UHF數字電視寬帶發射機與大區域M-SFN組網探討

趙章佑

UHF數字電視寬帶發射機與大區域M-SFN組網探討

趙章佑

經多年的探討和實踐，就UHF頻段數字電視寬帶發射機及其在地面數字電視廣播（DTTB）的多頻道組網，從技術背景、技術基礎、優勢及需繼續探討等方面進行系統闡述。其中明確提出：需依據國情正確解讀中國地面數字電視傳輸標準（DTMB）的融合特性，結合中國AVS視頻編碼（簡稱“雙國標”），并采用數字電視寬帶發射機及多頻道單頻網（M-SFN）組網技術，推進大區域/省級雙國標M-SFN網的規模發展。在闡述其必要性、可行性時，客觀分析國內外傳統技術模式后，提出一系列采用寬帶發射機進行大區域M-SFN組網的創新概念和關鍵技術；并立足國內自主創新的工程實現技術，以盡快率先擁有這一領域的知識產權。

地面國標；雙國標；數字電視寬帶發射機；多頻道單頻網；大區域組網

UHF頻段的寬帶數字電視發射機不同于多路微波（MMDS）的模擬制寬帶發射及數字制小功率的“空隙填充器（gap-filler）”（設備是寬帶的，使用還是單頻道的）。筆者2002年底主持國內首次數字MUDS實驗測試后，隨著國內地面數字電視廣播（DTTB）市場發展，又在2005年主持“株洲實驗”[1-2]，以初步驗證筆者設想的“數字電視寬帶發射機+多頻道單頻網（Multiple Channels Single Fre?quency Network，M-SFN）”技術模型的可實施性；但限于當時條件，僅在兩個發射站之一采用1臺UHF頻段數字電視寬帶發射機進行實驗。

所謂“數字電視寬帶發射機”（以下簡稱寬帶發射機）就是其帶寬是n×8 MHz（中國的頻道帶寬），而按照目前的制造水平，其中2≤n≤8。其工作帶寬內不同的頻道可以是相鄰的（neighboring），也可以是隔頻道的。

而所謂M-SFN則是一種DTTB大區域組網模型：在同一大區域內形成DTTB同一性的多個頻道單頻網（Sin?gle Frequency Network，SFN）；網絡中各個對應的發射機除遵循頻率、比特、時刻一致的SFN基本要素設置外，在網絡中還以相對應的單頻道功率相同或不同功率配置，并以鄰頻或隔頻設置的多頻道的功率信號，經不同地點的臺站發射，實現（幾十套電視節目等數字信息）DTTB信號同網（包括特定服務區）的可靠覆蓋。

2006年8月，中國DTTB傳輸標準DTMB[3]頒布后，筆者2007年底支持廣西某通信公司和上海某公司等在云南省昭通市，首次實現由2個主發射臺都采用寬帶發射機（每臺400 W）組建6個頻道（每個頻道約35 W）的M-SFN[4]。2008年底，筆者又支持廣西某通信公司在湖南永州市級區域覆蓋中再次采用寬帶發射機的M-SFN組網方式進行了5個縣域（其中2個主發射臺有交叉覆蓋區）的5個頻道的M-SFN組網工程實踐。

2008年5月，筆者參加我國中部某省有線電視網絡集團公司的省級/大區域DTTB網絡的無線項目（企業自籌資金）籌建工作。其中歷經5年時間參與該項目的技術方案制定、專家評審、實驗網建設、驗收以及項目啟動試運行的全過程。該項目參照株洲經驗和國內其他地方推廣應用DTMB組網實踐，探討在一個省域/大區域內“有線孵化無線”的“有線（有限）網絡、無線（無限）延伸”、“有線、無線并舉”融合的構建策略；積極發揮該有線集團自有優勢，通過與地市級/縣級廣電部門合作進行部署實踐；按照DTMB/C=1加AVS[5-6]（雙國標），再加寬帶發射機（還有小功率補點）等技術，首次在一個省域/大區域內實施M-SFN組網的技術模型（還可外加插入地市級和縣級節目的MFN）。

到2013年底，該項目在該省DTTB網絡建設群雄紛爭的狀況下，僅用一年時間就一舉組建23個縣域（全省約1/4的市縣）的102個發射臺站。而每個發射臺只動用4個頻道，可提供48套DVD質量的SDTV節目。這樣就初步實現該省域/大區域M-SFN組網，并投入試運營。據悉，目前總用戶數達23萬。

由于該省級區域項目的實施推進，國內學術界和產業界都在跟蹤探討和開發。2012年3月30日，筆者在吉爾吉斯斯坦首屆國際數字通信圓桌會議上，發表文章《中國AVS+DTMB的M-SFN系統與運營模式》，首次向國內外專家闡述大區域M-SFN組網和采用寬帶發射機的技術模型[7]。此后，在2012年6月上海電視節/白玉蘭論壇、2013年3月和2014年3月的CCBN中國數字電視峰會上，筆者發表后續的演講[8-9]，并公開撰文提出有關建議[10]。而早在2011年10月辛亥革命百周年時，北京大學徐孟俠教授就向臺灣同行介紹中國內地寬帶發射機的原理和典型案例[11]。

在2013年3月北京CCBN展會上，筆者應我國大型發射機制造廠家北京北廣科技公司（BBEF）執行總裁兼總工葉進教授邀請，專門與該公司相關技術人員交流了寬帶發射機及其應用等情況。此后，葉進教授多次在有關技術論壇上介紹該公司研發寬帶發射機的情況。2014年7月在煙臺舉行的“未來廣播電視（FOBTV）”峰會上，葉進教授在其報告[12]中，突出介紹寬帶發射機的優點是：簡化設備（如省略多頻道功率合成器等）、提高可靠性、節能環保和降低成本等。

在國內外相關各界對于寬帶發射機及M-SFN組網應用不斷被詮釋的情形下，筆者按多年來親自參與的國內外相關項目的實踐，特別是結合我國中部某省有線集團這項國內外沒有先例的省級/大區域M-SFN組網和采用寬帶發射機的工程實現中的體會撰寫本文，供有關人員參考和討論。

1 技術背景

要較快推進DTMB的大發展，首先要結合國情正確解讀DTMB工程實現的技術特征，進而確定科學的建設與發展模型。這涉及三大因素：

1）市場競爭因素：在滿足公共服務（包括免費提供基本節目、應急廣播）狀況下，實現國內城鄉信息公共服務均等化；符合我國由電視大國向電視強國發展戰略，滿足參與國際市場競爭需要；推進國內無線三網融合，適應國際上DTTB新一代技術與新一代通信網絡交融發展技術趨勢等。

2）實施條件因素：包括確立節能環保、低成本（含模擬臺網的利用率）和快速（規模建設及管理的可實施性）構建大規模M-SFN組網技術模型和運營模型；其中還涉及模數過渡的頻率優化可行性，相關配套技術標準的指導性、相關運營管理體系（含政策）的建立及技術政策（包括頻率管理）的許可性等。

3）產業支撐因素：包括構建完整的工程實現技術的自主知識產權體系及能承載大規模發展的產業成熟度等。

在音視頻編碼、數字傳輸和其他軟硬件等的技術和業務市場的雙重作用下，催化了國內外DTTB固定接收模式的M-SFN覆蓋工程應用。這不僅沖擊單一的公益性免費服務方式，還呈現從點覆蓋網向區域特別是大區域覆蓋的網絡（含M-SFN和多頻網（MFN）兩類組網技術）工程應用的發展趨勢。由此，要實現國內DTTB固定接收模式的網絡用戶規模及其產業的大發展，就必須高度重視國內已創新推出的省級/大區域的雙國標M-SFN組網工程模型的推廣。為此，近幾年國內雙國標學術界和產業界（含發射機、芯片和部分運營商等）共同反復實踐，就如何解決頻率優化這一關鍵技術進行了一系列的技術創新開發。其中采用寬帶發射機技術進行M-SFN組網是解決這方面關鍵技術的最佳解決方案。

通過這種技術創新，一方面有利于在跨越式規模發展中盡快關閉省級/大區域的模擬電視廣播，騰出寶貴的、可以轉化為重大社會效益和經濟效益（所謂“數字紅利”）的地面電視頻譜資源，改善國內信息產業發展急需的頻率資源條件。另一方面，也有利于在國內模數同播期或模擬電視關閉后的兩段時期，探討廣電業務和服務創新發展。通過若干年的持續努力，在加速國內雙國標省級/大區域M-SFN組網建設發展中，實現我國由電視大國向電視強國的歷史性突破，并趕上發達國家數字電視發展水平。

2 技術基礎

2.1 基于DTMB融合技術優勢

據悉，由美、加、歐、日、韓、中等大多數國家參加的、預定2015年底完成的ATSC 3.0版物理層，將采用類似中國DTMB的融合方案為基本技術框架。而DTMB開創的融合技術形成的突出工程實現優勢，更多地體現在極有利于解決大區域的一次性的規模實施的M-SFN組網中的集約化、可實施性和可拓展性方面，即具有在大區域的M-SFN組網的集約型規模構建和運營啟動以及承接未來網絡發展的雙重效應。

DTMB的這一技術特征一度被狹義應用所困而沒有被業界看重：只看單點覆蓋，而沒有重視區域組網覆蓋；只看單一選項應用而沒有看到兩個選項融合應用。但國內不斷推進的DTTB規模運營網絡建設以及如何實現雙國標拓展海外市場的搏擊中，逐漸彰顯出“中國創造”的融合技術優勢，也就鑄就了在國際市場中“雙國標+寬帶發射機”方案超越“DVB-T2+H.264+多頻道功率合成器（以下簡稱多工器）發射”方案，突破性形成能全域性（大規模）、節能環保、低成本、快速，并能承接多業務地進行大區域M-SFN組網的工程設計的理論基礎。

2.1.1 集約化

大區域M-SFN網絡構建，涉及初期一次性頻率資源占用多，用戶規模發展及業務層面問題深，關聯網絡（有線電視網絡、衛星網絡、通信網絡）運行、管理體系的影響因素多，一次性構建投資及風險大等經濟可行性的考量。因此，必須做好大系統網絡集約化構建中的諸技術要素選擇，以實現最少資源占用、最低成本構建，從而獲得最大的投資回報和最佳的社會及服務效應。由此，必須考慮各種技術（信源、信道等）組合屬性的結構不同，會在大系統中呈現復雜的相互作用、相互影響、相互制約的工程實現的可行性；如雙國標或DVB-T2+H.264的選擇，能否鄰頻設置，能否采用寬帶發射機，能否簡潔地進行頻率優化，能否通過M-SFN實現最少頻率占用，系統是否存在崩潰性故障因素和信息安全，能否平滑實現與通信網絡的鏈接，最終體現能否集約型一次性構建復雜的運營大網等等。由此可見，首先盡可能降低信道傳輸和傳播中的各種惡化率的影響，選擇合適的DTTB標準或DT?MB的選項及設備，以形成良好的相關性作用，才能解決好大區域M-SFN組網的各類技術協同性、關聯性等的工程實現的集約化問題。

大區域M-SFN組網是復雜的系統工程。優先采用DTMB中對時域和頻域不敏感的C=1選項，利用它對發射端、傳輸鏈接及信號傳播乃至接收端的非線性、量化噪聲和相位噪聲等要求相對DTMB/C=3 780選項較低，就方便鄰頻設置和采用寬帶發射機構建大區域覆蓋網；且可采用10-9量級時鐘精度進行M-SFN組網構建等一系列工程實現中具有簡潔性技術特征，是有利于提高工程的集約化程度，從而增強了該復雜系統工程的可行性。

2.1.2 可實施性

1）大系統能否相鄰頻道設置是可實施性的要素之一（DVB-T2不宜相鄰頻道設置）。如果不能相鄰頻道設置，那么系統占用的頻段帶寬要增大。系統工作頻段越寬，一方面在發射、固定接收天饋系統中的阻抗波動、場型劣化、系統自擾等非線性因素影響大；且系統的多次頻率優化的工作難度也加大。此外，還會影響工程中對原有臺站實施（如機房空間、鐵塔發射天線安裝位置許可等）和有線網絡傳輸鏈接設施的利用率（包括對構建的設備和產品的普適性和共融性）。

相鄰頻道設置這種類似于國際上最新提出寬帶聯發或根據業務進行動態分配的新技術，既有利于發射機由單頻道（如8 MHz）向一定帶寬（目前能達到的工作頻帶為64 MHz）的寬帶發射機開發，也有利于與之配套的天線系統的開發，更有利于新型射頻（RF）延遲調整技術的開發，使得大區域M-SFN組網的可實施性大增。

2）M-SFN構建中如果采用國際上通用的SFN適配器技術，須基于統一的時鐘，如GPS；特別是如果采用DT?MB（C=3 780）選項的話，其時鐘精度量級為10-12。后者勢必造成全系統的各個環節受此精度的限制太嚴，由此維持系統可靠性的成本較高，不利于快速大區域規模組網和運營。而采用DTMB/C=1選項只需在系統構建時，同步構建10-9量級精度的時鐘恢復系統就能保證M-SFN的性能。特別是在采用小功率多補點的準蜂窩（有效減少重復覆蓋區面積）覆蓋模式時，只需通過各區域的激勵器內置10-9量級精度的10 MHz晶體時鐘源，就能保證M-SFN各交叉區內的穩定接收。

3）有利于激勵器技術性能提升而達到實用要求。由于多頻道信號經過功放（具有非線性）會使得單頻道的MER值明顯劣化。工程實際表明，采用DTMB/C=1選項在等電平多頻道射頻信號合成后，再經過寬帶功率放大時，可按照每增加一倍的頻道數，其每個頻道的MER值要劣化約3～4 dB考慮。由此，如果按照DTMB發射機測試標準[13]中的規定（MER≥32 dB），在同時放大4個頻道時，其對應的每個頻道輸入信號MER值就應在38～40 dB以上。如果再考慮小信號線性混合時對每個頻道信號的MER劣化0.5～1.0 dB，由此每個單頻道激勵器輸出信號的MER值就應在38.5～41.0 dB以上（若采用DT?MB/C=3 780選項，則所需的數值要顯著高于此值）。

4）DTMB/C=1選項具有發射功率峰均比（PAPR）較低的技術特征，有利于改善寬帶發射機的電源效率，從而有利于提高各種功率等級、各種類型（特別是室外型）的寬帶發射機產業化和工程可實施性，即能立足國內制造業支撐，較快滿足一次性大面積采用小功率多補點“準蜂窩”覆蓋組網的規模推進；從而有利于國內DTTB的節能環保、低成本、大規模、快速地構建和高效運營（滾動發展）的新型廣電產業局面形成。

2.1.3 可拓展性

DTMB融合特征鑄就了系統較強的未來可拓展性。

1）只有在采用DTMB/C=1選項構建了大區域的M-SFN組網運營的規模網絡以后，才能為在網絡中采用DTMB/C=3 780選項，開展與通信網容易鏈接的準交互、大區域移動接收等新業務的發展提供技術、經濟和管理的運營條件。也即在形成大區域的多業務DTTB規模運營網絡的基礎上，才能有實力拓展無線三網融合，繼而承載未來網絡的新型業務。

2）DTMB的融合技術所呈現的工程實現優勢，特別能使大規模運營網絡在核心技術上保持較長時間的穩定性，非常適合國內用較短時間實現模數轉換的DTTB市場需求，也就特別適合大多數發展中國家的類似市場需求。

2.2 基于AVS產業化程度的快速提高

由于國內AVS（包括AVS+）技術及產業化（含AVS統計復用技術開發）已趕上國外先進國家的水平。因此，在國家頒布的數字電視接收器/接收機的標準中，從2014年1月1日起只推薦AVS視頻編碼，沒有推薦H.264和MPEG-2（后者屬于需淘汰的技術，還需支付專利費）。這就為在大區域M-SFN組網中采用AVS編碼提供了極好的實施條件。

果斷采用AVS/AVS+編碼技術，既符合國家推薦自主創新高技術的政策，又能明顯減少大區域M-SFN組網需用的頻道數量，還能改善電視節目技術品質和數量，也能大幅度降低工程中頻率規劃和優化實施難度。

2.3 基于國內創新的產品及工程技術支撐

2.3.1 國產自主創新的高性能激勵器（調制器）快速市場化

國產高性能激勵器/調制器在單頻道檢測方法時，其主要技術指標均大幅度優于國家測試標準[14]；其中相位噪聲、本底噪聲、帶外抑制、10 MHz時鐘源的頻率精度（含頻率穩定度）及MER值等指標都明顯提高（例如，單頻道測試的MER≥45 dB，時鐘頻率精度10-9等）。這就極有利于改善M-SFN組網時多個頻道經射頻信號合成后的寬帶射頻（RF）信號技術指標，以滿足寬帶發射機功放模塊對輸入信號源的參數要求。

特別是國內新近研發的DTMB多頻道激勵器（多通道的多節目傳送流（MPTS）輸入、射頻合成輸出），除采用一系列新技術和新工藝，使輸出寬帶信號參數提高外，還采用內置主備切換的、精度量級為10-9的10 MHz晶體時鐘源對多頻道信號鎖相，保證大區域M-SFN對時鐘頻率的控制更加簡潔、可靠，并降低了設備成本。國內某公司提供的多頻道激勵器輸出口的頻譜圖見圖1。

圖1 國產多頻道激勵器輸出口的頻譜圖（截圖）

2014年1月，國內某產品經廣播科學研究院委托測試的激勵器部分參數測試結果見表1。

表1 國產多頻道激勵器部分參數測試結果

2.3.2 DTMB寬帶發射機的制造技術的最新突破

目前，寬帶發射機在單通道檢測方法時的主要技術指標均大幅度優于國家測試標準。采用新型功放模塊及制造新工藝可使發射機功放級的非線性劣化度降低。目前國內1 kW寬帶發射機工作帶寬為64 MHz時，同時放大5個頻道的寬帶信號，無論是否采用相鄰頻道設置，在輸出口獲得的單個頻道輸出的MER值能滿足32 dB的檢測要求。

此外，國產寬帶發射機普遍成熟采用多個功放并聯冗余設計/熱插拔替換、高可靠開關電源/均流供電，新型自適應調整、告警保護、完備的數據檢測、遠程監控等一系列新技術、新工藝，使室內型或室外型寬帶發射機（含功放機）的綜合特性大幅度改善，能夠滿足大區域M-SFN組網的高性能需要。

早在2012年，國內某公司采用5個單一激勵器經射頻合成（相鄰頻道設置）方式，在寬帶發射機的各輸出口部分參數測試結果見表2。

表2 國產某產品的寬帶發射機各輸出口之部分參數測試結果

2.3.3 新型寬帶發射（接收）天線系統產業化程度不斷提高

大區域M-SFN組網和運營所需的發射端和接收端的寬帶天線系統不同于傳統定義的寬帶概念，必須把同時發射（接收）狀況下的每個頻道的駐波比、阻抗、增益、方向圖統一考量；并使每個頻道的上述參數的差別控制在能容許的最小范圍內。這涉及天線生產工藝、材料、設計、成本控制、檢測等諸多方面因素。國內新近推出的發射（接收）天線系統除能保證其原有標稱的性能指標外，對工作頻寬內的每個頻道的駐波比、阻抗、增益、方向圖等的波動值都有大幅度改善。特別是1 kW功率等級以下高性能寬帶縫隙發射天線開發，提高了小功率、多補點組網工程實現中的可實施性。

2.3.4 自主創新的組網工程技術支撐

1）省級/大區域射頻（RF）M-SFN組網技術：首先使得省域內每個縣域M-SFN組網（含插入當地節目的頻道；它相對于省域網絡而言是MFN）中的各頻道，分別共用同一臺（路）激勵器的RF信號（無頻率、相位偏差和偏移），可在該縣域交叉覆蓋區內比特同步和頻率同步[15]基礎上，采用射頻（含RF寬帶）延時校正技術達到時間同步[15]，確保該縣域交叉覆蓋區內的收視。由于省域內M-SFN信號一致（比特相同、相位相同），且相鄰縣域的M-SFN內的頻率偏差都在10-9量級精度之內達到頻率同步。這樣只要做好RF延遲調整再達到時間同步，就能在省級/大區域M-SFN組網初期構建中，簡便應對相鄰縣域M-SFN在交叉區的相互干擾。

一個縣域內自主創新的射頻寬帶發射機組網與國內外傳統的發射機+多工器合成發射組網的結構對比框圖，見圖2。

2）新型補點和深度覆蓋技術：室外型（塔機）中等功率（寬帶400W）放大機的開發，有力帶動了新型寬帶發射覆蓋方式規模應用。這既有利于滿足大區域M-SFN組網中信號傳輸鏈接方式宜簡易多樣（光纖、微波等）的要求，也因能減少了饋接損耗而可普遍采用降低發射功率等級的新型（準蜂窩）小功率（綠色）覆蓋模式。這樣就能有利于系統在工程實施中的快速補點及深度覆蓋，起到縮短建設工期、節約投資和降低運營成本的良好工程實施效果[16]。

3）自主創新的射頻回波消除直放技術：中等功率（寬帶400W）回波消除直放設備的開發，有力保障了復雜頻道資源環境下的高質量M-SFN組網信號的中繼覆蓋效果，也進一步完善了大區域M-SFN組網的工程可實施性。

圖2 大區域內的射頻寬帶發射機組網與發射機+多工器發射組網之結構對比框圖

3 優勢

3.1 顯著推進大區域M-SFN組網的技術可行性

3.1.1 省略多工器

1）徹底避免多工器的溫漂（其最高穩定度也只能在10-6量級精度）和頻率誤差（其最高也只能在10-6量級精度）在鄰頻設置當中的不穩定因素（這種量級精度離M-SFN組網要求相差3個數量級），突破性地消除了這兩種因素對處在鄰頻設置M-SFN交叉區的信號覆蓋劣化和頻道間信號干擾，在SFN工程實現技術上實現了國際領先的超越。

2）徹底消除多工器（還有鏈接用的RF短饋線）帶來的饋接、插入損耗（合成頻道越多，插入損耗越大；UHF頻段，僅4路鄰頻設置/六腔結構時每路最大插入損耗約1.0～1.5 dB[17-18]），提高了發射系統的電功率輸出效率。

3）徹底消除多工器的高達300 ns以上的延遲和不同頻道所具有延遲差的影響（這個延遲差處在不恒定狀態），利于提高大區域M-SFN組網的可行性。

4）發射臺站無需考慮多工器安裝占用空間，既有利于工程實施，更有利于高效率寬帶發射系統（室外塔機型）大面積使用。

3.1.2 使頻率調整（優化）工程實施簡便

這是適宜大區域M-SFN組網中多次的頻率優化調整工程實施需要的最佳技術方式，且調整區域性頻率時，可操作性強（幾乎不需要專業設備人員到現場）、工作時間短（一般只需在激勵器上變動調整就行），對網絡運營影響少。

3.1.3 有利于構建環保型覆蓋網絡

區域性主臺加多補點的新型（準蜂窩）小功率覆蓋方式相比高山大功率覆蓋方式的覆蓋優勢：1）明顯減少了全系統重疊覆蓋區的面積，特別是消除了大重疊覆蓋區（一個縣域甚至關聯幾個縣域）的面積；2）全系統覆蓋場強均勻度大幅度改善；3）有效降低了電磁輻射污染；4）無人地區或近場信號過強，白白浪費電能，又增加電磁污染，不符合環保要求。

特別是寬帶發射（含室外塔臺型）與傳統的多工器合成發射相比，承擔主要覆蓋功能的發射機總數量并沒有明顯增加（頻道越多相差越少）。但整個系統構建中，反而因發射機功率降低而減少了總體電能耗，還便于大量的室外塔臺型寬帶發射機采用低碳（光、風）能源。

3.1.4 有利于構建交互網絡

采用小功率多補點的DTTB覆蓋網絡極容易使覆蓋結構網格化。這既有利于構建廣電系統的無線回傳通道，更有利于聯合電信網絡構建回傳通道。這也為開展區域性移動電視，為廣電行業推進三網融合，與電信網絡及其業務交融等奠定了工程基礎。

3.2 顯著提升了大區域M-SFN組網和運行的經濟可行性

發射機由N+1（備份）臺變成1+1（備份）臺；明顯減少發射機等設備數量和占用機房空間。這樣在組網初期，既方便利用原有廣電塔臺、機房設施（包括配電不需擴容等），也有利于使用電信界的通信塔臺、機房等設施（符合配電容量和干擾的要求）；還方便因地制宜采用各種稍加改造的光纖、微波、“直接空轉”等技術方式傳輸信號，提高系統信號鏈接工程可實施性。

由圖2可見，如果以省域組網動用4個頻道為例，歸納1個縣域內、僅1個發射臺的寬帶發射機M-SFN組網與國內外傳統的“發射機+多工器”組網的主要設備之構建對比，可見表3。

表3 1個發射臺采用2種不同組網方式的主要設備構成

由圖2和表3可見，當1個縣域內有多個主發射臺時，僅發射臺的設備數量上總體相差就非常懸殊。因為，由于減少了大量（約成倍減少）的發射機、SFN接收端適配器、GPS時鐘設備和多工器等設備，在系統的發射端，除了提高可靠性以外，其設備投資額可以降低1/3以上，這既有利于在保證質量的前提下，縮短建設工期，也能有效推進有線與無線網絡的共融共建，從而有利于快速形成大區域網絡運營維護保障體系，在節能環保和大幅度降低運營成本的情形下，保證大系統運行性能。

3.3 有利于形成國際領先的完整的知識產權體系

快速實現多個省級/大區域M-SFN組網和運營，形成國際領先的具有中國創造元素的工程實現技術，既奠定了雙國標升級（下一代DTMB和AVS-2）的國內規模應用的基礎，也有利于國內相關制造業的產品更新換代和創新發展，結合參與海外市場競爭推廣應用，并由此形成具有國際先進水平的中國自主創新的雙國標（含工程技術）完整的知識產權體系。

4 大區域M-SFN組網中的頻率規劃與頻率優化

采用寬帶發射機構建省級/大區域M-SFN組網的過程，幾乎是與行政轄區內各小區域（縣域）準備關閉模擬廣播頻率過程同步，即在行政轄區會經歷由暫時短期占用UHF頻段某些頻率，直至分幾步調整到全系統M-SFN組網所設計頻道（頻率）的優化過程。這也就是說：這會經歷對頻率占用的動態性調整優化過程。尤其是這種小功率多補點的準蜂窩發射覆蓋網在構建中，既會大幅度減少原有大臺（包括高山臺）重復覆蓋面積。此外，還會引起部分臺站功能的變化（比如重要的信號中轉樞紐、國家級應急廣播、覆蓋監測、安全監控等）。

這一系列頻率占用狀況明顯會對傳統的廣電行業的頻率管理產生巨大變革；即在頻率管理上要經歷不同于傳統的頻率指派的先規劃、經批準再實施過程。這是廣電行業在完成DTTB由模擬向數字化的技術變革中，首先要面對的在頻率管理方面的一場重大創新。

一個省域/大區域M-SFN組網大體要經歷3個頻率規劃和調整（優化）階段：

1）起步階段：結合（適當調整）國家頻率指配的各地公益性（免費）服務頻道，在UHF頻段100 MHz范圍內，按能選用2～3個左右的統一頻道的過渡性區域（地市或跨地市縣域連片），進行雙國標的M-SFN所需頻率進行初步頻率規劃。與此同時，要注意規劃好：因要滿足插入各地節目的所致MFN所需頻道（因小功率覆蓋，該頻道在相隔縣域情況下一般可以重復使用）。

2）第二階段：在完成過渡性區域內第一階段組網的條件后，推進過渡性區域內關閉大部分地面模擬電視廣播，騰出的若干空白頻道；然后實現第二次更大的過渡性區域內的頻道優化調整。

3）第三階段：依據國內相鄰的省級/大區域的雙國標M-SFN組網建設狀況，推進關閉在本省級/大區域內關閉所有剩余的模擬電視廣播，實現本省級/大區域內M-SFN和MFN組網所需頻道占用數最少（騰出空白頻譜供其他省域/大區域M-SFN組網使用），并結合功率配置優化調整，達到覆蓋效果最優化。

在全國范圍內完成在相當數量的省級/大區域內關閉模擬電視廣播條件下，規劃建設全國統一的雙國標M-SFN所需的頻率條件就開始形成。同時，各省級/大區域的雙國標M-SFN組網所占用的頻率資源，可能還需要經過1～2次的調整，最終達到理想的頻率調整優化分配效果。其中可參照國際無線電大會所確定的頻率使用原則進行（包括規劃或騰空“700 MHz頻段”，按照有待擬定的法規進行“重新分配”）。

顯然，采用UHF頻段的寬帶發射機進行M-SFN組網技術，非常有利于實施上述多次的頻率優化調整過程。這從圖2下方框圖中采用傳統的單頻道發射機+多工器方式所引起的技術復雜性進行對比，立即可以看出寬帶發射機的優越性。

5 寬帶發射機有待進一步研究的問題

相比已經有幾十年歷史的單頻道發射機，UHF頻段寬帶發射機產業化程度還不夠。寬帶發射機目前還存在的進一步研究的問題：

1）非線性因素，多次諧波、交互調等使功放效率下降，從而會使整機的電源效率下降。特別在較大功率（1 kW/ 64 MHz工作帶寬）的寬帶發射機產品中，目前能達到整機效率約為20%。因此，要使整機電源效率達到或超過與單機-單通道發射機較為合理的差別（如1 kW寬帶發射機的整機電源效率達到25%以上），同時促使單機寬帶發射機輸出功率增加到2 kW級以上，以適應國內外市場需要。

2）因非線性等因素和制造水平所限，頻道增加會造成單頻道MER值下降太快，從而限制了寬帶發射機的工作帶寬（目前1 kW寬帶發射機能滿足指標要求的在64 MHz）。而大區域M-SFN組網中，往往會遇到超過這樣頻段帶寬的實施條件。因此，UHF頻段單臺發射機的工作帶寬有待擴寬到100 MHz（目前八木七單元接收天線能良好接收的工作頻帶約為100 MHz）。

3）對發射機器件（功放模塊）和工藝要求高。這既會增加大功率寬帶發射機研發和批量生產的難度，也會限制單機可合成的頻道（8 MHz）數量增加的速度（目前不宜超過8個）。從狹義上說，寬帶發射機模式消耗了單頻道-單機發射端努力提高MER值的覆蓋效果；盡管這一效果不是線性改善的，但這對于大區域M-SFN組網中改善大面積覆蓋接收效果，提高運營效益的意義很大。所以，提高發射機制造技術，改善發射機功放部分非線性因素的劣化程度，依然是新一代寬帶發射機的研發方向。

4）推動大區域M-SFN組網的發展，提升制造業的支撐能力，離不開國家及行業相關配套性技術標準的制定、并盡快頒布實施。更何況應立足國內自主創新的工程實現技術，以便在國際上率先擁有這一領域的自主知識產權。

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Discussion on DTV W ideband Em itter and M-SFN Network in Large Region

ZHAO Zhangyou

Based on the explorations and implementations in many years by the author of this paper,DTV wideband emitters in UHF frequency band and multi-channels networking of DTTB are discussed in this paper in systematic descriptions with its technical backgrounds,technical bases,and its advantages,as well as its further improvements needed. It is clearly pointed out that the basic merging characteristic of the digital terrestrial television broadcasting(DTTB)transmission standard of China (DTMB)should correctly be interpreted with the domestic conditions of China,while integrating with the AVS standard(‘Dual Chinese Standards’),as well as adopting DTV wideband emitters and Multi-Channels Single Frequency Network(M-SFN)in construction of DTTB networks,especially in the promotion of its implementations in a broader scale of large or provincial regions,deploying dual Chinese standard and M-SFN Networking.After describing the necessity and feasibility of the new technology,together with the objective analysis of the traditional techniques of DTTB networking,domestic or foreign,a series of new ideas and techniques,using wideband emitters to implement M-SFN networks in large regions are introduced,basing on the engineering realizations of self-innovative new techniques,as well as grasping the IPRs in this field as fast as possible.

DTTB；dual Chinese standards；DTV wideband emitter；M-SFN；DTTB network in large region

TN949.6

A

?? 京

2014-09-24

【本文獻信息】趙章佑.UHF數字電視寬帶發射機與大區域M-SFN組網探討[J].電視技術，2014，38（21）.

趙章佑（1948—），高級工程師。2002—2005年，任湖南株洲電廣寬帶信息網絡有限公司技術顧問；2005—2008年，任湖南株洲廣播電視產業（集團）股份有限公司董事長特別助理；2008年9月退休；2008—2012年，任湖南省有線電視網絡（集團）股份有限公司技術顧問；2008—2012年兼任中數投資本管理及天廣視訊科技發展（北京）有限公司技術顧問。目前仍擔任全國音頻、視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會委員，AVS產業聯盟顧問，桂林思奇通信設備有限公司首席技術顧問等。