地面數字電視單頻網的建設及應用

周欽勇

（作者單位：揭陽廣播電視臺）

時代的發展進步推動了數字電視技術的不斷優化完善，當前數字電視技術主要包括有線數字電視、衛星數字電視和地面數字電視三種，這三種數字電視技術以平穩并行的格局發展。而其中單頻網是地面數字電視系統的核心組網方式，其主要是通過不同位置、相同狀態的發射機組形成數字電視覆蓋網絡。

1 地面數字電視單頻網的優勢

（1）地面數字電視單頻網在信號傳輸過程中能有效抵御外部因素所造成的負面影響，避免信號傳輸質量受到嚴重損害，通過地面數字電視單頻網所播放的內容畫質會更加清晰，音頻效果更好[1]。

（2）地面數字電視單頻網能更加高效地使用頻譜資源，在同一服務器的同一頻道可傳送多套電視節目，實現對頻譜資源的有效利用，降低我國在頻譜資源使用上的壓力，讓我國在相關技術研究領域所能利用的頻譜資源得到保障，助力我國相關技術研究的進一步深化。

（3）基礎設備建設成本大幅降低，地面數字電視單頻網可利用多個功率較小的發射機同時工作來滿足自身的需求，不再依賴于超大功率發射機來完成信號發射工作，從而減少信號輻射對周邊地區人民群眾日常生活的影響，實現對電磁波污染的控制，保證在信號覆蓋區域內信號分布相對均勻。

（4）地面數字電視單頻網能更好地滿足大眾對廣播電視公共服務的需求，進一步拓展我國廣播電視公共服務的覆蓋區域，讓廣大人民群眾都能享受到廣播電視公共服務，豐富我國人民群眾的生活[2]。

2 地面數字電視單頻網的組成部分

2.1 前端節目信號集成平臺

前端節目信號集成平臺主要采集多套中央臺、省級臺節目以及一套當地節目，考慮到建設成本和大眾對廣播電視公共服務的需求，前端節目信號集成平臺主要設在中央或省級單位的有線電視播控總機房中。前端節目信號集成平臺在實際運行過程中首先是通過接收機選定所需節目，再將節目信號源進行編碼、復用、單頻網適配等處理，進而形成可分配的單頻網節目信號碼流，保證在轉化完成后這部分數據信號能在后續環節的運行過程中順利傳輸。單頻網適配器是前端節目信號集成中最為關鍵的設備，也是地面數字電視單頻網（見圖1）中的核心設備，可以將來自全球定位系統（Global Positioning System，GPS）的標準頻率和時間插入數字電視傳輸流當中，為單頻網提供標準頻率和時間信號。前端節目信號集成平臺需要做好對突發狀況的及時應對。為了保障信號傳輸的穩定性，一般會采用主備兩路信號，降低信號傳輸出現問題的概率[3]。

圖1 地面數字電視單頻網系統結構圖

為保障前端節目信號集成平臺的正常運轉，必須安排專人來進行實時監控，并定期檢查維護，確保相關設備設施的穩定運行。如果發現其中部分設備設施出現問題必須立即報備，要求負責處理前端節目信號集成平臺設備設施問題的維護人員及時進行處理。監控檢查人員做好對出現問題的前端節目信號集成平臺設備設施進行圖片資料采集，在設備維修和維修完成后均需要再次進行圖片資料收集，保證維修人員工作的有效性。

2.2 節目信號傳送分配網絡

在節目信號源轉化階段的所有工作內容完成后，需要由節目信號傳送分配網絡將傳送流（Transport Stream，TS）信號分配到不同的站點，這部分TS碼流信號主要用于發射，在分配工作中必須保證分配到各個站點的TS碼流信號完全一致，并且為了更好地保證TS碼流信號的一致性，節目信號傳送分配網絡必須透明傳輸。在信號傳輸過程中，為確保安全，建設時需考慮至少兩種不同的傳輸鏈路。近年來，隨著我國光纖網絡技術的發展和同步數字體系網絡的不斷完善，信號傳輸質量進一步提升，并且在信號傳輸過程中出現問題的概率極低，保證了信號傳輸的穩定性。但光纖線路容易被道路建設工程施工破壞，存在一定不足。微波電路采用空間信號傳輸，受破壞的可能性較小，信號傳輸容量大、保密性強、質量好，但容易受到外部因素的影響，尤其是在惡劣天氣下，信號傳輸質量會出現明顯波動，因此更多作為備份使用。綜上所述，采用光纖和微波兩種不同鏈路的傳輸分配方式最合適，是目前多種傳輸分配方式中最適合完成該項工作的傳輸分配方式[4]，雖然投入資金多，但安全性高。

2.3 臺站無線發射系統

無線發射系統需要將TS碼流信號轉移到發射設備中，再由調制器進行時鐘同步處理后將信道編碼上轉化為射頻信號對外發射。由于該環節是用戶接受電視信號前較為關鍵的一項工作，無線發射系統所在的臺站必須考慮到地面數字電視單頻網的具體覆蓋區域，對信號發射覆蓋方案進行針對性優化，確保在無線發射系統輻射范圍內的用戶均能接收到穩定、安全且質量較高的電視信號，因此在無線發射系統實際運轉過程中，必須始終保證相關設備設施參數與相關標準要求相符，結合實際需求來對參數設定進行微調[5]。調制器的時間同步調整主要是通過調制器的發射時延，按照TS碼流信號數據信息中所包含的時間信息來分析信號從前端節目信號傳輸平臺傳輸到臺站無線發射系統所需要的時間，并以此為基礎來對各個地區的發射時延進行調整，實現同時發送信號。

2.4 系統監測保障

在系統監測保障環節中，要對地面數字電視單頻網中所涉及的多種設備設施進行實時監控和問題報警，針對這部分設備設施建立起設備遠程連接，確保能通過遠程連接了解設備設施當前的狀態。在其出現問題時，系統會立即發出警報，相關工作人員也能通過遠程連接來處理其中的大多數問題。如果發現部分問題無法通過遠程解決，需要盡快安排專業工作人員來進行處理，避免地面數字電視單頻網的正常運轉受到影響，保證地面數字單頻網的所有功能均能正常發揮。系統監測保障環節需要保證地面數字單頻網信號傳輸的穩定性，對整個覆蓋區域內的信號變化和信號分布情況進行實時監測與分析。地面數字單頻網監測系統需要對所有站點的監測數據信息進行收集處理，將這部分數據信息進行整合，并以此為基礎建立起覆蓋區域監測信息數據庫，確保地面數字電視單頻網的正常運轉。

2.5 用戶接收

用戶接收環節通常在室內完成，需要傳輸信號到室內。其中需要考慮的因素主要有接收門限電平、穿透衰減和接收天線增益，通過這部分數據來計算信號接收場強。用戶房屋墻體材料不同，接收信號的衰減程度也有明顯差異。在木板、磚墻、鋼筋混凝土墻這三種墻體中，木板信號衰減度最小，鋼筋混凝土墻信號衰減度最大。在地面數字電視單頻網的用戶接收環節中需要技術人員充分考慮信號衰減度，選擇合適的電視接收天線進行接收增益，讓用戶在接收環節中的信號質量得到更好的保證。

3 地面數字電視單頻網的應用

3.1 地面數字電視單頻網在信號覆蓋方面上出現的問題

單頻網利用GPS實現對發射機發射時間的同步，借助保護間隔保證天線收到的不同信號能同時到達接收機，但是如果超過保護間隔允許的距離就無法保證信號同時到達，導致接收機解碼失敗。在地面數字電視單頻網實際應用過程中存在部分地區出現地面數字電視單頻網覆蓋區域重疊的情況，此時接收機會接收到不同地區地面數字電視單頻網發射機所發射出的信號。如果在這一區域內的所有信號存在明顯的強度差異，接收機會在所有可以接收到的信號中，識別和接收其中強度最高的信號，直接將其他強度低的信號忽略，不同地區地面數字電視單頻網發射機之間所發射出的信號也就不會出現相互影響的情況。但是如果這部分地區在地面數字電視單頻網覆蓋區域重疊位置所接收到的不同發射機信號之間的強度差異較小時，接收機便很難在這部分信號中挑選出強度最好的信號來進行接收，更無法將其他信號強度較低的信號直接忽略，接收機只能同時對這部分信號進行處理，而這種信號覆蓋重合、相互干擾的區域就是“相干區”。如何設計地面數字電視單頻網的建站距離對發射站點的明確和單頻網所需要的成本投入以及整體工作落實的難度有著非常顯著的影響，而最大設臺距離主要取決于地面數字電視系統抗回波干擾的能力，系統如果可承受的回波延時越長，單頻網設臺距離可以越大。

3.2 針對信號干擾問題的應用優化

在對信號干擾問題進行優化處理的過程中需要保證兩方面的工作得到有效落實，一方面是對信號覆蓋場形的控制，另一方面則是對激勵器獨立時延功能的利用。我國各個地區的自然環境條件都存在一定的差異，加上后期的人工改造，環境間的差異更為明顯，而地面數字電視單頻網的建設需要充分考慮到這部分基礎條件，從設計環節就要考慮到各地區基礎條件的差異，保證建設方案設計與當地環境有較高的適配度。根據信號覆蓋區域的地形地貌特點，選擇最適合進行站點建設的位置，并且按照當地地區用戶的需求及后續用戶需求可能存在的變化來明確發射功率、天線配置，始終保證地面數字電視單頻網的建設方案設計擁有較高的合理性。在對激勵器進行實際操作的過程中需要重點關注時延調整，時延調整需要由工作人員來進行操作，以具體的實測結果為重要參考，保證在調整完成后與空間參數在“相干區”內相互匹配。

3.3 地面數字電視單頻網建設及應用中其他問題的解決

在地面數字電視單頻網建設過程中，雖然已經逐步明確了相應的規范建設要求，但防雷和接地方面的工作仍容易出現遺漏。主要是因為工作人員會在室內調前做好對系統的調試，保證無誤后再轉移到實際建設區域中，但是實際建設區域與室內環境相比會有更多的影響因素。如設備、系統長時間運轉容易出現不良接地現象，導致產生大量的靜電，影響設備、系統的正常運轉。為了對地面數字單頻網進行建設的過程中做好對設備接地，并且嚴格按照相關規范要求來落實地面數字單頻網建設，做好設備間的等電位連接，實現對安全事故發生率的有效控制。另外，要按照防雷規范做好防雷準備，尤其需要做好地面數字電視單頻網中重要設備的防雷措施，保證在惡劣天氣下地面數字單頻網依舊能為大眾提供穩定的廣播電視公共服務。

4 結語

在世界范圍內頻譜資源都是有限的，頻譜資源更是國家重要的戰略性資源，使用地面數字電視單頻網來對我國廣播電視公共服務進行調整，能有效降低在該方面所占用的頻譜資源，并且通過地面數字電視單頻網傳輸的廣播電視信號會更加優質，更能滿足人民群眾的廣播電視公共服務需求。在后續發展過程中，還需要提升對地面數字電視單頻網建設和應用的重視程度，實現我國地面數字電視單頻網技術的進一步發展。