頻率同步。單頻網中所有發射機工作在相同載波頻率，其載波頻率偏差不超過±1Hz。（2）時間同步。針對信號分配網絡和發射機引入的傳輸和處理時延，單頻網中所有發射機應在時域進行補償，以實現同步調制發射。（3）比特同步。所有發射機在同一時刻發射同一字符，要求各激勵器在同一時刻調制同一比特，應采用相同的信道編碼方式、相同的幀結構、相同的映射方式、相同的幀體數據處理方式，即各發射臺站的激勵器工作模式應完全一致。這一規則應嚴格遵守，不存在允差。

2.2信號分配網絡要求

（1）信號傳輸系統。信號分配網絡可采用光纖、微波、衛星等系統進行傳輸。（2）信號分配網絡的最大傳輸時延。符合GB20600-2006的地面數字電視廣播單頻網網絡中，信號從前端單頻網適配器輸出通過信號分配網絡到達所有發射臺站中用時最長的傳輸時間，不能超過1s。（3）透明傳輸。要求經過信號分配網進入激勵器進行調制的數據內容和時序與進入信號分配網絡之前的單頻網適配器輸出的數據流內容和時序完全一致。

2.3時鐘基準要求

單頻網同步，要求全網應有一個統一的時鐘基準，為全網各個發射點設備提供統一的基準頻率、基準時間。基準頻率采用10MHz，基準時間采用1pps。基準頻率精度不低于10-9。

2.4電波極化方式要求

單頻網內各發射天線的電波極化方式應保持一致。

2.5臺站間距要求

單頻網中，如果接收的信號延遲大于接收設備的多徑處理范圍，且該信號滿足接收設備電平和載噪比接收門限，同時與接收到的主徑信號強度差不滿足同頻干擾保護率要求，會出現同頻干擾現象。選擇較長的幀頭長度可以有效降低SFN的自干擾。但是應該注意，幀頭長度外的延遲信號對有用信號的干擾影響涉及接收機的設計。為了減少或消除同頻干擾現象，單頻網組網需要相鄰發射臺站滿足一定的臺站間距要求。

3單頻網覆蓋模型

單頻網的組網條件是保證各個發射站點發射信號同頻、同時、同內容。為了滿足這些條件，可以采用多種覆蓋方式和設備。一般來說，經常用到的有三種覆蓋方式。

3.1基于TS分配網絡的單頻網覆蓋

這是應用最為普遍的一種單頻網組網方式，通過專用網絡將單頻網適配器輸出的碼流分配傳輸到不同的發射點。不同站點處的激勵器通過GPS信號保障射頻信號的同步和發射時刻的同步，以滿足單頻網的同步要求。這種方式質量穩定可靠，但由于需要的設備配置相對較多，單頻網組網方式的建設成本較高。

3.2同頻直放站補點覆蓋

同頻直放站補點覆蓋方式是接收射頻信號直接放大，多用于對覆蓋盲區進行補點。由于不需要碼流分發網絡，其組網成本相對較低。但受收發天線隔離度限制，發射功率無法做大，一般需要配合回波消除功能。但回波消除處理必然會對發射信號的信噪比造成一定程度的惡化。

3.3基于射頻信號分配網絡的單頻網覆蓋

就是將射頻信號通過有線網絡直接分發到各個發射點，由各發射點直接放大并發射，對主發射點信號進行補點覆蓋。由于當前有線網線拓撲結構復雜，且時延不確定，因此必須采用特殊設備，對射頻信號進行延遲以滿足單頻網的同步要求。

4四川單頻網覆蓋工程應用實踐

四川省省級廣播電視節目無線數字化覆蓋項目（以下簡稱“本項目”）采取統一規劃、設計，分步實施的辦法，擬在全省改造建設200座地面數字電視發射點，使用一個頻道采用標清模式播出8套省級電視節目。根據總局頻率規劃要求，采取全省省域單頻網的規劃方案。根據國家、行業相關規范，結合覆蓋區接收場強、保護率、天線鑒別和電波傳播模型等實際綜合考慮，選取系統工作模式C/N門限值和系統凈碼率如表1所示。根據前面提到的單頻網技術要求，結合四川省地形地貌分布及當前擬建設站點的分布情況，目前主要采用基于TS分配網絡的單頻網覆蓋模式。而單頻網組網要解決的重點難點主要是信號分配網絡時延和臺站站間距不能滿足相關要求情況下的干擾消除（減小）問題。因其具有一定的代表性，下面分別進行介紹，供讀者參考。

4.1傳輸時延問題及工程實踐

4.1.1信號分配網絡的選取本項目為大幅降低基礎設施和技術系統配套建設成本，優先選取前期已經完成高山臺基礎設施改造，相關技術配套設施相對完善，通過中央臺廣播電視節目無線數字化覆蓋項目建設，相關技術系統相對完備的省、地（市、州）、縣發射臺承擔相應的覆蓋任務。在信號的傳輸方面，單頻網組網信源通過衛星進行信號傳輸是最有效的解決方案，但由于衛星資源有限，本項目只能考慮其他傳輸方式。結合當前擬建設臺站分布及傳輸網絡資源配置情況，本項目采用了微波傳輸和省廣電網絡公司（以下簡稱“省網公司”）傳輸網絡傳輸相結合的方式解決信號分配問題。其中微波傳輸網絡建成且未接入省網公司網絡的41個臺站，采用微波傳輸方式解決信號源分配問題，其他臺站利用省網公司網絡進行傳輸。

4.1.2單頻網組網對信號分配網絡的要求及解決辦法地面數字電視廣播單頻網組網中對信號分配網絡有兩個特別重要的要求：透明傳輸和最大傳輸時延小于1秒。而本項目前端機房（位置設在成都）距最遠的發射點直線距離接近600公里（因光纖、微波鏈路路由在空間分布上并非理想的直線，實際傳輸路由長度更長），且部分偏遠的臺站由于省網公司網絡未覆蓋，還存在租用第三方（通信運營商）網絡進行傳輸的情況（特別是邊遠的“三州”尤為明顯）。由于整個信號分配傳輸網絡構成的復雜性，相應提高了本項目單頻網組網復雜程度。微波傳輸方面，目前本項目使用的是日本富士通公司FRX系列基于SDH技術的微波干線，解決透明傳輸問題的前提下，最遠站點傳輸經過18跳微波共931.7千米（考慮環網保護最極端情況），經實際測試時延在100ms左右，滿足單頻網對傳輸時延的要求。而省網公司的信號分配網絡采用樹形架構為主，干線網絡傳輸技術采用OTN技術，距最遠傳輸臺站線路長度為上千千米。最極端情況下，距最遠臺站的干線傳輸長度為1400千米，經過8個網絡單元，如采取公眾互聯網（IP）技術，一是透明傳輸不能保障，二是傳輸時延也無法保障（估算超過5s），不能滿足要求時延小于1s的要求。綜合省網公司網絡現狀，采用了廣電網絡專線業務傳輸方式，既解決透明傳輸問題，也對時延進行了很好的控制。在干線網絡傳輸節點至發射臺站在沒有省網光纜的情況下，采取租用第三方光纖或新布光纜的辦法解決傳輸問題，經計算在最極端情況下最遠發射點的傳輸時延小于500ms符合單頻網對信號分配網絡的要求。

4.2保護間距問題及工程實踐

在本項目省域單頻網建設中，綜合考慮站點位置、功率設置等方面因素，為盡量減小單頻網內同頻干擾現象。采用了幀頭較長的PN945模式，于是可計算出單頻網中的站間距應小于37.5千米（PN420幀頭：t=55.56μs，L=16.67km；PN595幀頭：t=78.7μs，L=23.61km；PN945幀頭：t=125μs，L=37.5km）。而實際上，由于四川地貌復雜，以山地為主，具有山地、丘陵、平原和高原4種地貌類型，西部多為高原、山地，東部、南部多為丘陵；人口分布方面，盆地地帶人口相對密集，東部丘陵地帶人口分布較為密集，而西部、西北及西南部高原和山地地帶人口分布則相對稀疏。為最大程度地增加覆蓋區域和覆蓋人口，同時盡量減小單頻網內相干區的影響，在頻率規劃中，在發射站點分布設置方面，在人口密集區域盡量保證發射臺站站間距要求，但實際發射站點分布情況并不能完全滿足要求。在人口稀疏的山地地帶，站間距超長表現尤為突出。在網絡優化設計中，主要做到以下幾點：一是在人口相對密集地帶且站間距不滿足要求的情況下，根據發射站點地理位置和主要覆蓋區域采取時延調整與天線場形優化相結合的方式，調整相干區，解決有效覆蓋的同時，盡量減少覆蓋區域的站間干擾；二是在人口稀疏的山地、高原地帶，根據發射站點地理分布及主要覆蓋區域多位于較低的溝壑地帶的實際狀況，提前進行覆蓋仿真計算，通過采用時延調整的辦法，解決覆蓋區域覆蓋，同時減少網間干擾；三是對極少部分邊遠地區，根據地形，甚至可以采取同頻播出而暫不考慮單頻網工作模式，在解決覆蓋的同時，避免了此類邊遠地區傳輸時延可能存在的超長問題；四是在信號接收點存在網間干擾無法消除的區域，可考慮在接收端通過使用高增益室外定向天線、考慮接收天線極化調整和利用周邊建筑物做干擾源遮擋的辦法盡量減少站間干擾和多徑傳播干擾。

4.3其他問題

由于本項目建設分三期（3年）由不同的建設主體負責建設，為確保整個地面數字電視單頻網正常運行，在完成一期65個臺站建設任務并進行聯網統調的基礎上，在二、三期建設中，將面臨發射站點的多次聯網統調，增大了工程建設難度；由于發射臺站既有省直屬臺站，也有地方臺站，受實施的主體、采購環節影響，將導致整個地面數字電視廣播單頻網播出系統設備型號呈現多樣性、難統一，這將增加全省單頻網組網及聯網統調的難度；此外，在單頻網建成后，為確保整個網絡正常運行，還面臨全網臺站的統一調度指揮的問題。在提前預見存在困難的基礎上，須在項目建設及今后的維護過程中想法予以解決。筆者將以上這些問題列舉出來，既為廣播電視工程技術人員提供參考，也希望對即將實施地面數字電視廣播單頻網組網建設的地方提供借鑒。

5結語

地面數字電視廣播單頻網在實際組網運用中，結合覆蓋站點分布、覆蓋區域地形地貌、重點覆蓋區域分布還有很多綜合運用措施。本文僅對部分技術關鍵點作了一些淺析，并就具體工程實踐作了舉例說明，供廣大廣播電視無線覆蓋技術工作人員及管理者參考。不足之處，敬請指正。

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作者：張祖才 單位：四川省廣播電視發射傳輸中心