地面无线数字电视覆盖网补点技术应用

何强

【摘要】本文介绍了地面无线数字电视覆盖网对覆盖盲区进行补点覆盖所使用的主要技术和案例。

【关键词】DTMB;直放站;移频选频

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.013

2006年国家数字电视地面广播标准（DTMB）发布以后，全国各地的无线数字电视覆盖网蓬勃发展。地面无线数字电视体系结构简单，覆盖面广，具有可移动性，和有线电视、卫星电视、移动通讯相比投资小，见效快，因此在发展初期迅速占领市场，形成了有线电视、卫星电视、地面数字电视三足鼎立的格局。本文针对建设过程中出現的网络覆盖盲点和干扰区域问题，结合实际情况，给出了不同的解决方案，为地面数字电视覆盖工作提供了参考。

1. 建网过程中需要注意的几个问题

网络覆盖模式。DTMB标准推荐了单载波和多载波两种覆盖方式，两种覆盖模式各有优劣，综合而言，单载波建网成本较低，接收门限低于多载波，功率谱密度也高于多载波，但是在绕射能力上，多载波模式优势明显，因此，单载波系统更适合大范围覆盖，多载波系统更适合城市组网。从运营成本的角度看，在同等实效下，由于单载波系统的发射机平均功率是多载波系统的二分之一，因此单载波系统的节电效果是非常明显的，而电费在整个运营成本中占比较高，这是我们在网络规划上必须要考虑的经济性问题。

发射频率的一致性。我们在IV波段和V波段选择了多个频道进行了覆盖测试，根据覆盖的效果，建议选择发射频率时频带不要太宽。这是因为相邻频道在频率的空衰情况、绕射能力等方面差异不大，体现在接收终端表现为一致性较好。发射频带跨频太宽会使我们在技术参数的选择上很难取舍，面临顾此失彼的局面。

工作模式的选择。DTMB标准推荐了七种工作模式，本文主要采用的是第四种模式，但是在实际使用中，可以在干扰严重区域使用第二种模式，虽然系统载荷降低了一半，但是有效覆盖范围加大50%以上，抗干扰能力大大增强，在强干扰区域仍然能够实现稳定接收。从模式四到模式二，由于采用了不同的调制方式，最小信号接收电平降低了6.4dB，接收载噪比门限降低了7dB，在实际工作中采用模式2可使某个受干扰频道仍然具有使用价值。

2. 覆盖模式的选择

我们在实际建设中必然要面临的典型场景主要有两种：密集城区和农村区域。密集城区人口分布集中，高楼林立，建筑物之间的物理遮挡严重。而农村区域建筑稀疏，人群分散，主要以农田和树林为主。覆盖网建设首先要通过主站或者多个主站单频网模式实现区域覆盖，使整个区域的网络覆盖率达到70%以上，在此基础上对信号盲区和干扰区域进行补点覆盖，有效提升网络覆盖率。信号盲区比较多见于建筑物物理遮挡严重的密集城区，对于大面积的盲区覆盖一般选择城市一个或多个制高点，通过单频网方式实施覆盖。对于最常见的小面积盲区一般采用直放站进行补点覆盖。干扰区域只能采取移频覆盖方式，通过变频技术在干扰区重新选择合适的频率进行发射。

单频网、直放站、移频覆盖方式互补性很强，灵活使用将有效提高网络覆盖率。需要特别强调的是，正确的运用设备非常重要，为了避免同频干扰，发射设备的功率不是越大越好，发射点覆盖范围不是越大越好，而是要严格规划补点区域，根据实际需要，通过大量的测试工作最终选定合适的发射功率。天线的方向、俯仰角度和极化方式也是要根据实际需要反复测试以达到最好的覆盖效果。

2.1 单频网覆盖模式

单频网技术已经广泛的应用在通信领域，技术成熟，可以实现大范围的有效扩展覆盖或者信号盲区覆盖，特别是在城区多向对进组网时，单频网技术是唯一的选择。单频网最大的优点就是节省频率资源，多个单频网发射站采用同一频率资源发射，主要的难点在于各个发射站之间的同步问题，通过调整各发射站的发射功率以及延时，能够有效缩小相干区面积或者让相干区出现在不需要覆盖的位置，通过不断的优化，扩大覆盖的同时降低相干区的面积。当然单频网覆盖方式成本最高，同时对终端接收机的抗多径性能要求较高。

2.2 直放站补点模式

直放站技术更加成熟，与主站使用同样的发射频率，节省频率资源，建设成本最低。但是直放站技术只适用于小面积盲区补点，一旦控制不好，很容易和主站信号形成干扰。一般发射功率在20W以下，覆盖半径在2.5公里以内，物理环境也需要一定的条件配合。直放站主要适用于城市和山区的小范围补点，比较典型的应用场景有以下两种：

上面两种典型的直放站补点模式信号来源均使用的是主站空发信号，因此在规划上和实现上需要注意主站信号和直放站信号的隔离问题，采用多种方式增加隔离度，防止直放站发射机自激，比如利用山体、楼体、金属物体隔离接收，发射天线可以采用网状或者指向性强的接收天线等。当然信号来源如果采用光缆传输或者微波传输模式，就可以完全避免自激现象。直放站补点在实施过程中，发射天线的极化方式一般与主站不同，这样能够有效增加主站信号和直放站信号的隔离度，减小所覆盖区域同频干扰对终端接收的影响，也可以通过调整直放站的延时，避免出现多径现象。

为了解决城区高大建筑造成的覆盖盲区，我们大量使用直放站实施补点，下面举一个实例：

此直放站向西覆盖760厂家属院、755厂家属院、二院家属院、116厂家属院、工人街住宅区、化纺厂家属院等大面积的住宅区，向西覆盖半径1.5公里，覆盖面积约1.2平方公里（如图1）。此直放站是直接接收主站信号作为信号源，为避免自激，利用楼顶水箱隔离接收天线和发射天线（如图2）。同时为了增加与主站信号的隔离度，此直放站发射天线采用垂直极化（主站为水平极化）。覆盖区内部分路测数据如下（主频点）：

2.3 移频选频補点模式

移频技术也是很成熟的技术，通过对射频信号的处理，改变发射频率，在同一个移频发射站我们可以对某一个频率移频发射，也可以对多个频率进行移频发射。由于和主站使用不同的频率，不会对主站信号产生同频干扰，也不用考虑和主站的隔离度问题。移频技术可以实现大面积的覆盖，一般在主站频率受到干扰的区域使用。移频站建设成本高于直放站，并且需要额外的频率资源。

为了解决某区域西南方向的同频干扰问题，我们在该区域东北方向建设了一个移频补点站，对两个受到干扰的频点进行了移频覆盖，该移频站覆盖面积114平方公里，最大纵深13.5KM，下面是实测的数据信息：（主频点）

3. 环境对信号传输的影响

说到盲区覆盖问题，我们就必须考虑到环境对信号传输的影响，并且透彻把握影响的范围和深度，指导我们的实际工作。我们在终端接收时遇到最大的问题就是建筑物和树木对信号传输的影响。首先我们讨论一下城市里最常遇到的建筑物遮挡问题，在城市里我们必须考虑无线电波通过建筑物时的吸收损耗和越过建筑物时的阴影损耗。我们在高大建筑群中的街道上（街道走向与电波传输方向垂直）多点测量，场强约比与发射台同向同距离的空旷地带低20-30dB，信号频率越高衰减越大，在实际测量中发现对于高度100米的建筑，能够摆脱阴影损耗的距离在2.5KM以上。但是在低层板式楼住宅区情况要好很多，在发射台方向，住宅区2KM以内没有高大建筑的情况下，信号仅衰减不到10dB，频率越低衰减越少。其次，在农村地区终端接收遇到的环境问题主要是树木问题，成片的防风林和农民家里房前屋后种植的大树。成片的防风林的吸收损耗非常明显，在防风林集中的区域终端接收场强比同距离的其他区域低3-10dB，即使在冬季落叶以后，这个损耗仍不能忽视。对于200米内高于接收天线，可以阻断视线的茂密植物造成的信号损耗非常大。经过测试也发现极化方式和树木对DTMB信号的阻隔作用基本无关。

由于电磁波的传输受到环境的影响很大，因此在实际覆盖工作中，遇到的问题千差万别，在接收终端看到的情况更是复杂多样，只有不断的实践和总结，我们才能够正确的运用好技术装备，经过不断的技术改造，发挥出设备的最大潜力，把地面无线数字电视覆盖工作做好。

参考文献：

【1】王力.《地面数字电视覆盖典型场景及方案设计》.广播与电视技术，2016（043）006

【2】杨刚.《GB20600-2006单载波和多载波系统性能的比较的研究》DOI：10.7666/d.y1673844