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摘要：本文研究地面數字電視廣播單頻網，分析其系統組成和傳輸覆蓋，對工程實施和優化完善提出建議。地面數字電視廣播單頻網是我國廣播電視體系的重要組成部分。單頻網在傳輸覆蓋工程中的應用十分常見，不僅可以提高頻率規劃效率，還可以解決覆蓋盲區問題，提高覆蓋率。

關鍵詞：地面數字電視廣播；單頻網；傳輸覆蓋

地面數字廣播以地面廣播傳輸數字信號。數字電視廣播最早在歐美國家使用，標準為DTTB標準，之后相繼形成了DVB-T、ATSC及ISDB-T標準。我國地面數字廣播系統發展較晚，于2006年建立了DTMB標準，并逐漸走向國際化。隨著地面數字電視廣播網絡的持續發展，單頻網應用逐漸廣泛。

1單頻網概述

地面數字電視廣播單頻網（SingleFrequencyNetwork，SFN）包括多個發射臺，同一時間發射的信號相同，可以實現全方位覆蓋服務區域的效果。隨著數字電視廣播網絡發展越發迅速，單頻網絡應用廣泛，發展前景較好[1]。需要注意的是，盡管我國多個區域都覆蓋了單頻網，但是不同地區的實際碼率速率不同。單頻網在使用時會受到各種因素影響，為推動無線電視臺實現持續發展，需要綜合考慮多種因素。

1.1信道環境

電磁波可以分為直射波、繞射波、多徑反射波及散射波等類型。地面數字電視廣播信道環境包括高斯、萊斯及瑞利這三種信道類型[1]。1.1.1高斯傳播高斯熱噪聲不受發射與接收天線、反射和散射體以及視距傳播等因素的影響，概率函數為：1.1.2萊斯傳播萊斯傳播中，路徑傳播損耗就是電磁波在空間傳播時產生的電平平均值。空間傳播中全向天線和無線電波會以球面波形式擴散在四周。該信道方式受到強接收信號與低功率延時信號阻礙以及熱噪聲影響，一般在高層公寓與市區街道中應用。概率函數為：1.1.3瑞利傳輸受到噪聲、多徑、電磁波反射及散射因素的影響，一般在山腳下或大樓阻擋處應用，概率函數為：

1.2傳輸損耗

路徑傳輸損耗是指電磁波在空間傳播過程中產生的電平平均值。就全向天線而言，無線電波在空間中傳輸是以球面波形式擴散到周圍，空間傳播公式為：（4）地面數字電視廣播系統使用單頻網組網是為了充分利用頻譜資源。單頻網能夠在同一時間以同一頻率發射若干相同信號，保證特定區域實現信號全覆蓋。相對于多頻網而言，單頻網無需重復使用頻率，只需要利用某一頻率就能擴大同一節目的覆蓋范圍，從而降低頻率資源，提高頻譜利用率。通過優化調節單頻網發射網絡，用若干小功率發射機替代單一大功率發射機，可以降低信號輻射，減輕電磁波污染，提高信號覆蓋，進一步提高單頻網抗鄰近網絡干擾性能。

2單頻網系統

地面數字電視單頻網基本構成：信源系統、同步設備、傳輸分發網絡、發射系統、接收設備、監測設備，如圖1所示。

2.1適配系統構建單頻網

首先要建立單頻網適配系統。單頻網適配利用地面數字電視廣播單頻網適配器實現。適配器能夠實現碼速率適配和秒幀初始化包（SecondFrameInitializationPacket，SIP）插入功能。適配器根據系統輸出碼率時鐘每隔1s向輸入的TS碼流插入SIP，其中包括最大延遲時間、工作模式及獨立調整延時等信息。在其他位置，適配器可以在前端緩沖區讀取TS碼流，并將TS碼流中所有包標識（PacketIdentifier，PID）為0x1FFF的TS包替換為單頻網適配數據包，若碼流數據不在一個秒幀內，就在其中插入TS空包，使TS流碼率能夠更好地完成適配[2]。地面數字電視廣播單頻網適配器輸出的TS碼流速率和由單頻網適配器規定的發射機工作模式要求的凈載荷速率相同，并且鎖定在10MHz參考時鐘上。此外，需要注意單頻網適配器TS碼流抖動要盡量控制在100ns以內。

2.2傳輸系統

地面數字電視廣播單頻網的節目傳輸網絡需要滿足兩個要求：（1）傳輸網絡TS碼流抖動在100ns內；（2）確保100%傳輸，即不可在傳輸網絡中改變PID和節目時鐘參考(ProgramClockReference，PCR)，也不能增加或刪除固定空包。

2.3發射系統

發射系統是單頻網十分重要的處理單元，一般在各發射臺調制器同步模塊中[3]，將接收的透明傳輸同步編碼調制成射頻信號，利用同一頻率在規定時間發射出去。調制器或發射機在實際應用中可以按照授時接收機所提供的基準時鐘實現單頻網同步。

3單頻網傳輸覆蓋

3.1選擇同步方式

3.1.1復用器CMMB復用器可以對不同發射臺站的節目進行復用，其中包括了數據業務、視音頻編碼等內容，利用該設備可以使傳輸流進入到傳輸分配網絡，最終進入到CMMB調制器內。3.1.2適配器作為網絡傳送裝置之一，網絡適配器能夠對發射臺站與分發射臺站信號實現透明傳輸，負責接收的適配器可以進行相反功能轉化分配。為使傳輸能夠同步進行，需要對網絡適配器延時問題進行嚴格控制，延遲要低于3s[4]。3.1.3調制器CMMB調制器可以提供射頻信號發射至天線的附加時延。不同發射臺中的調制時鐘能夠實現同步運行。根據單頻網需求，發射機信號的所有信號都需要一致，同時也需要保證調制輸入碼流能夠同步。3.1.4定位系統GPS系統可以得到10MHz標準頻率、標準時間及時間標簽等方面的數據信息。

3.2頻率選擇

廣播電視網絡是采用模擬信號和數字信號共同播出的一種混合網絡，為使模擬信號和數字移動電視頻道能夠同時播出，在對數字移動電視信號發射裝置進行分析的時候，需要選擇干擾小、負擔小、電磁環境干凈的頻道進行工作[5]。需要按照以下流程進行頻率選擇：（1）參考臺站的選擇，其是隨機在候選頻道內選擇一個頻道使用，計算選擇的臺址有害場，選擇的有害場相對于設定的門限參考模擬站臺要保持超過狀態。（2）在選中的模擬站臺做電子順磁共振（EPR），按照模擬站臺的有害場場強值，結合模擬站臺與數字站臺之間的間距，篩選對應的模擬站臺[6]。（3）通過數字站臺干擾篩選同時分析所篩選的模擬站臺。（4）以數字臺站為首站臺來分析有害場，并對數字臺站和模擬臺站干擾性進行分析，同時對EPR進行模擬。

3.3傳輸模式

DVB-T和2K模塊可以建立較小的單頻網，其中2K模塊同步速度快且抗干擾能力較強；8K模塊同步穩定且有較強抗時延能力。3種典型的傳輸模式設置及相應的特點對比如表1所示。

3.4GPS同步模式

由于多載波系統抵抗頻率漂移能力比較弱，因此需要采用GPS同步，構建高度穩定的本地振蕩器，發射機以GPS頻率為參考利用基本頻率發射，使整體系統穩定工作[7]。主發射點接收高質量的信號后將其傳送到變頻器，將信號變為中頻信號后進行濾波并放大，達到較好的盲點覆蓋效果。

3.5發射機與傳輸網絡

構建單頻網首先要選定發射機。發射機要能長時間不間斷地工作，這是對設備的基本要求，即可靠性；同時還要保證發射器的技術性，即能在各種環境下良好運行，保證傳輸效果，穩定發送和接收信號。發射臺站建設完成后，多路節目可以在此基礎上實現同步傳輸至發射臺站上，最終達到客戶端。信號傳輸主要通過光纖、衛星和射頻等方式進行傳輸。光纖傳輸是將調制器安裝到發射器上，電視信號可以在此基礎上傳輸至發射機，調制器可以對信號進行統一處理、發射，這樣充分利用電信網絡資源[8]；而衛星傳輸則是利用衛星信道進行信號傳輸。射頻傳輸則是利用調制器將射頻信號發射出來，再經過多個微波頻道將信號傳給發射機，經過調制器轉化最終實現發送。

3.6測試與優化

測試結果能夠起到優化單頻網的作用，其能夠幫助改進重疊區信號和覆蓋盲區。改進重疊區信號需要對天線、發射功率、時延等方面進行優化，通過調整天線層數、傾斜度、發射功率可以控制發射點的覆蓋區域，利用發射時延能夠使重疊區的接收機干擾情況得到有效調整。而覆蓋盲區則可以采用增加補點器或是基站達到目的。大范圍的覆蓋盲區是通過增加基站達到目的的。發射機形成的信號網絡會產生局部的弱區或是盲區，對此可以通過加強覆蓋信號或是增強信號對該問題進行解決，采用補點器能夠使覆蓋范圍擴大，提高覆蓋率。

4結語

主要研究地面數字電視廣播單頻網，深入分析單頻網技術、組網方式、傳輸網絡、工程實施以及測試優化工作。當今時代，頻率資源十分緊張，單頻網可以大大提高頻率資源利用率，確保接收信號更加穩定可靠，保障傳輸覆蓋區域的可靠性。

參考文獻

[1]張祖才.認識地面數字電視單頻網廣播[J].西部廣播電視,2019(07):209-211+223.

[2]孫士良.地面數字電視廣播單頻網的網絡規劃研究核心要點構架[J].衛星電視與寬帶多媒體,2019(15):15-16.

[3]袁明珠,徐冰,呂環勤,馬斌,董旭民.甘肅省中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程遠程監控的建設實踐[J].甘肅科技,2019,35(15):9-10+21.

[4]秦海洋.中央無線數字化覆蓋單頻網傳輸信源與省本級備份傳輸信源數據的對比分析與探討[J].廣播與電視技術,2020,47(02):93-95.

[5]童勉.地面數字電視廣播覆蓋的分析及研究[J].數碼設計,2019(4):93-95.

[6]張啟.地面數字電視單頻網組網技術及應用實例[J].西部廣播電視,2019(16):255-256.

[7]王慶孟.地面數字電視廣播覆蓋網的建設[J].電子技術與軟件工程,2019(8):44.

[8]郭小鵬.數字廣播電視單頻網技術的應用[J].中國新通信,2017,19(22):127.

作者：程培剛 單位：臨沂市廣播電視臺