ADTB-T单载波单频网应用及其实现方式

曹人盛

（江西省南康市广播电影电视新闻中心，江西 南康 341400）

0 引言

对国标地面无线数字电视传输[1]来讲，终端接收的无线信号持续、稳定是关键。目前要扩大无线数字电视的区域覆盖，单频网（Single frequency network，SFN）组网是一种趋势。单频网因其频谱效率高、低功耗、低辐射、大覆盖、传输稳定等优势在扩大无线数字电视覆盖范围方面越来越受到广泛应用。现结合南康市ADTB-T地面无线数字电视宽频传输系统[2]组网的实践，对ADTB-T在单载波组建单频网的实现方式及其应用方面作一些探讨。

1 单频网基本原理

从概念上讲，所谓单频网，就是在一定的地理区域内（指同一个县、市甚至省），不同地点的发射机在近乎同样的时刻，在同样的频点发射同样的信号，以实现对服务区域的可靠覆盖。单频网是一种“小功率、大覆盖”的技术手段[3]，要求处在不同位置的若干个发射机必须同时在同一个频段上发射同样的无线信号。要满足这个要求，组建的单频网内的这些不同位置的不同发射机发射的广播信号就必须比特同步、频率同步和时钟同步[4]。

在数据传输中，比特是数据传输的最小单位，简单说，比特同步就是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来，它的同步表明接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样，对传输的节目、数据信息能够保证发送端与接收端同步；频率同步则是要求单频网中各个发射机的工作频率都彼此相同。在一般的单频网组建中，这个工作频率是通过采用GPS所提供的10 MHz的频率参考来获得；而时钟同步是指单频网中各个发射机在相同的时刻发射广播信号。因为在整个单频网内，各个发射机存在距离上的差距，所以从单频网的分配网中分配到各发射机的TS流到达发射机的时间会不同，这就要求用网络适配器和同步系统来实现各个发射机的时钟同步，以便计算单频网内各发射机需要“延时”的时间，确保网内所有的发射机在同一时刻同一个频段上发射同样的无线信号。如图1所示。

2 国标ADTB-T单载波单频网特点及其实现方式

国标ADTB-T单载波调制是将需要传输的数据流调制到单个的载波上进行传送，如4-QAM，16-QAM，32-QAM，64-QAM等，ADTB-T固定接收一般选择16-QAM，移动接收选择4-QAM，其中N-QAM的N是表示各种调制映射到星座图上的模数，模数越低，调制和解调电路就越简单，但传输的码率也相应较低。其特点是灵敏度高，结构简单，兼容性强，发射端的建设成本低，因此受欢迎。

对国标地面无线数字电视来讲，要扩大覆盖面，增加无线覆盖的效果，使用单频网（SFN）进行覆盖是一种趋势[3]。一方面在我国频谱资源有限的情况下，可以大大节约宝贵的频率资源，提高频谱利用率。另一方面由于无线电信号本身的特性，在高楼林立的城市或者丘陵地带的山区，无论单个国标地面数字电视发射站点的发射功率多大都会有很多信号覆盖不到的区域，而单频网则可通过多点同频发射的办法来解决覆盖盲区问题。其次通过优化和调整单频网内发射网络（如基站数量、分布、发射天线高度、发射功率等），可以使用若干个功率较小的发射机代替一个大功率发射机进行覆盖，这对降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度，降低后期的维护及设备成本都是有益的。

要实现单频网传输，同频干扰是最大的难题。在实际的单频网组网时，一定会出现有多个转播基站信号同时覆盖的公共区域，在这个由不同基站共同覆盖的区域内，终端用户如何保证可靠、稳定地接收信号呢？虽然在不同的发射端，各发射站发射时间通过GPS设备是同步的，但由于传输距离、传输路径、传输接收环境不同，在公共交叉区域，用户端接收机接收到不同发射站信号的到达时间，完全是有可能不同步。目前在单频网广播组网中为了容许较大的时间差，往往都是在副载波里的每个“符号”之间加上“保护间隔”，只要不同发射站信号到达的时间差小于“保护间隔”，便不会构成同频干扰，这也是单频网广播得以实现的技术保障之一。

在ADTB-T单频网组网时，只要考虑交叉公共覆盖区域用户接收的同频干扰问题，就可以解决难题。因此，对交叉区的用户接收，考虑到上述因素，如果相邻的两个或者多个基站（直放站）的信号通过延时设备，在一定的传输距离内（指交叉区内来自不同基站的发射信号同时到达用户接收机的传输距离），接收信号C/N电平增益余量满足的前提下，使不同基站的发射时间稍微有点不同，满足信号到达交叉公共区的时间相同，就可以消除同频干扰现象，达到接收效果，增大覆盖面，如图2所示。

3 案例分析

在早期做国标地面数字电视组网时，大功率宽频发射机的稳定性一直是个难题。经过几年的实践摸索，宽频发射机也经历了几次的升级改造，目前400 W，800 W，1 600 W大功率宽频发射机已经成功应用于各地国标地面数字电视的组网。与多载波的单频点发射相比，在实际组网中单载波的宽频发射对运营商而言，一是减少了系统设备的复杂性，假如运营商要发射6个频点、48套节目，单频点发射就需要单独的6台发射机，而选择宽频发射机，只需要1台宽频发射机即可完成相同的覆盖；二是兼容性好，组网运行结构简单、后期的维护成本低；三是宽频发射机发射多频点节目，一般在机器正常工作的情况下，不用因为一两个接收点不好接收就随便调整发射机的输入电平。同时在开启发射机之前，要用频谱仪调整前端机房频道混合器射频输出口的RF信号电平，使整个宽频带的电平尽可能平坦成一条直线，调整时一个要求是相邻频道电平相差不大于1 dBμV，另外发射机的总输入电平最好在85～90 dBμV，太高太低都容易造成系统的不稳定。对目前使用的全固态数字电视宽频发射机，它们都具有在470～862 MHz带宽内任意100 MHz范围内宽频带响应，低噪声、低功耗线性、极低的本振相位噪声和群时延特性，ALC恒定功率输出以及10 MHz外参考源实现精密频率锁相控制，以保证宽频发射机工作的稳定性，从而保证整个网络的稳定。

在国标地面无线数字电视传输覆盖方面，因建设成本、维护成本的优势，各地选择ADTB-T单载波宽频发射组建单频网会越来越多。南康市ADTB-T国标地面无线数字电视传输系统的单频网组网主发射站就采用桂林思齐800 W宽频发射机全向发射，光缆传输分配前端已处理调制好的ADTB-T高频数字信号，基站用20～50 W小功率直放站全向或定向发射组网的单频网SFN方案，站点分布实际地貌效果图如图3所示。

在传统SFN网中，各不同基站的发射机发射时间的同步依靠GPS来完成，靠预先设置好的“保护间隔”来保证天线收到来自不同方向的信号能同时到达接收机。一旦超过保护间隔允许的误差，则会造成2个或2个以上的同频信号到达接收机的时间不同，导致接收机解码失败，不能正常接收。但在南康市SFN网的实际组网中，位于人口集中区、稠密区的主发射站采用了800 W大功率宽频发射机，尽量提高覆盖区内的接收电平裕量；其他基站用20～50 W做直放站，覆盖5～20 km的范围。对基站与基站之间的公共交叉覆盖区域，一是通过在发射机内嵌入延时模块调整不同基站发射机的发射时间；二是改变相邻有交叉覆盖基站的发射信号的极化方式，尽可能消除相邻基站的同频干扰；三是错开相邻基站发射机的功率，尽量保证在公共交叉区域内的接收机接收来自不同基站的信号接收电平有10 dB的差距。这些措施在实践中被证明是一种比较有效的、简单易行的措施。

4 ADTB-T组建单频网存在的实际问题

在实际的设计施工中，同频干扰是目前组建单频网遇到的最大难题。我们发现：虽然从理论上，国标ADTB-T组建单频网简单易行，但在实际的地形地貌中，由于无线高频信号接收环境的复杂性，各种复杂干扰源的存在，构建ADTB-T单频网还是存在一些实际的问题：

1）发射站覆盖区内阴影部分、干扰环境复杂地方的覆盖难题。在单个发射台站覆盖范围内，由于地形地貌、建筑物等因素，一定会造成覆盖区内有接收阴影区，对这种状况，一般都采用同频转发器补点的方法解决。做补点时，需注意：（1）接收天线与定向的发射天线要有隔离，两者的极化方式要不同；（2）补点施工时，发射天线的安装位置要借助地势的优势，最好顺着原来信号的传播方向；（3）在补点区，用户新接收的补点转发的信号接收电平要比原来有10 dB的差别。这些都是在做补点时根据实际情况做的一些措施，原则就是要尽量消除同频自激干扰，使用户能够稳定接收。

2）各基站交叉公共区域的稳定接收难题。对单频网（SFN）中各基站交叉的公共区域的干扰，一般采用的方法是先估测交叉区干扰最严重的位置，然后到实地测试，对基站进行延时调整，一般调整的时间幅度在5～30 μs之间，使来自不同基站的信号大概能够同时到达接收机；再一个就是可以错开相邻基站的发射功率差，使来自不同方向的信号电平能保证相差10 dB左右的电平，这些都要在实际施工中慢慢调校和摸索。

3）单频网内各基站之间的网络适配问题。对单频网中各基站之间的网络适配，目前采用的方案有两种：一是用微波链路（MMDS或MUDS），此方案简单，投入较少，但后期维护麻烦，受气候、链路等各种因素的影响也大；二是光路分配，缺点是前期投入大，施工相对较难，但后期的维护小，传输的链路光信号稳定。对所有链路的设备调校要细心，有时一个小疏忽，就可能导致基站的发射机工作不稳定。在实际调校800 W发射机时，就因为对发射机反射功率取样检测口的调校不精确，导致发射机老是提示“反射功率高于上限”而自动停机保护。这些对于构建一张稳定、可靠的无线国标单频网（SFN）信号传输网络至关重要。

5 小结

单频网建设是一个系统工程，在大规模的网络建设工程中，不仅要考虑单频网中各基站的选点、传输方案的制定，而且网络中各种设备的安装调试、测试都要经过在实践中反复验证。同时由于ADTB-T（DTMB）是一个新兴的商用系统，一些关键的设备，特别是在接收信号方面的路测仪等设备，仍处于不断完善中，加之设备的价格也较高，各地广电现有的设备无法满足单频网网络建设快速发展的需要，这就给在实践中构建单频网带来一定的难度。因此，在组建国标地面无线数字电视单频网时，一定要从网络的前期规划，站点分布，发射机的选择，各基站之间的比特、频率、时钟同步，覆盖区内的同频转发，适配网建设，可能出现的同频干扰等多各方面作好详细规划，才能使得在实际施工中有据可依，心中有数。

[1]GB20600—2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006.

[2]归林，王尧.技术先进的ADTB-T系统[J].电视技术，2005，29（4）：61-64.

[3]汪慎，张文军，葛莹.数字电视地面传输用单频网与单点发射的效果比较[J].电视技术，2005，29（8）：15-17.

[4]卢林，罗志斌.地面数字电视单频网覆盖特性探讨[J].电视技术，2009，33（5）：7-9.