地面数字电视广播单频网组网技术及实践

王建生

（山东省招远市广播电视台，招远 265400）

技术研究

地面数字电视广播单频网组网技术及实践

王建生

（山东省招远市广播电视台，招远 265400）

本文首先对地面数字电视单频网系统构成进行介绍，然后从地面数字电视广播单频网适配系统、节目传输系统及发射系统三个环节，详细分析了地面数字电视广播单频网组网过程中所涉及的具体技术细节及相应的技术解决方案，最后对青岛地面数字电视单频网工程实践情况进行阐述，对地面数字电视广播单频网建设有借鉴意义。

地面数字电视广播；单频网；节目分配；单频网适配

1 引言

自2006年8月18日国家地面数字电视标准颁布以后，地面数字电视网络建设规划和运营模式已成为各地广播电视机构播积极探讨的重点。它通过地面无线广播方式，在固定接收机、车载接收机、一体机等电视接收终端上，实现随时随地接收广播电视节目与信息服务，可以作为广播电视数字化发展的一个新的领域。地面数字电视广播对于占领移动宣传领域，进一步提高广播电视的有效覆盖，促进民族文化产业和民族工业的发展，有着重要意义。

在地面电视广播无线覆盖技术中，目前有三种组网方式：多频网MFN、双频网DFN、单频网

SFN。作为传统模拟电视，为了在较大范围实现覆盖的通用手段，多频网目前已广泛用于全球。而双频网作为单频网的一种特例也在一些地方得到采用。但是随着频率资源的日趋紧张，单频网技术被引入数字电视广播，以其节省频率资源和大范围无线覆盖的优势在全球的地面数字电视广播中得到广泛应用。

2 地面数字电视广播单频网系统简介

2.1 单频网构成

地面数字电视单频网就是由多个发射台发射组成的数字电视覆盖网络，所有发射台采用同一个频率在同一时间发送同一个节目。典型的地面数字电视单频网系统主要由中心发射站、辅助发射站、分配传输网络三部分组成。除发射站基本设备外，还需要配置单频网适配器SFN、GPS时钟接收设备、网络适配器，以及光纤、微波、地面数字电视发射机等。地面数字电视广播单频网系统拓扑图如图l所示。

2.2 单频网技术原理

地面数字电视广播单频网借助全球定位系统（GIS）进行同步授时，利用此授时信号，单频网适配器首先向TS码流中插入时间标签-秒帧初始化包（SIP），随后带有SIP包的TS码流通过不同类型的节目分配网络分发到各个发射台站，各发射台站的激励器（发射机）借助SIP包和秒脉冲（1PPS）进行同步处理，从而实现地面数字电视广播单频网中各发射机发射频率、发射时刻以及发射节目的同步。

3 地面数字电视广播单频网组网技术

根据节目分配方式的不同，地面数字电视广播单频网可分为基于射频信号分配和基于基带码流分配两种不同形式的网络，基于基带码流分配方式的地面数字电视广播单频网是目前主流的组网方式。

3.1 单频网适配系统

单频网适配系统是构建地面数字广播电视广播单频网的首要环节。单频网适配通过地面数字电视广播单频网适配器完成，主要功能包括秒帧初始化包（SIP）插入和码速率适配。

地面数字电视广播单频网适配器处理流程如下：根据系统输出码率时钟，首先在每个秒脉冲位置插入1个SIP，SIP的定义符合GY/T 229.1-2008《地面数字电视广播单频网适配器技术要求和测量方法》相关规定，包含了工作模式、最大延迟时间、发射机地址、独立调整延时等系统信息；其次，在其他位置，从前端缓冲区内读取TS码流，如果码流数据不足一个秒帧，则插入单频网适配TS空包完成TS流的码率适配。地面数字电视广播单频网适配器最终输出的TS码流速率，与由单频网适配器设定的发射机工作模式要求的净载荷速率完全相同，并且锁定在10MHz参考时钟上。地面数字电视广播单频网适配器输出的TS码流抖动应小于100ns。

3.2 单频网节目传输系统

节目传输网络对于地面数字电视广播单频网至关重要，直接影响网络能否成功构建。一般而言，地面数字电视广播单频网节目传输网络应满足以下要求：100%透明传输，即在传输过程中不改变TS码流的P1D，不改变TS码流的PCR，不增加或删除TS码流固有的空包，并且传输网络最终恢复的TS码流抖动小于100ns。目前，比较常用的地面数字电视广播单频网节目传输网络主要有以下几种形式。

（1）直连光纤+数字光端机“直连光纤+数字光端机”是地面数字电视广播单频网最简单的节目传输网络。来自地面数字电视广播单频网适配器的ASI码流首先经过数字光端机变为光信号，然后通过直连光纤进行传输，各发射站点通过光端机将接收到的光信号重新变为ASl电信号并送入到发射机进行发射。

（2）光纤+SDH

“光纤+SDH”为城市环境中一种最普遍的数字电视广播节目传输网络。在该节目传输网络中，ASI码流首先需要进行适配，形成准同步数字序列（PDH）的三次群DS3信号帧（速率为：44.736Mb/s），然后由3路DS3形成1路SDH的一次群STM-1信号帧（速率为：155.52Mb/s）。在节目传输过程中，仅ASI-DS3转换环节中涉及对TS码流的速率适配，对于地面数字电视广播单频网而言，为实现TS码流的透明传输。ASI-DS3适配器填充的TS空包应区别于TS流自身固有空包，从而保证在节目传输网络接收端去除ASI-DS3适配器填充的TS空包，完全恢复原来的TS码流。

（3）数字微波+SDH

相对光纤传输网络而言，数字微波建设起来比较容易、成本较低，特别适合丘陵山区或其他地理条件比较恶劣地区。目前，SDH在数字微波传输系统中也被广泛采用。与“光纤+SDH”节目传输网络不同，“数字微波+SDH”节目传输网络在形成SDH信号帧之后，通过数字微波设备转换为微波信号以无线的方式进行传输。

目前，“光纤+SDH”和“数字微波+SDH”是地面数字电视广播单频网应用最为广泛的节目传输网络形式。当然，地面数字电视广播单频网网络建设和运营部门同样可根据自身实际需求，设计定制单频网节目传输网络。

3.3 单频网发射系统

地面数字电视广播单频同发射系统，负责将接收到的透明传输且已插入SlP包的TS流信号进行同步编码和调制，并在规定的时刻以相同的频率发射出去。地面数字电视广播单频网发射系统最重要的处理单元，是各发射台站地面数字电视广播调制器的同步模块。一般而言，地面数字电视广播调制器或发射机，可根据授时接收机提供的1pps和10MHz基准时钟来实现单频网的同步。

4 地面数字电视广播单频网实例

目前，地面数字电视广播在国内的开发和应用取得了很大的进展，青岛市紧跟技术发展，在地面数字电视广播技术平台建设与运营上率先走在全国有前列。图2为青岛地面数字电视广播单频网系统结构图。

图2 青岛地面数字电视广播单频网系统结构图

4.1 覆盖设计

（1）电视制式。青岛市地面数字电视广播单频网采用DMB-T标准，工作频道为CH39，射频中心频率722MHz，工作模式为QPSK，4K，FEC4/9，保护间隔1/4时，最高允许码率为4.8128Mb/s。实现多节目广播时，可以采用16QAM，4K，FEC2/3，保护间隔1/4时，最高允许码率为14.4384Mb/s。

（2）规划站点基本情况。为了实现青岛辖区内的有效信号覆盖，在市区及市属各县建9个发射点。

4.2 系统组成

各基站之间，通过微波、光缆实现信号的连接，各发射系统把传输系统送来的数字电视TS流信号进行信道纠错编码，并作TDS-OFDM多载波调制，形成中频IF信号，发射机将IF信号上变频为射频RF信号。单频网发射系统依靠卫星全球定位系统GPS时钟信号，使得任何一个发射台频率和相位严格的保持一致，同时发射同一个数字电视信号（相同的频率、相同的发射时间和相同的电视节目）。不同发射台之间TS流的不同时延需要用单频网适配器来调整，以使各发射台之间同步。

在单频网建设中，激励器则是关键中的关键，采用了进口的R&S公司的SV702，该激励器中包含非线性校正模块。为节约系统造价，采用了目前国内技术已相当成熟的北广BGTDV3261发射机，主站输出功率1.0kW，功放由5个模块组成，副站功率300W。

4.3 码流链路

青岛地面数字电视的单频网码流传输过程中采用了直达光缆的方式进行传输。在光纤上传输的是单频网适配器输出的码流，发射端将TS码流信号变为光信号，接收端将收到的光信号进行光电转换、同步再生后输出TS码流。这种方法系统设计简单、可靠性高，码流中MIP包的位置与绝对时间的关系稳定，不可能出现微波、SDH等传输网络出现的抖动问题。

4.4 同步

青岛单频网建设时采用了GPS来作为同步。考虑到各种干扰对GPS的影响，在进行GPS型号选购时对Hold Over功能作了考虑。在48小时不能接收到GPS信号时，还可以保证系统同步的精度和稳定。

4.5 场强覆盖

实际调试中发现无线覆盖存在很多折中的问题。单站情况下，发射功率增加，可以增加覆盖范围；但在单频网中一味地增加发射功率对网络覆盖不一定能带来好处。因为多个发射机产生信号交叠会产生回波影响接收效果，过大的功率会使得在网络交叠地区的多径特性明显恶化。因此，在青岛移动电视网络建设中，主发射站只采用了1kW，辅助发射台使用300W。青岛主发射塔为4层16面水平极化天线，馈线长度约230m。副站天线选择高增益的4层8面全向天线，模拟信号要求覆盖的距离较远，下倾角较小，而数字信号要求加强城区的覆盖，在安装中适当加大了下倾角，实践表明，这样修改后在城区的覆盖效果十分理想。

4.6 GAP FILLER

由于地形复杂，不可避免地会有小部分盲区，针对这些小部分盲区，采用同频转发器（GAP FILLER）进行小范围补点。

5 结束语

地面数字电视广播单频网可以实现更大区域、更加平滑的覆盖效果，加之较高的频谱效率，已经被许多国家和地区越来越多地采用。地面数字电视单频网的组网技术，通过近几年来的不断探索与实践，大规模建网并实现有效覆盖的条件也正在成熟。数字电视广播的蓬勃发展离不开一张高质量的覆盖网，因此，只有不断拓展和完善这张覆盖网，才能为地面数字电视广播的运营提供最优质的服务。

[1] 崔竞飞，李培林，张国庭．单频网组网拓扑结构分析[J]．广播电视信息，2008(8):56-70

[2] 王波．CMMB单频网同步技术[J]．广播与电视技术，2008,35(9):20-23

Digital Terrestrial Television Broadcasting Single Frequency Network Technology and Practice

Wang Jiansheng
(Zhao Yuan Television Station, Zhaoyuan, 265400)

First introduced on the ground digital television single frequency network system, Then from terrestrial digital TV broadcasting SFN adapter system, transmission system and launch system are analyzed in detail in three stages: terrestrial digital TV broadcasting SFN network involved in the process of the specific technical details and the corresponding technical solutions, Finally expounds on Qingdao ground digital television single frequency network engineering practice, is of significance for digital terrestrial television broadcasting single frequency network construction.

Digital television terrestrial broadcasting; Single frequency network; Program distribution; Single frequency network adapter

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.05.002

TN943

A

1672-7274（2015）05-0005-04

王建生，男，1959年生，助理工程师，主要从事广播电视技术工作。