浅析地面无线数字电视广播系统建设

罗蕴军，廖庆龙

（新余市广播电视台，江西 新余 338000）

浅析地面无线数字电视广播系统建设

罗蕴军，廖庆龙

（新余市广播电视台，江西 新余 338000）

地面无线数字电视发展迅速，特别是随着国标的出台，地面无线数字电视的发展将迎来新一轮快速发展的时代。进广播电视“村村通”工程的有效方式。首先概述了地面无线数字电视，然后介绍地设需求、标准选择、系统结构和组成、信号覆盖情况等多方面，阐述新余市广播电视台况。电视；AVS；无线发射发展地面无线数字电视，是加速推面无线数字电视的优势，最后从建的地面数字电视广播系统建设情

数字电视；地面无线数字

为全面宣传贯彻落实党的十八大精神，健全和完善农村公共文化服务体系，实现农村广播电视全覆盖，实现城乡公共文化服务均等化，各级政府均将促进数字电视地面广播系统的发展作为一项重要民生工程。发展地面无线数字电视，是加速推进广播电视“村村通”工程、为民办实事的有效方式，不仅可以满足广大人民群众日益增长的精神文化需求，而且还可以宣传党的路线、方针、政策，促进社会和谐。

1 地面无线数字电视概述

数字电视是指采用数字技术将图像和声音信号进行处理和调制、压缩和编码，经存储和传输后，供用户收看的电视系统。数字电视系统是从拍摄、编辑制作、存储、播出、传送、接收等全过程都采用数字信号的电视系统。数字电视与传统的模拟电视相比都有重大改进，增加了节目容量；提供更加清晰的图像质量和优美的音质；提供更多专业化、对象化、多样化广播电视节目。

地面无线数字电视主要实现方式就是通过采用数字压缩技术，利用无线频率传送广播电视节目。因无线频率资源是社会的公共资源，是供需矛盾日益突出的不可再生资源；同时地面数字电视广播是公共服务，数字化过程涉及到大众的利益；数字电视广播发展会对文化事业和信息化进程产生巨大的影响。所以目前地面数字电视广播的快速发展乃大势所趋。

2 地面无线数字电视的优势

地面无线数字电视广播系统是广播电视体系中的重要组成部分，它能够满足现代信息化社会所要求的“信息到人”的基本需求，提高了无线频谱的利用率，用户可以在移动状态下较稳定接收到较高质量的广播电视节目信号。

2.1 数字电视的主要优势

目前电视按信号传输可以分为模拟电视和数字电视两大类，数字电视相对于模拟电视有较大优势：1）信号质量更稳定，适宜远距离传输；2）采用数据压缩技术，便于实现不同网络走向融合，充分实现真正意义上的信息资源共享；3）容易实现信号存储，而存储时间与信号的特性无关；4）可以实现时分多路，充分利用信道容量，实现文字多工广播；5）可以合理地利用各种类型的频谱资源；6）很容易实现加密/解密和加/干扰，便于数据广播业务和专业的应用；7）具有互操作性、可扩展性、开放性和兼容性[1]。

2.2 无线传输的主要优势

数据传输可以分为有线和无线两大类方式。无线传输方式与有线传输方式相比具有以下优势：1）本钱廉价。用无线数据传输模块建立专用无线数据传输方式，节省了人力物力。2）建设周期短。远程站点相互连接通信时，无线的方式可以迅速组建起通信链路，工程周期可大大缩短。3）适应性好。采用无线数据传输方式有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。4）扩展性好。采用无线数据传输方式，只需将新增设备与系统设备相连接就可以实现扩充。5）系统易维护。无线数据传输线路相当精简，出现故障时只需维护数据传输模块，能快速找出原因，恢复线路正常运行。

总之，地面无线数字电视广播系统这种覆盖方式具有建设和运行费用较低、建设周期短、技术成熟、传输安全、信号覆盖范围广、信号质量好、传输的节目多、性价比高等优势。

3 地面无线数字电视广播系统建设

3.1 建设需求

1）地理环境的要求。根据无线电视特有的属性，地面无线数字电视对地理环境有一定的要求，它适合在部分丘陵地带和平原地区使用和发展，不适合在森林地带、极端低洼地区和高山发展地面无线数字电视。在不超过无线数字电视基站覆盖范围内，用户都可以通过固定接收或者移动接收等方式收看无线地面数字电视。

2）适合的发展条件。一是推进无线数字电视发展符合国家科技发展政策与要求，是社会进步的必然趋势。二是无线数字广播电视技术手段已经成熟，随着国标的强制实施，相关的产业支持和配套能力逐步增强。三是地面无线数字电视，能将地方政府的声音传入广大人民群众的千家万户。广大用户只需用一个机顶盒和一副天线即可收看到无线发射的多频道、效果好的广播电视节目。所以，建设地面数字电视广播网，是目前广播电视信号有效覆盖农村地区、远郊及偏远山区，以及移动终端的优选传输方式。

3）实际的建设需求。首先，新余地形，西部以丘陵为主，东部为平原，南北高、中间低平、东部敞开，新余境内山地大部分布在境界边缘，地理环境比较适用地面无线数字电视。其次，新余台十多年前已建设了无线发射台，位于新余市区的西北端仰天岗山顶，海拔424 m，发射塔高60 m，利于搭建无线数字电视发射系统。最后，电视节目传输行业正处于打破旧模式、建立新模式的关键时期，新余台成立了电广传媒数字广播电视有限公司，以无线地面数字电视为主营业务。

3.2 编码、传输标准选择

1）信号传输标准。目前，国际上形成了4种不同的地面数字电视广播传输标准，即欧洲的DVB-T标准、日本的IS⁃DB-T标准、美国的ATSC标准和我国的国家标准DTMB。2007年8月1日，我国颁布的强制性的国家标准——《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（标准号为GB20600—2006）正式实施。国标DTMB以时域正交频分复用（TDS-OFDM）调制技术为核心，传输效率或频谱效率高、抗多径干扰能力强、信道估计性能良好、适于移动接收。地面数字电视国标的颁布实施，推动了我国广播电视事业有序、快速的发展，促进我国广播电视产业的优化升级和可持续发展。

2）信源编码标准。经过十年多演变，音视频编码技术层出不穷。目前可以选择的信源编码标准有：MPEG-2、MPEG-4、MPEG-4 AVC（简称AVC，也称JVT、H.264）、AVS。MPEG-2是第一代信源标准，MPEG-4、AVC、AVS为第二代标准。MPEG-4的编码效率是MPEG-2的1.4倍，AVC和AVS的编码效率都是MPEG-2的2倍以上[2]。MPEG-2、MPEG-4、AVC标准都是由MPEG专家组制订的，AVS是我国自主制定的，具备自主知识产权。AVS是开放式制订的国家、国际标准，易于推广；编码技术方案简洁，芯片实现复杂度低。由于地面电视系统采用无线发射传输，频率资源有限，因而形成了节目数量与质量、信号覆盖与频点带宽之间的矛盾。在频率资源有限的情况下，有效解决这对矛盾的唯一选择就是采用高效率编码标准。综上所述，AVS标准是第二代信源标准的最佳选择。按照系统设计要求，以5个频点传输60套标清节目，平均每个频点12套节目；系统采用32QAM调制方式，节目传输带宽达到25.989 Mbit/s；采用AVS编码标准，减去每个频点的管理信息占用的带宽，平均每套节目的压缩码率在2 Mbit/s左右，完全可以达到标清传输的要求；同时采用单载波调制方式可以有效地降低信号接收门限，改善信号覆盖效果。

3.3 系统结构与组成

3.3.1 系统结构

整个地面无线数字电视广播系统的构成非常复杂，但从宏观上看，系统主要由数字前端、网络管理系统、传输（发射）系统和用户终端构成，其结构如图1所示。

图1 地面无线数字电视系统的结构图

3.3.2 数字前端

为方便管理及维护，编码系统以硬件支持软件编码的方式组成，以全IP组网方式将节目信号采集、传输、编码及加扰复用等环节实现节目数据和管理数据的传输；同时将前端节目编码管理及维护等软件统一集中到管理服务器上，对编码服务器、CA服务器、客服充值服务器及其他设备实行远程管理。

1）信源部分。信源部分主要指广播电视节目及数据信息的来源渠道。信源设备主要包括数字卫星接收机、节目采编工作站、编码器、有线电视机顶盒等。数字卫星接收机选用同洲P5000，可解码MPEG-2，H.264/MPEG-4 AVC，AVS等编码格式节目；能将所接收的节目以ASI、HDMI、网络信号输出；开放SNMP可编程接口，便于广电机房设备集中管理。

2）处理部分。处理部分主要是对工作流程中各种数字信号进行相应处理，并使系统附加服务具有灵活性和多样性[3]。系统选用了哈雷多通道复用器Prostream，该设备集复用加扰为一体，具有网络输入/输出端口与TS流端口。它的作用是将CA软件产生的加扰信息同节目信息复用到一起；同时给每套节目添加相应PID，以此产生节目排序表，是所有信号的汇集点，也是前端系统的终点站。选用德芯NDS3506TX作为DVB网关，将TS流信号转换成网络信号输出，输出带宽大、稳定。交换机网络组网也是系统的关键，因此在交换机的选择上应该以设备的稳定性为最重要的参考点，最终系统选用了思科WS-C3560G系列企业级三层千兆交换机。

3）编码服务器。编码服务器是装载编码软件的载体，每台服务器可以由编码软件通过交换机选取12套节目进行编码，之后再由交换机输出至复用器进行节目复用与加扰；因此编码服务器是网络信号最繁忙的设备，需要处理海量的节目信息与管理信息，因此在选择编码服务器的时候最重要的两点是CPU的运算速率与网卡的输入输出带宽。系统选用戴尔PowerEdge R320作为编码服务器，服务器采用了Intel至强E5-2403 CPU，双端口千兆网卡。

3.3.3 管理系统

管理系统要满足网络运行的基本要求，主要包括设置管理、安全性管理、性能管理、用户管理和差错管理等[3]。在应用中应强调设备的稳定性，系统选用戴尔PowerEdge R310作为管理服务器，并安装了国标AVS编码软件、CA软件与客服软件等相关软件。系统的节目信号和管理信号分别有不同的处理流程。

1）节目信号的处理流程：每个节目输出设备都有其相应的输出口IP地址（组播输入地址），编码软件就是通过相对应的IP地址找到需要进行编码的节目源；在经过编码处理后（根据设计要求设定每套节目的码率），节目的输出同样需要输出到某个IP地址（组播输出地址），由复用器来定义这个节目的组播输出地址。也就是说每套节目在通过编码后都会输出到复用器的某个特定的组播输出地址，并由此进行节目编组输出，系统复用器应定义5个TS输出口，每个端口编组12套节目输出，同时，按照设计要求限定每个输出端口的带宽不得大于25.989 Mbit/s。图2为地面无线数字电视系统信号流程图。

图2 地面无线数字电视系统信号流程图

2）管理信号的处理流程：CA服务器是管理整套系统的关键，任何管理信息都需要通过CA软件才能下发到用户的节目信息中去。流程为：（1）调用用户信息；（2）确认用户信息，完成业务信息；（3）请求CA系统授权操作；（4）授权下发、完成业务办理。例如，某个用户通过客服服务系统使用充值卡充值，首先用户在拨打服务电话后，客服系统将要求用户输入需要充值的智能卡号码，之后系统将通过调用BOSS系统中的用户资料，通报用户确认用户信息，然后要求用户输入充值卡号码和密码，此过程同样需要调用BOSS系统信息，以确认该充值卡是否有效，确认有效后，将自动按标准添加用户缴费信息，更新BOSS系统中的该用户信息，同时将通过网络接口连接到CA系统，控制该用户所收看节目的加密条件。

3.3.4 发射系统

发射系统的工作是将节目流（TS流）调制成射频信号发射出去，其流程是TS流信号经过复用后传输至调制器。数字发射系统主要是由天馈线系统和数字发射机组成[4]。

1）数字发射机。系统采用凯腾四方1 kW宽带数字电视发射机，符合GB20600—2006标准规定，采用先进的数字预失真校正技术，校正量大，可以有效地提高发射机的整机指标以及效率；功放管采用国外大公司原装进口的最新型LD⁃MOS，指标好、效率高、体积小；分配、合成采用吉塞尔与3 dB混用方式，即可得到最小的插损，又能够保证良好的隔离。无线发射占用DS40～DS44电视频道频率，调制参数设定射频输出频率分别为730 MHz，738 MHz，746 MHz，754 MHz，762 MHz，调制星座均为32QAM，单载波。因设备工作的特性并不是完全一样，在每个调制器输出信号前都将信号衰减电平设置为0 dB，并测试混合输出的波形，根据测试波形，调整调制器的衰减电平，使每个频点的输出电平都在同一水平上，以降低斜率，提高信号质量。最大允许发射功率为1 500 W，在实际使用中，通过控制激励器增益，来控制发射功率。一般正常使用的发射功率为900 W左右，发射信号在4 W以下。

2）天馈线系统。发射天线使用鞍山市圆方生产的UHF四偶极子宽带数字电视发射天线阵，该天线具有宽频带、低驻波比、高增益的显著特点；470～860 MHz的频率范围，增益达到12.5 dB，驻波比小于1.1；八层四面，安装灵活、方便；水平极化方式；可以改变天线阵的水平方向图，充分发挥辐射的最大效益；可以采取不同的波束下倾和零点填充来满足不同服务区的要求。系统的电视发射机馈线使用馈管SDY-50-40，馈管长度为85 m。本系统采用多工器方式进行功率合成发射。

3.3.5 终端系统

终端系统的主要作用是接收发射台的数字电视无线信号，并解码、解扰还原成数字与模拟视音频信号，供电视或移动终端接收识别。终端系统包含接收天线、机顶盒等设备。调试时，由于引向器阵列对增益、后向辐射、输入阻抗等都有影响，首先要将室外八木天线架设到一定的高度，离开地面高度二三米以上，以免影响天线的阻抗和仰角。接好馈线，将接收天线的引向器对向发射台方向，反复调整天线的方位角和仰角，即可接收到清晰的数字信号[3]。另外需要注意，接口需用防水胶带处理，同时还应注意防雷。

3.3.6 供配电系统

稳定可靠的供配电系统是无线数字电视安全播出的重要保障。供配电系统主要是前端机房供配电系统改造和发射机房用电。前端系统设备大量使用了服务器，大大增加了原有供电线路的压力，为保证供电安全，其供电线路进行相应的更换；为保证安全播出，机房用电总功率大约为23 kW，线路设计按用电总功率30 kW设计，并采用易事特20 kVA UPS作为应急电源，UPS只对节目播出关键设备供电。发射机房因原无线发射台电力系统留有冗余，采用原电力系统供电，完全能满足增加了无线数字电视系统发射设备的用电需求。增加易事特EA900系列30 kVA UPS作为应急电源，在遇发射机房停电的情况时，首先将发射机功率降半发射，以保证UPS供电时间足够；降低发射功率对实际信号覆盖不会产生明显的减弱。配电系统应尽量使三相负荷相当，均流供电；杜绝负荷串联式连接，杜绝连接点松动。

4 信号覆盖情况

新余台采用数字频谱场强仪收测数字电视发射频道的频谱、场强；然后通过机顶盒及电视终端直接观看地面无线数字电视接收效果；所用接收天线均是分米波标准测试天线。新余市全境东西最长处101.9 km，南北最宽处65 km，发射台位于全市中心点偏南，且为市区最高点。在全市范围内30余个乡镇或办事处近100个点的信号强度和信号质量测试，并进行收视效果观察（接收天线架高4 m）。东面地势平坦，无高山阻挡，因此信号覆盖情况非常理想，最远处新溪乡龙尾洲村信号测试场强可达40 dB；南面因良山镇及九龙山乡地势崎岖，且大部分居民都依山而居，信号被山丘阻挡，信号覆盖情况较差；北面欧里、观巢两地信号覆盖大部分可达到47 dB左右；人和、鹄山乡两地的信号覆盖因蒙山的遮挡，出现较大的差别，最高可达场强45 dB；西面因仰天岗山脉延伸，近处信号覆盖较差，而在最西端信号场强可达48 dB；西南面因地势复杂，信号覆盖情况不理想。总体而言，新余地面无线数字电视信号覆盖还是比较理想，只有南面、西南面和北面的一部分地区信号覆盖较差，总体信号覆盖区域超过80%。

5 总结

地面无线数字电视广播系统的传输和使用有效提高了频谱资源利用率，能克服环境恶劣的影响，大大改善用户收看广播电视节目的质量。新余市地面无线数字电视广播系统自2013年5月正式开播以来，以其收费低、信号好、节目多深受城乡居民的青睐，作为“村村通”工程的延伸，有效改善了广播电视文化发展中城乡不均衡的状况。

[1]李志辉.浅谈数字电视技术的现状与发展[J].数字技术与应用，2012（10）：225-226.

[2] 李小兰.三大热点推动广播电视数字化[N].通信产业报，2007-01-22（4）.

[3] 于翔.浅析数字电视前端平台系统集成[J].中国有线电视，2010（5）：572-574.

[4]李军善.无线数字电视系统的应用[J].电视技术，2010，34（11）：75-76.

责任编辑：薛 京

Analysis on Construction of Wireless Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting System

LUO Yunjun,LIAO Qinglong
（Xinyu Radio and Television Station,Jiangxi Xinyu 338000,China）

Thewirelessdigitaltelevision terrestrialhasdeveloped rapidly,especiallywith thenationalstandard, wireless digital television terrestrial development will usher in a period of rapid development.Development of wireless digital television terrestrial is accelerating radio and television"coverage to every village"project in a efficient way.Firstly,the terrestrial wireless digital television is summarized.Then the advantages of the terrestrial wireless digital television are introduced.Finally,from construction requirements,standard ofselection,system structure and composition,signal coverage,Xinyu radio and television station digital television terrestrial multimedia broadcasting system construction is expounded.

digital television;DTMB;AVS;wireless transmitting

TN949.197

A

10.16280/j.videoe.2015.08.002

【本文献信息】罗蕴军，廖庆龙.浅析地面无线数字电视广播系统建设[J].电视技术，2015，39（8）.

2014-10-10