潍坊数字电视覆盖浅谈

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潍坊数字电视覆盖浅谈

潍坊符烟山发射台

在当今电子与信息领域中，数字技术的发展是一场革命，它带动了整个信息处理、传输、存储技术的发展，使得整个社会进入数字时代。

在广播电视领域，由于广播电视信号自身的复杂性和该行业的特殊要求，数字化的起步稍晚，难度也大，国外一些发达国家已经基本上完成了广播电视信号由模拟信号向数字信号的转换，实现了广播电视信号的数字化。

我国广播电视信号目前仍主要停留在模拟信号阶段，国家广电总局在完成了采用数字信号的卫星电视试播之后，又制定了普及我国数字电视播放的计划，确定了我国广播电视向数字化过渡的时间表，并在《广播影视科技“十五”计划和2010年远景规划》中明确提出：到2005年我国有线数字电视用户超过3000万户， 2010年全面实现数字广播电视，2015年停止模拟广播电视的播出。国家广电总局广播电视规划院院长姜文波介绍了2008年全国地面数字电视的规划：地面无线电视正在向数字化进行积极的转换中，计划用3到5年的时间完成全国3000多个省、市、县的推广应用，2008年首先是在六个奥运城市和广州、深圳等37个城市开展地面数字高标清电视的播出。

数字电视广播，其信号流程包括制作（编辑）、信号处理、广播（传输）和接收（显示）几个过程。目前用于数字节目制作的手段主要有：数字摄像机和数字照像相机、计算机、数字编辑机、数字字幕机；用于数字信号处理的手段有：数字信号处理技术（dsp）、压缩、解压、缩放等技术；用于传输的手段有：地面广播传输、有线电视（或光缆）传输、卫星广播（DSS）及宽带综合业务网 （ISDN）、DVD 等；用于接受显示的手段有：阴极射线管显示器（CRT）、液晶显示器、等离子体显示器、投影显示（包括前投、背投）等。

清华大学和北京凌讯华业科技有限公司针对目前世界上三个地面数字电视系统（欧洲的DVB-T，美国的ATSC，日本的ISDB-T）存在的问题，提出了一种新颖的、适合我国国情的地面数字电视传输方案，和美国、欧洲的地面标准相对应，称为DMB-T（Terrestrial Digital Multimedia Broadcasting）技术。清华大学在配合国家数字电视联合工作组的基础上，融合继DMB-T 技术之后的最新研究成果，形成了国家地面数字电视标准融合方案，考虑到该方案支持未来的手持、便携设备接收，称为DMB-TH（Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting）。DMB-TH 在继承原有系统优点的基础上，覆盖范围、抗干扰能力、接收性能、系统稳定性等方面比原有DMB-T 技术有明显提高。DMB-TH 技术的核心采用了mQAM/QPSK 的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM：Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）调制技术，使用了最新的LDPC 前向纠错编码技术，因而可以更加可靠地支持更多的无线多媒体业务。

DMB-TH 地面数字电视传输系统的原理

　　DMB-TH 采用了PN 序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来，在频域传送有效载荷，在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计，实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。

　　在技术上，针对插入强功率同步导频的传统OFDM 调制方式，在传输系统的有效性、可靠性都受损失的缺陷，发明了基于PN 序列扩频技术的高保护同步传输技术和巧妙利用OFDM 保护间隔的填充DMB-TH 技术白皮书１０技术，同时提高了传输系统的频谱利用效率和抗噪声干扰性能。针对地面数字电视广播现有传输标准的信道估计迭代过程较长的不足，发明了新的TDS-OFDM 信道估计技术，提高了系统移动接收性能。针对采用多载波COFDM 技术的欧标DVB-T 比采用单载波8VSB 的美标ATSC 系统误码门限差的现实，发明了一种新的纠错编解码（FEC）技术-LDPC，成功地避开了国外专利保护，获得了比ATSC 更好的系统误码性能。针对其他标准无法支持双向互动、互联网扩展等问题，进行了支持互连网的扩展设计，以便适应未来信息的数字化、多样化和多媒体化拓展，在现有数字电视无线广播基础上可进一步扩展互连网业务、组播、点播、导呼等增值业务，甚至进而拓展视频、数据和语音等综合、交互、移动、便携。针对数字视音频产业已有的成果，DMB-TH 设计了灵活的接口方案，支持国际上通用的MPEG2-TS 流数据格式，可以支持任何类型的视频压缩和数据格式，如MPEG-2，4等。

DMB-TH 还采用了不同于已有数字电视技术标准的与自然时间同步的分层复帧结构，来支持单频网。单频网不但能够更好的支持移动数字电视服务，而且能够解决由单个发射机无法覆盖的盲区问题。

DMB-TH的技术特点和优势

　　DMB-TH 在最早的测试中就表现出比现有任何地面数字电视标准都好得多的性能和特点，这些优势在各种实验室测试和场地试验中都得到充分的证实，主要包括：DMB-TH 能够提供更高的数据传输带宽：由于DMB-TH 不需要象欧洲DVB-T 那样浪费很多导频信号来进行同步和均衡，因此在同样条件下其有效载荷传输能力比欧洲DVB-T 高出10%，这使得在同样的无线频谱内能够提供更高的数据带宽。

　　DMB-TH 能够实现更大的信号覆盖范围：DMB-TH 比欧洲DVB-T 的接收门限要有2dB 的优势，接收灵敏度大大提高，使得DMB-T 在同样的发射条件下能够覆盖更大的区域，确保较少的投资就可以完成覆盖意图，同时可以降低电磁辐射污染。

　　DMB-TH 能够满足在各种高速载体上开展业务：DMB-TH 能够在大于200 公里时速的超常规速度的载体上正常接收高清晰度的数字电视信号，正是因为DMB-TH 采用的时域快速信道估计技术，使系统同步和信道估计时间比欧洲DVB-T 缩短约100 倍左右，这为地面数字电视广播在各种载体上进行接收提供了有利条件，如高速汽车、高速火车、轮渡等。这是欧洲DVB-T 技术所不能达到的。

　　DMB-TH 技术白皮书１２DMB-TH 能够更好地支持城域、省域单频网：DMB-TH 严格的与绝对时间同步的帧结构，使其比欧洲DVB-T 的同类设备更容易实现同时同频发送同一信号的单一频率网络，节约我国宝贵的不可再生的无线频率资源，同时可确保在更大范围的城域、省域内支持移动接收的单频网。

　　DMB-TH为地面数字电视的可持续发展做好了技术准备：DMB-TH独特的信号帧结构，可以融合多业务广播。DMB-TH 在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。这些新的业务主要包括：可以进一步扩展互联网应用；增加组播、点播、导呼业务；拓展视频、数据、语音等的综合的和交互的应用业务；开发更加便携的移动接收业务，包括手机接收数字电视等；进一步开发接收机定位业务。

地面数字电视广播系统,无论地面数字电视标准采用哪种模式，都可用如下3个部分来描述：?

1)信源编码和压缩部分，也称为码率压缩方法或数据压缩的编码。分别用于视频、音频和辅助数据。辅助数据包括控制数据，条件接收控制数据和与视频、音频节目相关的数据。辅助数据也可独立于节目。?

2)复用/传送部分。是将视频、音频和辅助数据流打成统一格式的数据包，并合并组成一个复合数据流。在考虑传送数据结构时，考虑了各种媒体(如地面广播、有线电视、卫星电视)和记录媒体以及计算机接口之间的互操作性。?

3)射频/发送部分，也称为信道编码和调制。信道编码的目的是附加冗余信息到比特流中，以便在接收时能从受损的信号中恢复出原信号。“调制”是将要传送的数字数据流变换成适合于信道传输的基带信号，然后经上变频形成射频信号。

潍坊市南北长188公里，东西宽164公里，市域地势南高北低，南部是山区丘陵，中部为平原，北部是沿海滩涂，山区、平原、滩涂面积分别占总面积的28.7％、57.7％、和13.6％。

根据潍坊市域地貌自北向南，由低到高，形成几个台阶。大体分为潍北滨海低地区，潍中洪积、冲积平原区，潍南低山丘陵区3个地貌区及18个地貌类型。潍北滨海低地区北临莱州湾，南以咸淡水线为界，是由海相沉积物和河流冲积物叠次覆盖而成，地势低平；潍中洪积、冲积平原区主要分布市辖域中部及东部，地势由南向北倾斜，海拔7——100米；潍南低山丘陵分布于西南及南部，从南向北逐渐变低，一直延伸至胶济铁路南侧。以沂沭断裂带为界归属两个脉系，海拔100——200米以上。

潍北滨海低地区，潍中洪积、冲积平原区，潍南低山丘陵区，建立大功率发射主站，各使用n台单频道100-nkW发射机，覆盖境内的大部分城区和农村地区，并根据覆盖情况在边远镇在建设两个或更多直放站进行补点发射，以实现对全市境内的所有城市和农村地区地面数字电视的良好覆盖。

1．100-nkW单频道发射机

系统中，每个发射站各配置n台100-nkW发射机，使用相同的n个电视频道，发射n个路数字电视信号。多台发射机采用了组合设计方式，即两个和三个频道的发射机各装入一个机柜，在发射机输出端采用数字式带通滤波器构成的双工器和三工器进行频道合成，通过两副天线发射出去。

系统采用我国自己生产的数字电视广播发射机。发射机主要由频道选择器、激励放大器、功放单元、显示单元、控制单元、输出滤波器、电源系统以及风冷系统等组成。

在发射台，通过光接收机解调输出的多个频道射频信号，发射机采用多级频道滤波器后，分离出单一频道的射频信号进入各频道发射机。系统中，选频器负责将合成射频信号里的每个频道信号取出，对于隔频信号，分离过程简单，但实现相邻频道数字电视信号的分离，则必须采取变频滤波方案才能获得良好的技术指标。

在方案在相邻频道信号分离处理过程中，采用了变频技术和声表面滤波技术，这种处理方式是根据本系统的特点独创的射频处理技术，实现过程复杂，成本较高，最大特点是实现了相邻频道高隔离度的要求。

2．多工器系统

在系统的多工器包括多工器，合成后的多路射频信号通过天线发射出去。多工器采用星形结构方式，主要技术指标如下：

频率范围： 470-862MHz

功率容量： n×nKW

插入损耗： ≤0.5dB (工作频带内)

隔 离 度： ≥35dB

驻 波 比： ≤1.10

输出接口： IF70

输入接口： L27

3．发射天线

在系统使用发射天线进行发射，采用六层偶极子筒型垂直极化天线。该天线设计功率容量nkw，频率带宽100MHz，可满足多工使用的要求。发射天线单元采用筒形结构，天线系统进行了适当的相位补偿优化，同时功率分配器采用多级切比雪夫变换以获得更好的宽带特性。该天线应采用不锈钢制作，具有防腐力强、使用寿命长的特点。其主要优点是结构简练轻巧、易于制作和运输，驻波比特性好，频率带宽较宽，可满足100MHz间隔范围内的多工器的要求。

六层筒形垂直极化天线系统 由6对筒形天线振子、3根分馈线、一只3：1功率分配器和一只λ/4调配线组成。主要技术指标如下：

频率范围： 470～800 MHz /指定电视频道中心频率±50MHz

功率容量： nKW

天线增益： 9.8dB

驻 波 比： S≤1.10

方 向 性： 全向（220º弱向）

极化方式： 垂直

波束填充： >8﹪

4.数字电视激励器

在系统n个频道的国标数字电视激励器设置在广电局中心机房，采用国产激励器CGDE-I。激励器满足标准GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》、GY/T229.2-2008《地面数字电视广播激励器技术要求和测量方法》的技术要求，可以实现国标要求的330种工作模式。激励器的主要性能指标如下：

工作频段：VHF/UHF任一指定电视频道

带宽： 8MHz

频率稳定度： ≤1× （内置频率基准），≤1× （外接频率基准）

输出功率可调范围： -10dBm ～ 0dBm

带肩比 （中心频率±4.2MHz）： < - 50dB

带内波动：≤0.3dB

MER：优于36dB

带外杂散和谐波抑制： ≤-65dB

相位噪声： ≤-65dBc/Hz @10Hz， ≤-80dBc/Hz @100Hz，

≤-90dBc/Hz @1kHz， ≤-100dBc/Hz @10kHz，

≤-115dBc/Hz @100kHz， ≤-125dBc/Hz @1MHz

系统安装完毕后，用户方对整个发射系统进行了测试。测试涉及的内容主要包括激励器测试，信号分配系统测试，发射机系统测试，天馈系统测试。测试结论是各子系统均达到了设计要求，可以投入使用。特别是发射机的带肩比指标，均在－36dB以下，包括相邻频道的两台发射机都能到达这一要求，因此，本系统设计是合理的，本试验是成功的。

系统建成后，对每个发射系统的信号分布情况进行详细的道路测试，进行多点测试，包括主要覆盖区的近端（10Km以内）、远端（场强覆盖的边缘20Km），考察测试点的场强和实际接收效果；同时在国标的不同模式下进行测试，包括发射机的效率、覆盖场强和接收效果，最终确定上述第二种模式为最佳的覆盖模式。

系统的实施，实现了我市境内大部分城市和农村地区的数字电视无线覆盖。由于系统具有良好的扩展性，易于实现其它地方的补点覆盖。只要广电系统的光纤能够到达的地方，大范围补点时可采用单频道发射方案，小范围补点时可采用多频道宽带放大方案。

节目传输系统是广电网络公司或者电视台将本地自办节目通过光缆或者微波作为物理介质传输至各下属广电台站，同时接收各地节目的回传的数字系统，由此实现干线网络节目传输数字化。

系统监控的目的是及时发现故障，并及时解决问题。简明直观的界面可以为值班人员提供最有效的提示。其图形化界面操作简单、显示明了、清晰，更具人性化。图形化界面还应针对播控系统可进行自主设定，如可进行播出时间表设置，能以天为单位，设定一周七天的播出时间表，根据不同需要，每个频道/频率每天可设置多次监测时间段， 系统会自动根据设置的时间段，启动和停止每次监测，要有查询功能，可按故障类型、故障起/止时间、频道名称等类别进行组合查询，系统自动对查询内容进行统计，并能自动播放查询出来的各时段音视频节目，还要有报表功能，具有异态报表、停播时间（月季 年）报表、其他设备状态报表等多种形式报告表格。可根据需要选择输出并支持通用格式的工程图和图形文件，以方便界面的设计。图形化界面的应用不仅是显示，而且应该可以从界面上直接与设备、信号等监测元素关联，包括整体的链接和局部的链接，也就是可以从界面上状态显示直接了解系统各部分、各设备的各式状态。这种关联设置根据各个工程图、设备、信号线，以及应用软件之间的链接关系设定，并实现相关界面的互相链接，以方便直接、迅速地定位故障点。可定制的设备参数还包括状态的提示方式（如符号、颜色、报警声等）。从局部到整体，实现一目了然的监控。智能化的监测报警系统应包括设备监测、信号监测和播出监测三个部分，当设备出现故障时，用声光及时发出报警信息，并对报警信息进行综合分析，判断故障程度、剖析故障发生原因，确定故障部位，提供相应处理方案。设备故障则需提供精确到插板的具体位置，用图形化的方式显示，并提供相应处理方案，积累报警数据并制作故障报告。为确保电视播控系统安全可靠的运行，系统监控非常重要。各台可根据自己系统的不同差异，设计符合自己播控系统特点的监控系统。电视监控技术是正在发展着的技术，将随着技术的不断进步和应用要求的不断变化而完善和提高。但智能化和自动化仍将是其不变的主题， 同时进一步提高监测的精度和响应时间，特别是非法信号监测技术的提高，也是我们必须不断追求的目标。