ADTB-T單載波單頻網應用及其實現方式

曹人盛

（江西省南康市廣播電影電視新聞中心，江西 南康 341400）

0 引言

對國標地面無線數字電視傳輸[1]來講，終端接收的無線信號持續、穩定是關鍵。目前要擴大無線數字電視的區域覆蓋，單頻網（Single frequency network，SFN）組網是一種趨勢。單頻網因其頻譜效率高、低功耗、低輻射、大覆蓋、傳輸穩定等優勢在擴大無線數字電視覆蓋范圍方面越來越受到廣泛應用?，F結合南康市ADTB-T地面無線數字電視寬頻傳輸系統[2]組網的實踐，對ADTB-T在單載波組建單頻網的實現方式及其應用方面作一些探討。

1 單頻網基本原理

從概念上講，所謂單頻網，就是在一定的地理區域內（指同一個縣、市甚至?。?，不同地點的發射機在近乎同樣的時刻，在同樣的頻點發射同樣的信號，以實現對服務區域的可靠覆蓋。單頻網是一種“小功率、大覆蓋”的技術手段[3]，要求處在不同位置的若干個發射機必須同時在同一個頻段上發射同樣的無線信號。要滿足這個要求，組建的單頻網內的這些不同位置的不同發射機發射的廣播信號就必須比特同步、頻率同步和時鐘同步[4]。

在數據傳輸中，比特是數據傳輸的最小單位，簡單說，比特同步就是為了將發送端發送的每一個比特都正確地接收下來，它的同步表明接收端時鐘已經調整到和發送端時鐘完全一樣，對傳輸的節目、數據信息能夠保證發送端與接收端同步；頻率同步則是要求單頻網中各個發射機的工作頻率都彼此相同。在一般的單頻網組建中，這個工作頻率是通過采用GPS所提供的10 MHz的頻率參考來獲得；而時鐘同步是指單頻網中各個發射機在相同的時刻發射廣播信號。因為在整個單頻網內，各個發射機存在距離上的差距，所以從單頻網的分配網中分配到各發射機的TS流到達發射機的時間會不同，這就要求用網絡適配器和同步系統來實現各個發射機的時鐘同步，以便計算單頻網內各發射機需要“延時”的時間，確保網內所有的發射機在同一時刻同一個頻段上發射同樣的無線信號。如圖1所示。

2 國標ADTB-T單載波單頻網特點及其實現方式

國標ADTB-T單載波調制是將需要傳輸的數據流調制到單個的載波上進行傳送，如4-QAM，16-QAM，32-QAM，64-QAM等，ADTB-T固定接收一般選擇16-QAM，移動接收選擇4-QAM，其中N-QAM的N是表示各種調制映射到星座圖上的模數，模數越低，調制和解調電路就越簡單，但傳輸的碼率也相應較低。其特點是靈敏度高，結構簡單，兼容性強，發射端的建設成本低，因此受歡迎。

對國標地面無線數字電視來講，要擴大覆蓋面，增加無線覆蓋的效果，使用單頻網（SFN）進行覆蓋是一種趨勢[3]。一方面在我國頻譜資源有限的情況下，可以大大節約寶貴的頻率資源，提高頻譜利用率。另一方面由于無線電信號本身的特性，在高樓林立的城市或者丘陵地帶的山區，無論單個國標地面數字電視發射站點的發射功率多大都會有很多信號覆蓋不到的區域，而單頻網則可通過多點同頻發射的辦法來解決覆蓋盲區問題。其次通過優化和調整單頻網內發射網絡（如基站數量、分布、發射天線高度、發射功率等），可以使用若干個功率較小的發射機代替一個大功率發射機進行覆蓋，這對降低信號輻射、減少電磁波污染、增強覆蓋均勻度，降低后期的維護及設備成本都是有益的。

要實現單頻網傳輸，同頻干擾是最大的難題。在實際的單頻網組網時，一定會出現有多個轉播基站信號同時覆蓋的公共區域，在這個由不同基站共同覆蓋的區域內，終端用戶如何保證可靠、穩定地接收信號呢？雖然在不同的發射端，各發射站發射時間通過GPS設備是同步的，但由于傳輸距離、傳輸路徑、傳輸接收環境不同，在公共交叉區域，用戶端接收機接收到不同發射站信號的到達時間，完全是有可能不同步。目前在單頻網廣播組網中為了容許較大的時間差，往往都是在副載波里的每個“符號”之間加上“保護間隔”，只要不同發射站信號到達的時間差小于“保護間隔”，便不會構成同頻干擾，這也是單頻網廣播得以實現的技術保障之一。

在ADTB-T單頻網組網時，只要考慮交叉公共覆蓋區域用戶接收的同頻干擾問題，就可以解決難題。因此，對交叉區的用戶接收，考慮到上述因素，如果相鄰的兩個或者多個基站（直放站）的信號通過延時設備，在一定的傳輸距離內（指交叉區內來自不同基站的發射信號同時到達用戶接收機的傳輸距離），接收信號C/N電平增益余量滿足的前提下，使不同基站的發射時間稍微有點不同，滿足信號到達交叉公共區的時間相同，就可以消除同頻干擾現象，達到接收效果，增大覆蓋面，如圖2所示。

3 案例分析

在早期做國標地面數字電視組網時，大功率寬頻發射機的穩定性一直是個難題。經過幾年的實踐摸索，寬頻發射機也經歷了幾次的升級改造，目前400 W，800 W，1 600 W大功率寬頻發射機已經成功應用于各地國標地面數字電視的組網。與多載波的單頻點發射相比，在實際組網中單載波的寬頻發射對運營商而言，一是減少了系統設備的復雜性，假如運營商要發射6個頻點、48套節目，單頻點發射就需要單獨的6臺發射機，而選擇寬頻發射機，只需要1臺寬頻發射機即可完成相同的覆蓋；二是兼容性好，組網運行結構簡單、后期的維護成本低；三是寬頻發射機發射多頻點節目，一般在機器正常工作的情況下，不用因為一兩個接收點不好接收就隨便調整發射機的輸入電平。同時在開啟發射機之前，要用頻譜儀調整前端機房頻道混合器射頻輸出口的RF信號電平，使整個寬頻帶的電平盡可能平坦成一條直線，調整時一個要求是相鄰頻道電平相差不大于1 dBμV，另外發射機的總輸入電平最好在85～90 dBμV，太高太低都容易造成系統的不穩定。對目前使用的全固態數字電視寬頻發射機，它們都具有在470～862 MHz帶寬內任意100 MHz范圍內寬頻帶響應，低噪聲、低功耗線性、極低的本振相位噪聲和群時延特性，ALC恒定功率輸出以及10 MHz外參考源實現精密頻率鎖相控制，以保證寬頻發射機工作的穩定性，從而保證整個網絡的穩定。

在國標地面無線數字電視傳輸覆蓋方面，因建設成本、維護成本的優勢，各地選擇ADTB-T單載波寬頻發射組建單頻網會越來越多。南康市ADTB-T國標地面無線數字電視傳輸系統的單頻網組網主發射站就采用桂林思齊800 W寬頻發射機全向發射，光纜傳輸分配前端已處理調制好的ADTB-T高頻數字信號，基站用20～50 W小功率直放站全向或定向發射組網的單頻網SFN方案，站點分布實際地貌效果圖如圖3所示。

在傳統SFN網中，各不同基站的發射機發射時間的同步依靠GPS來完成，靠預先設置好的“保護間隔”來保證天線收到來自不同方向的信號能同時到達接收機。一旦超過保護間隔允許的誤差，則會造成2個或2個以上的同頻信號到達接收機的時間不同，導致接收機解碼失敗，不能正常接收。但在南康市SFN網的實際組網中，位于人口集中區、稠密區的主發射站采用了800 W大功率寬頻發射機，盡量提高覆蓋區內的接收電平裕量；其他基站用20～50 W做直放站，覆蓋5～20 km的范圍。對基站與基站之間的公共交叉覆蓋區域，一是通過在發射機內嵌入延時模塊調整不同基站發射機的發射時間；二是改變相鄰有交叉覆蓋基站的發射信號的極化方式，盡可能消除相鄰基站的同頻干擾；三是錯開相鄰基站發射機的功率，盡量保證在公共交叉區域內的接收機接收來自不同基站的信號接收電平有10 dB的差距。這些措施在實踐中被證明是一種比較有效的、簡單易行的措施。

4 ADTB-T組建單頻網存在的實際問題

在實際的設計施工中，同頻干擾是目前組建單頻網遇到的最大難題。我們發現：雖然從理論上，國標ADTB-T組建單頻網簡單易行，但在實際的地形地貌中，由于無線高頻信號接收環境的復雜性，各種復雜干擾源的存在，構建ADTB-T單頻網還是存在一些實際的問題：

1）發射站覆蓋區內陰影部分、干擾環境復雜地方的覆蓋難題。在單個發射臺站覆蓋范圍內，由于地形地貌、建筑物等因素，一定會造成覆蓋區內有接收陰影區，對這種狀況，一般都采用同頻轉發器補點的方法解決。做補點時，需注意：（1）接收天線與定向的發射天線要有隔離，兩者的極化方式要不同；（2）補點施工時，發射天線的安裝位置要借助地勢的優勢，最好順著原來信號的傳播方向；（3）在補點區，用戶新接收的補點轉發的信號接收電平要比原來有10 dB的差別。這些都是在做補點時根據實際情況做的一些措施，原則就是要盡量消除同頻自激干擾，使用戶能夠穩定接收。

2）各基站交叉公共區域的穩定接收難題。對單頻網（SFN）中各基站交叉的公共區域的干擾，一般采用的方法是先估測交叉區干擾最嚴重的位置，然后到實地測試，對基站進行延時調整，一般調整的時間幅度在5～30 μs之間，使來自不同基站的信號大概能夠同時到達接收機；再一個就是可以錯開相鄰基站的發射功率差，使來自不同方向的信號電平能保證相差10 dB左右的電平，這些都要在實際施工中慢慢調校和摸索。

3）單頻網內各基站之間的網絡適配問題。對單頻網中各基站之間的網絡適配，目前采用的方案有兩種：一是用微波鏈路（MMDS或MUDS），此方案簡單，投入較少，但后期維護麻煩，受氣候、鏈路等各種因素的影響也大；二是光路分配，缺點是前期投入大，施工相對較難，但后期的維護小，傳輸的鏈路光信號穩定。對所有鏈路的設備調校要細心，有時一個小疏忽，就可能導致基站的發射機工作不穩定。在實際調校800 W發射機時，就因為對發射機反射功率取樣檢測口的調校不精確，導致發射機老是提示“反射功率高于上限”而自動停機保護。這些對于構建一張穩定、可靠的無線國標單頻網（SFN）信號傳輸網絡至關重要。

5 小結

單頻網建設是一個系統工程，在大規模的網絡建設工程中，不僅要考慮單頻網中各基站的選點、傳輸方案的制定，而且網絡中各種設備的安裝調試、測試都要經過在實踐中反復驗證。同時由于ADTB-T（DTMB）是一個新興的商用系統，一些關鍵的設備，特別是在接收信號方面的路測儀等設備，仍處于不斷完善中，加之設備的價格也較高，各地廣電現有的設備無法滿足單頻網網絡建設快速發展的需要，這就給在實踐中構建單頻網帶來一定的難度。因此，在組建國標地面無線數字電視單頻網時，一定要從網絡的前期規劃，站點分布，發射機的選擇，各基站之間的比特、頻率、時鐘同步，覆蓋區內的同頻轉發，適配網建設，可能出現的同頻干擾等多各方面作好詳細規劃，才能使得在實際施工中有據可依，心中有數。

[1]GB20600—2006，數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制[S].2006.

[2]歸林，王堯.技術先進的ADTB-T系統[J].電視技術，2005，29（4）：61-64.

[3]汪慎，張文軍，葛瑩.數字電視地面傳輸用單頻網與單點發射的效果比較[J].電視技術，2005，29（8）：15-17.

[4]盧林，羅志斌.地面數字電視單頻網覆蓋特性探討[J].電視技術，2009，33（5）：7-9.