基于雙模接收機的地面數字電視廣播無線覆蓋系統設計

劉耀昱

（烏海市文化廣電事業發展中心，內蒙古 烏海 016000）

0 引 言

隨著信息網絡、融媒體等媒介的普及，廣播電視行業迎來了新一輪變革。此外，隨著大數據、云存儲等技術的持續推動，產業結構不斷轉型，業務模式不斷升級。作為地面數字電視廣播的核心技術，單頻網具有資源利用率高、信號覆蓋面廣以及動中通能力強等數字化和網絡化特點[1]。依據《全國地面數字電視廣播頻率規劃》（以下簡稱《規劃》）的要求，國家在2020年已基本建成覆蓋全國的地面數字電視廣播網絡體系，并計劃在5年內依托數字技術和網絡架構快速實現基于衛星傳輸模式的單頻網智能化和無人化運維。因此，展開基于復雜電磁環境下的單頻網覆蓋區域接收能力研究，尤其是針對信道衰落、時延效應等現實問題的研究十分重要，一定程度上決定了全國地面數字電視廣播的整體建設水平和運行能力。

1 系統建設方案設計

1.1 核心技術背景

數字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）的主要信息通信方式包括有線通信、地面通信以及衛星通信等。地面通信極易受到環境和人為因素等影響而造成通信性能不穩定，甚至出現故障，因此對地面數字多媒體廣播的技術機制和通信協議等標準要求更高[2]。地面數字電視廣播的關鍵技術包括信號發射技術、編解碼與格式變換技術、調制解調技術、條件接收技術（Conditional Access Technology，CA）以及業務運營支撐系統（Business &Operation Support System，BOSS）等。

1.2 主要設備組成

以基于雙模接收機的信源接收裝置1 kW數字接收機為例，在主信源出現異常情況時，隨時切換備用信源，即雙信源實現自主響應。高頻頭、轉換器、增益控制器（功放）以及濾波器組成的前置電路系統可實現非線性高增益信號放大功能，并部分完成降噪和抗擾等工作，是數字接收機系統的核心組件。該模塊可利用BUK7Y14-80EX功放管，完成甲類和乙類功放。300wblf888a主機數字模塊可向終端用戶輸出高達1.6 kW的功率，滿足遠距數據通信的實際需求[3]。為了有效對接中置電路，設備在前置部分設計了多級并聯和定時多域的控制系統。定時裝置實現接收功率的有效監控，中置電路的導頻鎖定檢測模塊，后置電路的信道模式檢測模塊是否能夠實時響應數字發射機對應的工作模式，并自適應識別環境和人為等因素對系統工作的影響，保證多級電路的穩定高效運行，如圖1所示。

圖1 1 kW數字接收機系統組成

1.3 系統方案設計

地面數字電視廣播無線覆蓋系統主要由自主切換裝置、接收機系統、信號轉碼與信道復用設備、信號解碼與解調系統以及終端發射模塊等組成。

該系統采用自主響應的主/備信源切換裝置，以現行國際通用的音視頻編碼標準（Audio Video coding Standard，AVS）作為地面數字信號，采用衛星通信信號等信源的唯一編碼方式進行數字壓縮和格式轉換，通過數據交換機和管理交換機實現數字信號多路拆分，并經統計復用器、總線接口（Actuator Sensor Interface，ASI）碼流切換器以及激勵器等完成信號的后續處理，以滿足終端發射的標準要求[4]。

系統方案設計考慮來自衛星接收站的輸入信源在編碼形式和頻點使用上存在的差異，需要自主完成接收器的切換，并依托信道的多路復用、信號的解碼解調、中段濾波以及二次激勵完成終端發射準備，以提高系統智慧運維的穩定性[5]。

2 系統建設方案實施

2.1 配置前置組件

前置組件的建設基于數字電視媒體綜合處理平臺和異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）碼流架構完成，相關信息如表1所示。硬件設施搭建在一體化平臺上，通過預留通用性接口和模塊化插件能夠隨時根據需求定制功能，實現功能融合的積木效應。軟件模塊對接終端需求，更加強調廣域、穩定、高效、大數據量以及核心運算能力等，即在多類輸入和多樣干預的模式下完成信號接收、處理以及發射程序，并實現基于ASI碼流的輸出信號樣式和制式可選，依托綜合處理平臺進行一體化處理[6]。

表1 前置組件相關信息

2.2 配置發射系統

基于雙模接收機的地面數字電視廣播無線覆蓋系統通常配置2臺大功率（1 kW）發射機，并激活514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）2組有效頻率點。

2.3 預期建設效果

為取得較好的信號廣域覆蓋性能，DTMB建設時一般以單頻網組建，以空間多模方式提升覆蓋面積和性能，如圖2所示[7]。省（市）級廣播電視臺站通過建立DTMB單頻網發射點（主級鏈路與備級鏈路），不僅能夠跨越式提升覆蓋性能，而且能夠通過從站信源的反饋機制得到系統運維實時數據，有效增強地面數字電視廣播無線覆蓋系統的穩定性。

圖2 系統功能實現圖

3 系統性能模擬測試

3.1 前端指標

在系統前端對信號進行模擬測試，主要是通過JC503-SPA-11P便攜碼流分析儀完成對2路信道514 MHz（DS-18）和 658 MHz（DS-31）中 ASI碼流ETSI TR 101-290的信號檢測與誤差分析。514 MHz（DS-18）信道中ASI碼流包括多路衛星信號和本地信號，主要由衛星完成信號接收、濾波以及一系列處理過程，與本地原始信號復用變換后進行發射[8]。658 MHz（DS-31）以衛星信號為主，直接由衛星實現接收后的二次發射。

3.2 信號覆蓋效果測試

3.2.1 覆蓋性能模擬計算

依據省市級廣播電視發射臺站的技術參數，對514 MHz（DS-18）和658 MHz（DS-31）這2組頻點實際的信號覆蓋性能進行模擬測試，采取新的系統建設方案，真實覆蓋效果可形成半徑為5 km的球形覆蓋[9]。

3.2.2 定點檢測

根據覆蓋性能模擬計算效果，進一步確認接收該無線覆蓋信號指標，選取適合點位展開定點檢測。對于接收機而言，利用全向天線，設定好主瓣方向。一般條件下，設置接收天線的高度為4 m。

待測參數主要包括指定信道、信號幅度以及覆蓋性能，結果如表2所示。可見，系統運行正常。

表2 定點檢測結果

3.2.3 移動檢測

根據覆蓋性能模擬計算效果，選取10個移動接收站點實施移動檢測，選擇全向天線，不考慮主瓣方向，對所有方向的檢測信號均進行無差別接收。設置接收天線的高度為1.5 m，此時移動信源基本維持勻速。

待測參數結果如表3所示。

表3 移動檢測結果

根據定點檢測與移動檢測結果可以看出，通過單頻網實現DTMB可以達到較好的信號覆蓋性能，基本能夠實現系統的正常運行，即通過不斷優化調節發射機參數和接收系統配置指標等，可以在大幅降低信道影響的前提下，提高基于雙模接收機的地面數字電視廣播無線覆蓋面積和接收效果[10]。

4 結 論

設計的無線覆蓋系統采取基于數字電視媒體綜合處理平臺和ASI碼流架構的前置系統配置，利用雙模接收機的優異性能，結合單頻網的組網優勢，解決了傳統前置、中置以及后置部件難以協同、系統整體性不強以及一體化功能難以發揮等問題。通過多路信源融合、采取信道復用以及信號解碼等處理技術，完善了系統運行的穩定性和有效性，并預留了擴展接口，在實現功能拓展的基礎上，為未來無人化、智能化臺站建設奠定了基礎。