地面數字電視單頻網組網技術的研究

劉玉成

【摘要】隨著數字電視技術的日趨成熟，數字電視廣播在全國范圍內得到了快速推廣和普及應用。為了緩解數字電視廣播快速增長導致的頻譜資源緊張，需要優化組網技術提升頻譜資源利用率。單頻網組網技術憑借其超強的信號覆蓋質量和較高的頻譜資源利用率，成為現階段地面數字電視的主要組網方式。鑒于此，本文對地面數字單頻網組網技術進行研究。

【關鍵詞】數字電視;單頻網;組網技術

中圖分類號：TN94? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.001

現代技術快速發展的背景下，數字電視廣播技術獲得了廣闊的發展空間，憑借其強大的廣播電視節目內容和優越的抗干擾能力，逐漸取代了傳統模擬信號電視，成為現階段電視廣播發展的重要方式。數字電視廣播技術可以分為衛星數字電視廣播系統和地面數字廣播系統。其中地面數字廣播系統可以有效利用原有的電視頻道，通過先進的組網技術有效抵抗信道干擾，提升傳輸質量和覆蓋范圍。數字電視組網方式決定了廣播電視的服務質量，在現行的組網方式中，單頻網組網技術應用最為廣泛。地面數字電視單頻網組網技術，主要涉及單頻網規劃、單頻網組網模式、覆蓋重疊區域接收性能以及單頻網節目分配等。加快了我國廣播電視數字化發展。

1. 單頻網組網技術實現原理

傳統模擬電視信號在傳輸和接收電視信號的過程中容易產生信號干擾，發射臺在使用不同頻率播放節目信號時，需要間隔一定距離，占用了大量的頻譜資源。地面數字廣播電視是通過地面廣播電視網絡傳輸數字信號，實現數字廣播電視的全網絡覆蓋。地面數字廣播電視是傳統模擬電視技術的全面革新，數字電視網絡主要包括：電視節目集成系統、數字信號傳輸系統以及數字信號接收系統，通過先進的數字化技術，有效提升廣播電視的節目質量和服務效率。地面數字電視的組網方式主要可以分為多頻網和單頻網兩種方式。單頻網可以有效利用原有的模擬電視網絡，通過設置多個發射機，通過同時、同步傳輸的方式組建地面數字電視廣播網絡。單頻網組網技術主要由信源前端、傳輸系統，發射系統、接收系統以及監控系統組成。地面數字電視單頻網組網技術中采用多個發射機發生數字信號，這些信號內容統一，并且發送時間和頻率保持一致，實現數字電視信號的廣域覆蓋。

1.1 頻率同步

地面數字電視單頻網組網技術中的頻率同步，要求地面數字電視網中的各個接收機可以接收頻率偏差不超過1Hz的數字電視廣播信號。這就要求發射機必須有較高的發射精度和穩定度，能夠持續輸出頻率相同的數字電視信號。發射機中振蕩器擁有統一的參考振蕩源，工作頻率需要保持一致，確保發射信號用喲足夠的精度。

1.2 時間同步

地面數字電視單頻網組網技術中的時間同步，要求發射機發出的信號與接收機接收的信號時延保持同步，同一個信號幀可以在相同的時刻發送至各個接收機中。在地面數字電視網中不同的發射機發送信號所產生的時延，遠遠小于系統可以抵抗的時延最大值，因此，對發射機發送頻率的時間精度要求并不高。在實際應用過程中，通過調整發射時間偏移量，實現對地面數字電視網的調整，確保信號時延在±1μs內。

1.3 比特同步

地面數字電視單頻網組網技術中比特同步，包括不同發射機或者同一發射機在某一時刻發送相同的信號幀。地面數字電視覆蓋范圍內的射頻信號分布較廣，為了能夠確保發射機發送一致的信號幀，需要確保各個激勵器的碼流逐比特對應相同，各個激勵器對輸入碼流的分組相同，使得對一個信號幀調制的數據逐比特對應相同。根據GB20600-2006規定在調制每個信號幀的數據中，第一個比特處擾碼器復位，以達到各個激勵器中隨機化過程同步。

2. 地面數字電視廣播單頻網應用

單頻網組網技術相較于傳統模擬信號電視廣播技術而言，有效節約頻譜資源，地面數字電視具有較強的抗干擾能力，可以實現了相鄰頻道內的射頻調制信號傳輸，提高無線頻譜利用率，增加了電視節目的傳播數量。采用多點同步發射的方式，可以解決數字信號的盲區覆蓋問題，降低數字電視信號發射成本。通過使用單頻網組網技術，接收機可以接收來自不同方位的射頻調制信號，同時也可以接收多路折射信號，降低接收點的場強，提升功率效率。地面數字電視廣播單頻網組網技術可以有效擴大網絡覆蓋面積，同時，可以根據實際情況增加發射站點，靈活調整射頻調制信號的覆蓋范圍。

地面數字電視單頻網由一個主站和若干分站組成地面數字電視覆蓋網絡。主站先將數字電視節目信號傳輸到包含時間頻率基準信息和系統信息的數據包中，然后，通過網絡適配器發送至分站的接收器中，按照統一的時間頻率標準進行同步適配處理，完成碼流同步。單頻網系統基本結構如圖1所示：

主站單頻網適配器輸入的碼流，在微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）控制下組成巨幀，并且把時標信息和系統調制參數組成的巨幀初始化包插入碼流中，根據地面數字電視系統的參數對碼流進行匹配處理，具體通過插入空包的方式調整至調制器工作所需要的輸入碼率，然后將碼流通過發送完了適配器精分布網絡傳輸至地面數字電視覆蓋網絡的各個分站中。在地面數字廣播電視網絡系統中由于分站與主站的距離存在較大差異，碼流接收時間并不統一，因此，在同步部分將碼流包中的巨幀初始化包提取出來，考慮到激勵器對碼流進行編碼調制的處理時延的一致性原則，需要根據其中的時標信息對各種的碼流進行相應的延遲處理，然后經過變頻后同時發射相同的信息碼流，實現時間同步。

地面數字廣播電視技術作為電視廣播領域的一種全新技術，由于其獨有簡單接收和移動接收的能力，能夠滿足現代信息化社會發展的基本需求。地面數字電視單頻網組網中相鄰的發射機發射間隔較大，最大路徑差可以達到6～9公里，人工多徑擴散值較大，在一些區域內擴散強度與主信號相當，會產生一定的干擾，因此，需要采取人為多徑擴散方式。人工延遲取決于兩個發射機之間的距離，當發射機之間的距離為100km時，人工延遲為330μs。由此可見，地面數字電視覆蓋網的范圍與發射機之間的距離有直接關系，如果發射機之間距離過大，人工延遲和最大多徑擴散就會增加，一旦超過保護間隔就會影響地面數字電視的服務質量。

地面數字電視廣播單頻網的前端系統，主要負責將電視廣播信號轉換成可供傳輸的數字編碼，然后通過復用器合成單一的輸出信號。傳輸和分配系統接收數字電視碼流然后再將其調制成穩定、可靠的高頻數字信號，并進一步傳輸到各個發射系統中。發射機接收射頻調制信號然后進行同步調制、放大以及濾波等處理，是現地面發射。接收終端將對這些射頻調制信號進行解調得到數字電視碼流，經過復用、結合等處理，實現用戶端的數字電視播放。

地面數字電視廣播單頻網組網過程中，需要結合發射機周圍的頻譜環境對射頻調制信號頻率進行優化選擇。通過計算選擇電磁頻率環境相對干凈頻道開展業務，地面數字電視廣播頻率規劃不能干擾原有的業務，并且要求規劃的方案和原有的電視業務相兼容，一旦發生沖突，需進行統一協調處理。根據指配數字臺站的電磁環境，計算模擬臺站在制品數字臺站的有害場，并分析模擬臺站的業務覆蓋范圍內的干擾情況，進行分析采取有效的保護措施，例如：干擾較小的需結合被干擾臺站的性質，采取針對性的保護措施;干擾嚴重的，則需要進行改頻。地面數字電視廣播頻率規劃涉及到網絡結構、配置以及頻率資源，最終目的是實現地面數字電視廣播的廣域覆蓋和高質量的信息傳輸。

3. 總結

綜上所述，在現代技術的推動下，數字化和智能化將是廣播電視技術未來發展的主要方向。數字廣播電視憑借現代化的技術，擁有更加豐富的節目內容和畫面質量，可以提供更加優質的服務，是廣播電視領域中革命性的突破。為了實現數字廣播電視技術的全面普及和快速發展，需要對相關配套技術和硬件設施進行深入研究，尤其是在傳統模擬技術向數字技術過渡階段，組網技術的優化升級將決定了我國數字廣播電視技術發展速度。單頻網組網技術憑借其高效的頻譜利用率、超強的抗干擾能力以及廣闊的覆蓋面積，成為地面數字電視組網方案的首選，目前已經得到了廣泛應用。地面數字電視廣播單頻組網技術特點主要包括各個發射機以相同的頻率發射，并且保證同頻、同步，即多個位于不同區域的發射機在同一時刻、以相同的頻率發送相同內容的射頻調制信號，可以有效擴大覆蓋面積，提升數字電視廣播信號質量。

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作者簡介：劉玉成，男，1990.9，山東煙臺人，本科，助理工程師，研究方向：廣播通信技術。