地面数字电视广播传输系统的工程设计及实践

黄少俊，童龙文

(广东省广播电视技术中心，广东 广州 510012)

地面数字电视广播传输系统的工程设计及实践

黄少俊，童龙文

(广东省广播电视技术中心，广东 广州 510012)

结合相关实例介绍了广东省地面数字电视广播传输系统在工程设计与实施中的关键点，包括发射机功率配置、天馈线系统配置、信号源传输和接引系统配置方法等，并对监测系统、配电供电系统、机房接地系统等周边的配置以及发射频率的配置进行了说明。

地面数字电视；电视传输；中国地面数字电视标准；发射机

2006年8月，中国地面数字电视广播标准DTMB(GB 20600—2006)正式发布。在此之前，中国部分城市已先行采用欧洲DVB-T标准开展公交移动电视业务，随着国标颁布(含相关配套标准)[1-2]及近几年相关产业的发展，采用国标方案进行地面无线覆盖已成定局，全国各地的电视发射台陆续进入模拟电视发射系统向数字电视发射系统转换过程中。笔者根据10年来从事数字电视地面广播的工作实践，通过本文发表一点自己的看法，与大家一起交流学习。

1 数字电视发射机功率配置

在模拟时代，发射机额定输出功率加上发射天线增益，减去天馈线损耗后在天线上的有效辐射功率大小，从而影响覆盖范围，故发射功率的大小往往决定其覆盖区域。但由于数字电视信号传播中存在峭壁效应(cliff effect)，发射功率并不是影响覆盖效果的唯一因素，发射功率的提高并不像模拟电视一样可以很大程度地改善接收效果，除了场强因素外，更重要是发射机自身性能指标(特别是调制误差比MER的指标优劣)、工作参数的选择、是否存在模数同频/邻频干扰以及接收端载噪比(C/N)和误码率(BER)等因素，才是影响覆盖效果的关键条件。

以发射机工作参数选择为例，发射机工作模式(单/多载波、调制方式QAM/QPSK、前向纠错编码效率0.4/0.6/0.8、帧头PN420/595/945模式、交织模式等)不同，接收方式不同时(移动/固定)，系统的接收载噪比门限要求也不同，而C/N门限要求不同，决定相应的最小接收电平也不同，从而对接收效果影响很大[1-3]。

另外，覆盖区域的地形地貌以及建筑物的遮挡，对覆盖影响较大，从而也影响发射功率配置。若覆盖区域开阔，发射点的相对发射高度较高时，建议采用单点合适功率全覆盖方式，如市县级中心区域覆盖；对于广州、深圳等大城市或地形复杂地区，考虑到地形和建筑物的遮挡造成较多的阴影区，建议采用组建小功率单频网的覆盖方式。无论何种方式都会存在覆盖盲区，再考虑使用直放站进行补点优化。

综上所述，在进行数字电视发射功率配置时，首先综合考虑欲覆盖区域范围、业务需求(高清/多套标清)、接收方式(移动/固定)等，初步确定发射机的工作模式，从而确定系统的C/N门限，再结合发射频率、天线挂高等具体参数，选择合适的电波传播模式进行测算，最终确定数字功率配置，使系统满足覆盖区域的接收要求。目前市面已有相关覆盖预测软件出售，结合覆盖区域的地理信息数据GIS，可进行计算机仿真验证。

下面举一个理论测算例子来说明：采用哈塔-奥村(Hata-Okumura)电波传播模型，在越秀山采用DS14，数字功率 3 kW， 利用目前在使用的天馈系统，室外固定接收，预测覆盖半径R=52.97 km；若数字功率更换成5 kW，则R=63.00 km。

类似的，DS22/3 kW数字功率，预测覆盖半径R=47.86 km； 若数字功率5 kW，则R=56.23 km。

2 数字发射天线和馈线系统配置

目前数字发射天线主要有缝隙天线和偶极板天线两种。

前者增益高，安装方便，但只有水平极化方式，天线方向图不可调整，同时属于窄带天线，无法满足多频道共用，在组建单频网时不方便调整覆盖区域的大小。故一般应用于高山(高塔)单点发射、远距离固定接收用。

后者增益较前者低，但属于宽带天线，通过更换功分器分支电缆可改变天线方向图，且天线倾角可调，有利于调整覆盖区域的大小。故非常适合于单频网组网用。2011年北京中天鸿大推出的UHF数字电视四偶极板天线实现了垂直极化、宽频段、高增益等特性，该天线在分米波全频段(470～ 860 MHz) 内输入驻波比≤1.1，天线增益达到11 dB，多部发射机可共用一副天线，大大提高铁塔和天馈设备的使用效率。

由于地面数字电视广播主要考虑地域均匀覆盖为主，在发射天线的选择上，重点要根据服务区的地形地貌特点和移动/固定接收的业务应用，恰当选择发射天线类型和定制方向图。一般建议在安装新数字发射天线时，优先采用不超过4层左右的垂直极化偶极板天线。

根据DS-28在东莞乌石排发射点采用上述两种天线覆盖效果试验结果表明，采用垂直极化偶极板天线发射，接收端采用结构简单的垂直极化接收的鞭状车载吸盘天线，其移动/固定接收效果明显优于其他组合方式。

对于馈线而言，目前配套使用的主要有1-5/8和3-1/8两种。前者损耗大，承受功率小，但成本低；后者损耗小，承受功率大，但成本高。考虑到数字功率有较高的峰均比PAPR，馈线及相关附属设备(同轴开关、双工器、假负载等)功率容限需保留模拟功率5～6倍(7 dB左右)为宜，并结合馈线长度实际选择上述两种型号。一般建议数字功率1.5 kW以下(含1.5 kW)、馈线长度100 m以内的采用1-5/8馈线，2.5～5.0 kW数字大功率采用3-1/8馈线为宜，另外在满足功率容限前提下，优先选择衰减小(如0.85 dB/100 m或0.5 dB/100 m 等)和驻波比VSWR<1.1的产品。

实例：DS-28在越秀山和圭峰山均采用2.5 kW液冷发射机，均配套3-1/8馈线，大雁山800 W机由于天线挂高80 m以上，为降低损耗也采用3-1/8馈线，其余800 W和600 W机均配套1-5/8馈线。

针对发射台现有模拟用天馈系统，在新增数字发射系统时，提出如下3种解决方案供参考：

1) 若现有UHF电视发射天馈系统的带宽和功率容量均满足新增数字系统要求时，可采用多工器共用现有天馈系统。

2) 若现有UHF电视发射天馈系统的带宽或功率容量不满足新增数字系统要求时，而且桅杆段已无位置安装新数字发射天线对，可考虑将原有窄带天线更换成同时支持模数同播或数数同播的宽频带天线系统。如北京移动电视通过更换原有窄带天线，重新设计的宽带天线同时满足3个频道共用的要求。

3) 若发射塔桅杆段有满足要求的空余位置时，可选择独立安装新增数字发射用垂直极化UHF天线，如上述DS-28均全部采用新增天馈系统。

3 信号源传输和接引系统配置要求

节目信号经信源编码压缩、复用后形成MPTS流(若组建单频网时，还需通过单频网适配器插入频率和时间基准信号SIP包后，实现MPTS流到单频网传送流SIP-TS的转换)，无论是MPEG数字电视信号从播控中心至发射台或主发射台至各SFN发射机的信号源传输，均可采用独立光纤或波分复用、数字微波和卫星传输等手段，通过PDH、SDH、ATM等网络传输标准进行数字电视信号的透明传输。在组建SFN网时，无论采用何种传输手段，TS流信号必须100%透传，不能改变TS流的PID值和PCR值，也不能增删空包，更不能中途复用其他数据流，且传送至各发射点的最大时间差不能超过1 s。总之，输入单频网内各发射机激励器的SIP-TS必须是同时且逐一比特同步，加上同频发射，简称“三同”。

1) 首选采用独立单模光纤传输，要求相应的光端机应支持SDI和DVB/ASI信号格式传输，同时具备抖动管理功能。如DS-28复用5套节目均由广东电视台播出部通过光纤送至越秀山发射台；越秀山至番禺地球站SFN网点的信号传输也是采用独立光纤。

2) 采用SDH数字微波传送TS流时，相应的网络适配器除透明传输外，必须满足GB/T 19263—2003的规定，特别需针对数字微波传输过程中产生的时钟抖动加以校正，克服因传输造成系统的不同步。如DS-28越秀山主发射机至圭峰山和乌石排2个SFN点信号传输，均采用一对ASI/E1网络适配器连接SDH数字微波E1口进行点对点透传。

4 监测系统配置要求

台站监测监控不仅要考虑发射设备的工作状态，还要考虑门禁、机房环境、视频监控等。一般数字电视发射机均配置RS-485、RS-232等通信接口并经公开通信协议，通过软件实现本地监测监控，还可以通过SFN的SIP包相关信息实现对全网各发射机集中远程监测监控，未来还需考虑建立覆盖网络射频监测系统，从而实现从信源至接收端的全程监测。如越秀山2.5 kW和番禺地球站0.8 kW机均已通过RS-485接口实现本地监测监控功能。

监测系统完成功能主要包括：

1)对数字发射机进行预设、调整、记录、查询；控制定时开、关机，工作模式显示及修改，功率设置、显示及调整，故障报警记录、激励器主备切换等。

2)发射机的关键数据回传服务器，并形成报表等。

5 供配电系统配置

一般数字电视发射机的效率为15%～20%，如3/5 kW数字发射机能耗一般是20/25 kVA，如考虑空调照明等馈电冗余，配电容量应选30/40 kVA为妥。故需了解发射塔配电总容量及冗余情况，若不满足新增数字发射设备的需要，应对现有的电力系统进行升级扩容；是否双路电源供电或柴机供电，动力三相是否平衡，是否需配电力稳压器等，一般要求从总动力柜独立开关引岀三相电，外配本机配电箱进行供电。考虑到南方多雷电天气，电力系统最好配置高等级防雷击的避雷器。对发射机产品也要求在整机三相电输入端、功放箱供电的开关电源等关键部位配置避雷器，以提高系统可靠性。

6 机房与接地系统的配置

机房要求有高频接地极(网)，发射机的高频接地端子与机房的高频接地极(网)须连接良好。城市楼宇内设置机房时，由于缺少高频接地极(网)，须要求各设备作等电位连接。

目前数字电视发射机功率等级从0.5～10 kW不同，基本由1～2个19 in(1 in=2.54 cm)标准机柜构成，加上液冷、假负载、多工器、假负载等附属设备，一般机房有15 m2可满足要求。另外，机房最好密封并安装1台制冷量为7～12 kW(即俗称约3～5匹)空调进行机房环境控温，发射机顶端接管道排风系统集中对外散热。

总之，数字机房基本与模拟电视机房要求相同，参照 GY 5062—1998《电视和调频广播发射(转播)台(站)设计规范》有关规定即可。

7 发射频率的配置

根据国内外试验及专家意见，以移动接收为主的地面数字电视广播，建议其发射频率选择在UHF频段内550～700 MHz(DS23～DS36)工作频段较为合适。

目前，我国地面数字电视建设正在加快实施，如何既好又快地完成工程建设，前期的工程设计是关键环节。值此地面数字电视国家标准实施、应用之际，希望以此文为契机，与从事地面电视发射传输的技术人员交流，起抛砖引玉之作用。

[1] 国家广播电影电视总局广播电视规划院.地面数字电视技术资料汇编[G].北京：国家广播电影电视总局广播电视规划院，2008.

[2] 杨知行.地面数字电视传输技术与系统[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[3] GB/T 26683—2011， 地面数字电视接收器通用规范[S]. 2011.

责任编辑：闫雯雯

Design and Practice of Digital Terrestrial Television Broadcasting Transmission System

HUANG Shaojun, TONG Longwen

(GuangdongProvincialRadioandTelevisionTechnologyCenter,Guangzhou510012,China)

The important design and practical points about Guangdong provincial digital terrestrial television broadcasting transmission system are introduced, including transmitter power allocation, antenna system configuration, signal source transmission, grounding system configuration method.The configuration of observation system, distribution power supply system, grounding system of computer room and emission frequency are explained.

digital terrestrial television broadcasting;television transmission; China digital terrestrial TV broadcasting standard; transmitter

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.16.010

2015-03-05

【本文献信息】黄少俊，童龙文.地面数字电视广播传输系统的工程设计及实践[J].电视技术,2015，39(16).