中卫市农村数字电视无线覆盖方案

邵 云

（宁夏回族自治区中卫广播电视台，宁夏 中卫 755000）

1 引言

中卫市是宁夏西部的一个地级市，也是我国西部的一个枢纽城市。在中卫地区，信息获取手段的落后已经成为构建和谐社会和建设新农村的严重障碍。针对目前中卫市农村地区广播电视覆盖现状，中卫市广播电视台和成广电视设备有限公司（下称成广公司）在市中心和东部胜金关农村地区建设了一套国标数字电视无线覆盖规划系统。

2 系统原理

本系统主要解决农村地区电视信号覆盖问题。根据地理位置，在辖区的东部和西部城区中心各建一个发射站，以实现对西发射站的东南部180°，半径20 km范围内，北部半径9 km范围内和东发射站的南部偏东180°，半径15 km范围内，85%以上地区广播电视节目地面数字电视信号的良好覆盖，信号场强在上述范围内不低于30 dBμV。并通过发射天线的偏置设计，有效避免对本县以外地区广播电视信号的干扰，界外场强低于20 dBμV。

本系统的前端信源系统设在城区广电大楼，包括编码复用系统、加扰系统、调制系统和光纤传输系统。利用5个电视频道，采用国标地面数字电视技术，传输电视节目35套以上，广播节目8套以上，电视节目每套码率平均不低于2.35 Mbit/s。5路TS流信号经加扰、激励器调制，在射频上合成后通过既有光纤传至各发射站，经光接收机接收后传至发射机，发射机进行选频并将每一个频道信号功率放大到100 W后发射，系统原理如图1所示。

3 系统实现

本系统要求，在中卫市城区东部和西部共建2个发射主站，各使用5台单频道100 W发射机，覆盖境内的大部分农村地区，并根据覆盖情况在边远镇再建设2个或更多直放站进行补点发射，以实现对中卫市城区境内所有农村地区地面数字电视信号的良好覆盖。

图1 数字电视传输系统图

3.1 100 W单频道发射机

系统中，2个发射站各配置5台100 W发射机，使用5个相同的电视频道，发射5路数字电视信号。5台发射机采用组合设计方式，将2个和3个频道的发射机分别装入1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2副天线发射出去。

系统采用成广公司生产的DMB-100-I型100 W数字电视广播发射机。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。100 W数字电视广播发射机原理如图2所示。

图2 100 W数字电视发射机原理图

发射系统中，双工器和三工器装在一个机柜内，这样发射站的主要发射设备被设计装在3个机柜内，发射系统图如图3所示。

图3 5×100 W数字电视发射系统图

在发射站，光接收机解调输出的多个频道射频信号，经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。本系统中，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式才能获得良好的技术指标，选频器原理如图4所示。

图4 选频器原理图

在相邻频道信号分离处理过程中，采用变频技术和声表面滤波技术，这是成广公司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。

3.2 多工器系统

多工器包括1个双工器和1个三工器，DS-43和DS-46进行双工，DS-41，DS-44和DS-48进行三工，合成后的2路射频信号通过2副天线发射出去。多工器采用星型结构，主要技术指标：1）频率范围为470～862 MHz（DS-43/46 双工，DS-41/44/48 三工）；2）功率容量为 2×1 kW/3×1 kW；3）插入损耗不大于0.5 dB（工作频带内）；4）隔离度不小于35 dB；5）驻波比不大于1.10；6）输出接口为IF70；7）输入接口为L27。

3.3 发射天线

本系统使用2副天线进行发射，采用6层偶极子筒型垂直极化天线。该天线设计功率容量3 kW，频率带宽100 MHz，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。该天线采用不锈钢制作，具有防腐能力强、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100 MHz间隔范围内的多工器的要求。

6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、1只3∶1功率分配器和1只λ/4调配线组成。主要技术指标：1）频率范围为 470～800 MHz/指定电视频道中心频率±50 MHz；2）功率容量为 1.4 kW；3）天线增益为9.8 dB；4）驻波比不大于1.10；5）方向性为全向（220°弱向）；6）极化方式为垂直；7）波束填充大于 8%；8）系统重量为100 kg。

3.4 数字电视激励器

本系统5个频道的国标数字电视激励器设置在电视大楼中心机房，采用成广公司激励器CGDE-I。激励器满足标准GB20600-2006和GY/T229.2-2008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：1）工作频段为VHF/UHF任一指定电视频道；2）带宽为8 MHz；3）频率稳定度中，内置频率基准不大于 1×10-8，外接频率基准不大于 1×10-10；4）输出功率可调范围为-10～0 dBm；5）带肩比（中心频率±4.2 MHz）小于-50 dB；6）带内波动不大于0.3 dB；7）MER优于36 dB；8）带外杂散和谐波抑制不大于-65 dB；9）相位噪声≤-65 dBc/Hz@10 Hz，≤-80 dBc/Hz@100 Hz，≤-90 dBc/Hz@1 kHz，≤-100 dBc/Hz@10 kHz，≤-115 dBc/Hz@100 kHz，≤-125 dBc/Hz@1 MHz。

4 系统试验

4.1 系统工作模式

本系统支持国标的330种工作模式，在选择发射机工作模式时，应根据各地的实际情况进行规划设计，才能保证地面数字电视广播系统覆盖效果最佳。

无论多载波工作模式，还是单载波工作模式，均在时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）帧结构下进行子载波参数选择。国标DTMB的统一性表现在系统帧结构、扰码纠错、系统时钟、时域交织、调制方式、信号带宽等，国标DTMB的融合性表现在时域和频域相结合的信号处理方式上，在此基础上的单载波和多载波信号可以统一用硬件处理。

根据成广公司承担的大量工程项目经验，在相同测试环境下，边缘接收场强时，单载波16QAM模式的性能要比多载波的32QAM模式好；对发射机而言，相同输出功率情况下，发射机单载波工作时的带肩比要比多载波工作高约2～3 dB，而在相同带肩比情况下，单载波工作时的输出功率约比多载波工作高约20%～30%。

在选择发射机工作模式时，还应作如下基本考虑：

1）达到最低码流要求。35套标清节目平均每套码流控制在2.35 Mbit/s，每个频道7套节目，码流合计为16.5～17.5 Mbit/s，留有近20%裕量，可有效防止码流溢出。

2）本项目主要面向农村固定用户覆盖，选择C=1有如下好处：更低的峰平比，在16QAM时，单载波的峰平比要低1.5～2 dB，这样发射机的成本可以降低，效率也可以得到5%以上的提高，运行成本降低了；接收成本更低，由于接收芯片的成本差异，同一个厂家的机顶盒，通常单载波的价格要略低一点。

根据广电总局推荐的7种主要工作模式，本系统选用了如下4种工作模式进行试验，最后根据接收效果确定了表1中的第2种模式为常规工作模式。

表1 4种工作模式参数

4.2 发射系统的测试

系统安装完毕后，对整个发射系统进行测试。内容包括激励器测试、信号分配系统测试、发射机系统测试和天馈系统测试。经测试，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-36 dB以下，包括相邻频道的2台发射机均能达到这一要求，因此，本系统设计合理。

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（10 km以内）、远端（场强覆盖的边缘20 km），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2种模式为最佳的覆盖模式。

5 小结

本系统的实施，实现了中卫市城区境内大部分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，易于实现其他地方的补点覆盖。只要广电系统光纤能够到达的地方，大范围补点时可采用本系统的单频道发射方案，小范围补点时可采用多频道宽带放大方案。

采用了射频同源发射技术，所有相同频道的发射机使用同一台激励器信号，该方案具有以下两大优势：第一，能有效解决干扰问题，因为在系统设计时，应尽量减少交叉覆盖区域，就算出现交叉覆盖区域，也不会影响数字电视的接收。第二，节省系统成本，由于第一个发射台站建设完毕后，新增发射台站的发射机不再需要激励器，这样发射机系统的成本则会大大节省。