地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋方法研究

□王春麗

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地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋方法研究

□王春麗

摘要：本文以O(shè)FDM多載波調(diào)制系統(tǒng)和保護(hù)間隔為主，對(duì)單頻網(wǎng)的傳輸模式和單頻網(wǎng)的實(shí)施進(jìn)行了詳細(xì)分析，以期對(duì)我國(guó)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：地面數(shù)字電視；單頻網(wǎng)；覆蓋方法

電視廣播等媒體是人們生活中必不可少的一部分，其運(yùn)行過(guò)程需要一個(gè)全面的覆蓋體系。在我國(guó)綜合電視廣播覆蓋體系中，一個(gè)重要的組成部分就是地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)。就目前的技術(shù)而言，最佳的覆蓋系統(tǒng)是單頻網(wǎng)覆蓋。在這種情況下，積極加強(qiáng)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋方法的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、單頻網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一）OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)

OFDM多載波調(diào)制系統(tǒng)在CMMB和DTMB等都能夠充分發(fā)揮功能。TDS-OFDM是DTMB應(yīng)用過(guò)程中的主要時(shí)域同步較頻分復(fù)用數(shù)字傳輸技術(shù)。OFDM基礎(chǔ)上的循環(huán)前綴是CMMB應(yīng)用的基礎(chǔ)。OFDM在應(yīng)用過(guò)程中的主要措施是將多個(gè)子信道應(yīng)用于傳輸信道當(dāng)中，不同子信道能夠擁有不同的載波，在運(yùn)行過(guò)程中，可以將需要傳遞的信號(hào)進(jìn)行分割，子信道能夠在不同的載波上對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳遞。這種分割法可以在信號(hào)傳遞過(guò)程中將速率降低，并加長(zhǎng)符號(hào)周期，促使回?fù)苎訒r(shí)小于這一信息傳遞速度，這樣一來(lái)就能夠有效地減小反射波。①OFDM在應(yīng)用過(guò)程中，正交產(chǎn)生于載波當(dāng)中。盡管重疊的部分產(chǎn)生于載波當(dāng)中，但也可以在解調(diào)時(shí)充分發(fā)揮功能。因此使用者可以對(duì)寬帶進(jìn)行充分利用，對(duì)較多的載波進(jìn)行安排。

（二）保護(hù)間隔

多徑在應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的負(fù)面影響可以應(yīng)用加長(zhǎng)符號(hào)周期進(jìn)行彌補(bǔ)，然而卻無(wú)法徹底轉(zhuǎn)變這一現(xiàn)象。惡劣的信道產(chǎn)生于地面廣播中，如果需要在播出中將產(chǎn)生的故障進(jìn)行更加深刻的清理，則不同的保護(hù)間隔被應(yīng)用于不同的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，如CMMB和DTMB等。GI是DVB-T應(yīng)用過(guò)程中的保護(hù)間隔，PN序列是DTMB應(yīng)用過(guò)程中的保護(hù)間隔，CP這一循環(huán)前綴負(fù)責(zé)承擔(dān)CMMB的保護(hù)間隔。在應(yīng)用過(guò)程中，只要保護(hù)間隔能夠大于多徑延時(shí)的長(zhǎng)度，一定的干擾就不會(huì)給多徑傳輸造成影響，接收端應(yīng)用過(guò)程中可以接受恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)頻信號(hào)，因此能夠?qū)Ψ?hào)的原始值進(jìn)行恢復(fù)。多徑效應(yīng)失真包含兩種現(xiàn)象，分別為遲滯和超前處理。②

二、地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的參考網(wǎng)絡(luò)

（一）DVB-T大服務(wù)器SFN參考網(wǎng)絡(luò)

共有七部發(fā)射機(jī)存在于該網(wǎng)絡(luò)中。中間位置擁有一部發(fā)射機(jī)，六邊形的不同定點(diǎn)分別設(shè)置一個(gè)發(fā)射機(jī)，從而構(gòu)成一個(gè)相對(duì)開放的網(wǎng)絡(luò)。無(wú)方向性天線存在于發(fā)射機(jī)當(dāng)中，同時(shí)該六邊形所覆蓋面積以外的百分之十五位置是服務(wù)區(qū)的總體面積。在固定的RPC1和RPC2中，該網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)行良好的接收工作，同時(shí)還可以在IV/V和III三個(gè)頻段當(dāng)中發(fā)揮重要功能。③SFN覆蓋的大服務(wù)區(qū)需要應(yīng)用RN1，相對(duì)天線高度具有一定的合理性，能夠?yàn)闈M足網(wǎng)絡(luò)假設(shè)發(fā)射機(jī)中心地點(diǎn)進(jìn)行服務(wù)。組網(wǎng)在日常運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)部干擾是發(fā)射機(jī)運(yùn)行中最大的限制，因此在進(jìn)行移動(dòng)或便攜接收的過(guò)程中，150至200km之間是SFN和RN1存在的位置，其中不需要對(duì)較強(qiáng)的DVB-T系統(tǒng)變量和相對(duì)密集的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用。

（二）DVB-T小服務(wù)區(qū)SFN參考網(wǎng)絡(luò)

共有三部發(fā)射機(jī)存在于該網(wǎng)絡(luò)中，分別應(yīng)用于等邊三角形的不同頂點(diǎn)。該網(wǎng)絡(luò)類型同樣擁有較強(qiáng)的開放性，無(wú)方向性天線被應(yīng)用于發(fā)射機(jī)當(dāng)中，六邊形是其服務(wù)區(qū)的面積。

同RN2參考網(wǎng)絡(luò)相似，在RPC1和RPC2等網(wǎng)絡(luò)中可以進(jìn)行良好的接收，同時(shí)還可以在IV/V和III三個(gè)頻段中發(fā)揮重要功能。覆蓋小服務(wù)區(qū)的SFN是RN2的主要功能，相對(duì)科學(xué)的天線高度可以應(yīng)用于發(fā)射機(jī)地址當(dāng)中，能夠減少內(nèi)部干擾在發(fā)射機(jī)運(yùn)行中的影響。一般情況下，30至50km是服務(wù)區(qū)的直徑。這一種類的SFN在應(yīng)用過(guò)程中具有較強(qiáng)的密集性，同時(shí)能夠?qū)ο鄬?duì)大的服務(wù)區(qū)產(chǎn)生覆蓋，然而需要對(duì)較大數(shù)目的發(fā)射機(jī)進(jìn)行應(yīng)用，在這種情況下應(yīng)對(duì)RN1這一大服務(wù)區(qū)進(jìn)行應(yīng)用。④

三、地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)的覆蓋方法

（一）單頻網(wǎng)的傳輸模式

首先，選擇DVB-T的傳輸模式。較快的同步不易受系統(tǒng)載波影響等優(yōu)勢(shì)是該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)。然而該系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，擁有較短的時(shí)間間隔，因此擁有較差的抗多徑時(shí)延能力，因此較小的單頻網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程中可以對(duì)2k模式進(jìn)行充分的利用。⑤相對(duì)穩(wěn)定的同步及較強(qiáng)的抗時(shí)延功能存在于8k模式當(dāng)中，然而如果需要在車上進(jìn)行移動(dòng)接收，則不可以擁有過(guò)快的速度，因此在進(jìn)行大型單頻網(wǎng)構(gòu)建的過(guò)程中，可以對(duì)8k模式進(jìn)行充分的利用。

調(diào)制QPSK、16QAM和64QAM星座的過(guò)程中，如果其他外在因素相同，逐漸增多的有效凈碼率產(chǎn)生于傳輸?shù)倪^(guò)程中，同時(shí)逐漸升高產(chǎn)生于C/N門限的對(duì)應(yīng)中。在這種情況下，矛盾性產(chǎn)生于覆蓋效率和傳輸碼流效率中。并且，同樣的矛盾性還存在于卷積碼率和保護(hù)間隔中。因此如果要想促使糾錯(cuò)能力和最大時(shí)延在多徑信號(hào)傳輸過(guò)程中得以提升，必須降低傳輸效率。

其次，選擇DTMB傳輸模式。該模式同以上傳輸模式具有相似之處，然而在設(shè)置過(guò)程中，較大的差別產(chǎn)生于載波數(shù)量和編碼效率等中，因此在組合不同參數(shù)的過(guò)程中，能夠創(chuàng)造共三百余種模式。據(jù)有效數(shù)據(jù)顯示，如果單頻網(wǎng)在應(yīng)用過(guò)程中擁有小于37.54km的半徑，則幀頭可應(yīng)用PN945，其擁有945到3780的開銷。如果擁有較大的開銷，則不同模式在應(yīng)用過(guò)程中擁有較低的錯(cuò)碼率，對(duì)實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)的移動(dòng)接收具有良好的效果。

如果單頻網(wǎng)擁有小于16.68km的覆蓋半徑，則幀頭可應(yīng)用64QAM，較差的性能將體現(xiàn)在多徑信道和移動(dòng)時(shí)變中，然而凈荷速率將擁有較高值。在這種情況下，其在高比特率中能夠?qū)崿F(xiàn)良好的固定接收。如果調(diào)制方式為16QAM，該模式應(yīng)用過(guò)程中的錯(cuò)碼率將會(huì)增高，更加有益于在移動(dòng)接收中進(jìn)行應(yīng)用，同時(shí)會(huì)得到較低的凈荷速率和載噪比門限。

（二）單頻網(wǎng)的實(shí)施

發(fā)射機(jī)是實(shí)施單頻網(wǎng)的重要設(shè)備，在科學(xué)和信息技術(shù)不斷進(jìn)步的趨勢(shì)下，這一設(shè)備技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。我國(guó)正處于積極進(jìn)行單頻網(wǎng)發(fā)射機(jī)研究的進(jìn)程中，在縫隙填充器和水冷發(fā)射機(jī)等領(lǐng)域取得了一定成就。發(fā)射機(jī)在應(yīng)用時(shí)，應(yīng)能夠滿足我國(guó)地面數(shù)字電視運(yùn)行過(guò)程中的所有工作模式，同時(shí)遙控遙測(cè)接口是發(fā)射機(jī)的重要部件，如果應(yīng)用到地面數(shù)字廣播中，應(yīng)滿足以下功能。

首先，可靠性較高，能夠?qū)崿F(xiàn)廣播的長(zhǎng)時(shí)間播放，這一要求下，相關(guān)設(shè)備必須擁有良好的基本功能。其次，性能較高。技術(shù)指標(biāo)偏高能夠滿足設(shè)備的發(fā)射要求，良好的C/N比應(yīng)當(dāng)存在于低交調(diào)中，如果場(chǎng)強(qiáng)較低，能夠促使移動(dòng)接收得以實(shí)現(xiàn)。最后，穩(wěn)定性較高。如果系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，性能受到影響而產(chǎn)生變化，則一定會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)覆蓋范圍縮小和時(shí)延現(xiàn)象的產(chǎn)生。⑥如果信號(hào)變化產(chǎn)生于發(fā)射設(shè)備中，正常的信號(hào)接收將無(wú)法實(shí)現(xiàn)于服務(wù)區(qū)的邊沿位置，如C/N界限區(qū)。為了減少接收不良現(xiàn)象產(chǎn)生于接收的邊緣，必須擁有較穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)。

注釋：

①王建松.國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)性能研究[D].北京郵電大學(xué),2010.

②孫寧.地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)模式及節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)研究與分析[D].北京郵電大學(xué),2010.

③鄧國(guó)華.國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].南昌大學(xué),2012.

④楊延冬,呼和,黃艷萍,呂倩.地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)(SFN)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與測(cè)試方法[J].中國(guó)有線電視,2014 (S1):374-377.

⑤李鵬.高速鐵路移動(dòng)電視單頻網(wǎng)優(yōu)化及接收終端性能分析[D].蘭州交通大學(xué),2009.

⑥劉駿,何劍輝,馮景鋒.《地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)適配器技術(shù)要求和測(cè)量方法》標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].廣播與電視技術(shù), 2008(07):101-104.

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局二九三臺(tái)）