乐山地区DTMB地面数字电视无线覆盖建设方案

刘毅生，陈思源，童 彬

(乐山广播电视台，四川 乐山 614100)

乐山市位于四川省西南部，北邻眉山，东接自贡，南连宜宾、凉山，西相雅安，下辖市中、五通桥、沙湾、金口河4个区及犍为、井研、夹江、沐川4个县和峨边、马边2个彝族自治县，代管峨眉山市，平均海拔约500 m，地形地貌为三江平坝区、丘陵区和山区。由于受地形地貌条件限制，有50%以上的广大边缘农村电视用户有线电视信号无法到达，提供的单一无线模拟电视节目无法满足人民群众多样化、个性化的精神文化需求。

1 地面无线数字电视覆盖组网

地面数字电视广播系统支持多频网和单频网两种组网模式。针对本地实际情况，乐山地区采用光纤时延共源单频和小区域变频方式进行混合组网模式，可以节省大量的GPS、单频网适配器、传输网络适配器和激励器等，大大降低组网成本，节省安装调试时间，减少系统故障率，提高系统的可靠性和经济效益。

2 光纤时延共源单频网原理

光纤时延共源单频网是整个网络只有一套激励器，各发射机的信号由光纤直连送达。由于共用激励器，保证了网络的频率同步和比特同步。时间同步则由控制到达各发射点的信号延时补偿光纤来保证。其组网原理如图1所示。

在同步单频网中，时延是在激励器中依靠对数字基带信号的存储转发的时间间隔来实现的。对于RF信号，要实现较长时间的延时，目前光纤是最经济实用的选择。首先，光纤可实现的时延较大，光纤可实现约5 μs/km的延时。其次，光纤的损耗小，在1550 nm波段，单模光纤的损耗约0.2 dB/km，加上熔接损耗，也不超过0.25 dB/km。再者，光纤的体积小，易弯曲，光纤的直径为125 μm。

在组建同步单频网中，光纤作时延虽然解决了信号同步问题，但是由于光纤自身的色散及光衰，局限了同步单频网的规模。根据实际的组网经验，超过100 km后信号严重劣化，如果进行色散补偿或补偿光栅又失去了光纤补偿同步单频网的经济性及易调性，大大降低了网络的稳定性能。所以，光纤时延共源单频网组网应控制在80 km以内。

图1 光纤9时延共源单频网组网原理

3 系统建设方案

乐山建网第一个阶段首先考虑的是满足提供稳定的标准清晰度电视节目，在这基础上加大网络覆盖，发展用户，拓宽其他服务领域。

现建成后采用市中区顶高山主发射站和4个补点发射站组建基于光纤延时的共源单频网。主站数字发射机的功率为单频1 km，发射频道用原有国家批复的16/20频道，采用模转数的方式，整体覆盖乐山市市中区、五通桥区、井研县、夹江县、沙湾、峨眉等地区，覆盖半径设计为40 km。4个补点辅站的数字宽带发射功率为200 W，采用共源光纤延时和变频方案，补充主站未能覆盖的市中区及周边部份区域，覆盖半径设计为5～8 km。各发射塔设计覆盖范围见图2和表1。

利用2个频点转播32套节目用于用户固定接收。系统采用地面数字电视国标工作模式中的C=3780+PN945+16QAM+0.8LDPC多载波的调制模式，该模式具有19.251 Mbit/s的传输净载荷。同时加入EPG、CAS/SMS及插入EPG(电子节目指南)等网管信息，该模式能达到较好质量的标清效果，可在单个频道内为用户传送16套数字电视广播节目。

图2 各发射塔覆盖范围图

表1 各发射塔设计覆盖范围

地面数字电视广播系统构成框图如图3所示。

图3 地面数字电视广播系统构成框图

3.1 数字前端

数字前端主要包括数字卫星接收机、解调器(收地方节目)、编码器、网络交换机、复用器、加扰机、用户管理系统、条件接收系统、DTMB数字激励器及1550 nm光发射和接收设备等。

前端系统主要功能是:把来自不同的节目信号源(如MPEG－2/SDI/AV/IP)，不管是模拟或数字按统一标准进行编码、复用、加扰等处理，形成所需要的多节目传输流。按频道将安排的节目传输流送入频道DTMB数字激励器进行信号调制，调制后射频数字信号源通过频道混合，经光发、光放、光分和光接收等传输环节，送入单频或宽频数字发射机发射播出。

前端系统为确保节目的安全播出对关键复用加扰采用热备份，而编码器和光传输设备采用冷备份。系统采用了易事特15 kV·A的UPS电源，停电逆变工作时间设计值大于30 min;配备了100 kV·A柴油发电机。

乐山地区在节目编码器选择上，采用了编码效率高的四合一H.264编码器，每套节目视频占用0.8～1.0 Mbit/s码率(中央5台适当加大到1.2 Mbit/s)，采用480格式;音频采用48 kHz、96 kbit/s单声道编码(中央3台为48 kHz、192 kbit/s立体声编码)以节省频道带宽。经调研和试用比较，一些国产编码器在同等编码效率(0.8～1.0 Mbit/s码率)下工作，图像常出现马赛克或死机现象，编码效率和工作稳定性较差。因此，本台选用汤姆逊品牌和哈雷品牌。

复用加扰和光传输主设备选用哈雷的最新产品和ACE，备用设备选用国产品牌。

系统框图如图4所示。

3.2 网络管理系统

网络管理系统是由条件接收系统(CAS)、用户管理系统(SMS)、前端设备网络管理软件等组成。为了保证信息传输的安全以及维护电视台有效控制用户授权的合法利益，降低网络建设成本，组建了一套(虚拟专用网VPN)网络。

乐山地区网络管理系统安装在城区广电中心大楼。CAS/SMS系统服务器和网管主机都通过光纤数据传送器连接顶高山主站数字卫星接收机、编码器、复用加扰器和1 kW数字电视发射机等前端设备，实现网络管理监测功能。

系统安装了广播电视发射机监控软件，市中区辅站各200 W发射站可通过移动通信网络短信功能，实施对发射设备工作状态的实时监测。

1)管理系统功能

用户管理系统(SMS)为用户建立完整、准确的档案，为用户各项业务的开展提供周到、便利的服务，各项功能齐全，使用方便。

条件接收系统(CAS)由 SQL、控制台、ECMG、EMMI、KM、SAS、SMSI这几个部分组成。由控制台来设置连接九州及哈雷加扰机的参数和各套节目的相关参数。

2)管理系统特点

为便于业务的开展和与省规划保持一致，乐山地区采用长虹的CA/SMS系统，可管理用户的容量为100万，系统只支持长虹CA用户终端。因此，选用了长虹、金亚机顶盒，统一使用省局认可的长虹CA卡。系统用户软件设计合理，界面美观大方;操作使用方便简单，精确控制每一个用户权限。

图4 系统框图

系统存储大量的用户信息、业务信息、计费信息等，在每一个服务点，实现了远程上网为新用户开户和信息查询，确保了用户的及时收看数字电视节目。区县用户管理系统是通过VPN设备搭建虚拟专用网，便于远端有特权的机器访问该VPN所授权的内部设备，不仅可以进行远程管理和授权处理，从而更好地实现节目加扰和用户管理。具备游动字幕(OSD)、电子邮件功能，系统可以对全部用户或特定用户发送OSD或电子邮件。在用户即将到期时，有针对单用户自动游动字幕提醒功能。

3.3 传输系统

传输系统主要功能是将数字前端形成的节目流传送到各个发射点进行同步发射播出。

乐山顶高山前端的16/20CH数字电视节目射频混合信号源，通过光纤直连将信号源传输到网络公司前端分配网络，一路到市中区补点辅站，另一路通过市县SDH网络，送到区县级分平台(前端)。区县将自办电视节目和广播节目经编码和数字激励器调制到本地频点后与市级平台节目混合，再通过区县的光纤直连网络送到各发射点进行同步发射播出。

3.4 发射系统

主要由DMB－T/H数字电视激励器、频道滤波器、数字电视发射机、馈管、发射天线组成(见图5)，现使用2个频点发射。

图5 发射系统框图

1)主发射站采用成都康特数字广播电视设备公司两台1 kW单频DTMB地面数字电视发射机。由于16/20频道是模改数频道方案，原有的滤波器、多工器、天馈系统可继续使用，增加光接收机、输入滤波器等。将数字前端激励器送来的RF信号源，经频道滤波器送到单频主发射机发射。

地面数字电视广播激励器包括标准规定的基带处理及D/A、频率合成及上变频、射频输出放大和监控系统等功能模块，完成从基带TS输入数据码流到规定的UHF或VHF频段地面数字电视广播RF信号的转换。

乐山地区选用加拿大UBS专业DTMB数字发射机激励器。对输入的H.264标准的TS流信号完成信道编码、成形滤波等功能并将其调制到中频及16/20频道上。

2)建成的光纤延时共源单频网，主辅发射站信号的同步，需增加一定长度的延时补偿光纤，以确保与各补点发射站的信号同步发射。现有3种补点方案可供选择:光纤直放方案、同频转发方案和变频转发方案。将3种方案的性能作比较，如表2所示。

表2 三种方案的性能比较

规划补点站点4个，设计发射设备为200 W宽频发射机。发送2个频点(16CH/20CH)，每个频点平均发射功率为100 W。因为考虑天馈系统租用通信运营商铁塔，只能采用轻型发射天线。根据补点现场勘测的结果，全向覆盖才能满足覆盖要求，所以不选用同频转发方案。

由于乐山市中区茅桥、白马及沙湾区美女峰辅站覆盖区域属于主辅站发射信号形成的交叉区域，机顶盒接收时受多径干扰无法克服，影响了周边用户的稳定接收。因此，组网时在辅站覆盖径5～8 km范围内采用了变频转发方案，确保了用户的稳定接收。原理框图如图6所示。

图6 辅站变频宽带发射系统框图

3.5 终端接收

终端用户接收采用长虹及金亚机顶盒加长虹CA卡方式，天线采用带宽为100 Mbit/s的无源室外定向5单元接收天线(在信号较强区域也可使用室内天线)接收，具有9 dB增益。由于天线是无源方式，可有效减少雷击损坏，但信号增益不高。如果采用8单元天线接收，虽然信号可增加2 dB增益，但由于定向性太强，天线一旦有偏动就会严重影响信号接收。

3.6 用户发展与赢利模式

乐山市无线数字电视信号覆盖区域的潜在用户约20万户，市广播电视台负责市级整个地面数字电视系统的网络覆盖建设和用户的发展及管理，为区县提供优质的数字电视节目源，各区、县负责相应区域地面数字电视系统的网络覆盖建设和用户的发展及管理。在市中区26乡(镇)设置了23个用户安装调试及技术保障服务点，实现全天候技术保障服务。制定了考核管理办法，确保了“户户通”目标的顺利实现。

地面数字电视作为有线电视的补充和延伸，采用赠送用户接收终端，市中区拟每年每户收取120元维护服务费;区、县拟每年每户收取120元维护服务费，向市广播电视台上缴24元前端传输设备维护费。适当收取一定维护费有利于地面数字电视的良性运行，确保用户看好电视，长期通、不返盲，更好构建乐山地面数字电视的公共平台。

乐山地面数字电视系统对区县采用2种模式:1)采用市前端提供公共节目信号源到区县，由区县加入本地节目源自行发展;2)由市广播电视台统一规划统一发展。确定了地面数字电视网络是有线电视网络的补充，发展有线数字电视信号不能到达的广大农村地区用户。

4 建设及运行中常见故障

4.1 前端常见故障

乐山地面数字电视经过这一年多的运行，总体是很稳定的。但由于使用的卫星接收天线是原有的1.8 m天线，卫星信号不是太好，使用的PBI卫星接收机偶尔会出现马赛克，而使用的国产卫星接收机则没有这种现象，可以看出国产的卫星接收机门限值要低些。在进行前端建设中，卫星接收天线最好使用2.4 m以上的。

在复用器配置时，国产的复用器最好配置好几套复用后再逐套增加，笔者曾一次配置16套节目进行复用，结果导致国产的复用器死机不能恢复，最后只能返厂维修。国产的复用器在使用中出现某一路输入端口突然损坏(表现为该路输入的信号有马赛克或无信号)，如果无备用的设备时则使用其他端口输入，再在管理软件中重新配置复用这几路节目。所以，建议前端的复用加扰设备选用进口品牌。

用户管理系统(SMS)和条件加扰系统(CAS)是比较稳定的，在日常维护中要设置好SQL数据库的自动备份，如果有条件可做热备同步处理，使数据库及服务器安全可靠。同时购买一个服务器硬盘把服务器系统及数据库GHOST到该硬盘上，一旦服务器系统不能启动时可接上该硬盘启动应急。乐山地面数字电视服务器使用的是Windows Server 2003系统，运行中也出现过系统报错死机，重启后系统启动到一半就卡住，在这种情况下可重启服务器，在出现Windows Server 2003滚动条之前按F8键，选“最后一次正确配置”来启动系统。在对各服务点的网络连接VPN设置中，在服务器的VPN设置去掉DNS，使各服务点一旦连接了VPN之后就不能再访问互联网的各项服务，增强网络的安全性。

4.2 传输

传输采用光纤传输，光发采用ACE光发，最常见的就是光纤在工地施工中被挖断，在光纤信号中断去排查故障时可根据光时域反射仪测出的距离直接到线路附近位置，先检查有工程施工的地方，可减少故障排除时间。

4.3 发射站

发射站点常见故障为空调损坏或停止引起的发射机温度过高保护，所以在平时应该每天通过短信监控各发射站点机器状况，如果发现温度上升时及时处理。各发射站的机壳接地和高频接地一定要做好，这样可避免雷击对机器的损坏。

4.4 接收终端

由于乐山地理环境特殊，大山、深丘、浅丘、平原交错构成，导致接收时信号多径干扰、各站交叉干扰严重，所以在接收终端天线安装时要根据地形尽量避开较弱信号的干扰。如果有信号干扰时机顶盒会出现信号强度较强，但没有信号质量或信号强度强但不断的闪断、接收中起马赛克或机顶盒死机等现象。根据乐山对接收机顶盒实测，在16QAM，PN945，0.8调制模式下，凌讯 LGS －8G42 信道芯片抗多径干扰及时延干扰能力较弱，一旦时延干扰超过60 μs就无法接收，凌讯9X系列的抗多径干扰较为优越，时延差在125 μs内都能接收。

5 总结

乐山市开展地面数字电视节目收视业务以来，确保了32套数字电视节目的播出，并已经具备了1个主站，4个补点发射辅站。乐山市建设广播电视综合覆盖网络，实现全市100%的乡镇、70%以上的行政村与市、县主干传输网联网，按照省“统一规划、统一标准、统一建设、统一管理”的原则，在“十二五”期间建成全市地面数字电视统一的传输信号平台，覆盖全市7个县(市、区)和部分边远山区;完善市级和县级分平台建设和发射，建立起以市、县广播电视传输统一网络，连接中央、省、市、县、乡镇统一综合性的广播电视传输网络。下一步发展农村地面数字广播电视用户15万户，收入突破1500万元;规划4个电视频道，传输中央、省、市、县4级56套数字电视节目和5套数字广播节目，基本实现农村广播村村响、电视户户通。