长乐发射台地面数字电视广播系统设计和实施

黄铭峰

（福州董凤山发射台，福建 福州 350007）

0 引言

中央广播电视节目无线数字化覆盖工程计划实现12套中央电视节目的无线数字化覆盖，长乐发射台地面数字电视广播系统拟增加4套省市本地数字电视节目，实施共计16套地面数字电视节目的无线覆盖。地面数字电视广播系统主要包括前端系统、传输链路和地面覆盖网三部分。系统架构如图1所示。

图1 地面数字电视广播系统构架图

前端系统主要由AVS+编码器、复用器、节目监测系统和网管系统组成，对数字电视节目进行AVS+编码复用。传输链路以卫星为主用，地面传输链路互相备份。地面覆盖网络通过安装两套地面数字电视广播发射系统，分别以单频网和多频网的组网方式，在两个标准电视频道中播出清流信号。单频网实现同一业务采用相同的频率在较大区域内进行覆盖；在多频网中，发射机不需要遵守同步发射规则，对本地或者区域性业务的配置更为简易灵活。

1 系统设计

长乐发射台位于福建省长乐区高山，实施建设两张地面数字电视广播发射系统覆盖网及配套系统。单频网使用 DS-41频道，发送 CCTV-1、2、 4、10、12、13、14、15央视8套标清节目；多频网使用DS-14频道，发送 CCTV-7（已改为 17）、9、11、 news（更名为 CGTN）央视 4套标清节目和 FJTV-1、 FJTV-2、FZTV-1、FZTV-3省市本地 4套标清节目。

1.1 节传系统

国家广播电视无线覆盖的主要传输手段为卫星、光缆和数字微波，各有特点：卫星上没有地方电视节目源，且存在日凌影响；高山台站架设光缆成本高，故障节点多，常有人为和自然因素的意外发生，检修时效性偏低；微波通信的特点是视距传输，抗灾能力强，超过视距后需要通过中继转发。本次节传系统设计的核心为实现节目源的两路不同路由传输：央视 12套节目通过 CCTV前端系统由卫星和国干网两路传输，本地 4套节目由广电中心通过光缆和数字微波传输。

（1）主用信源：央视 12套节目以卫星传输链路为主用，由长乐发射台的中星 6A卫星天线接收，通过同轴电缆将信号源经功分器分为两路信号，经 AVS+卫星接收解码器分别输出一路央视 8套节目和一路央视 4套节目。本地 4套节目以广电中心微波链路为主用，通过数字微波传输至长乐发射台，经微波收发信机解调输出4套本地节目传到 AVS+编转码复用器。央视 8套节目TS1（主）直接送往码流切换器1；央视 4套节目送往复用器与本地 4套节目通过 AVS+编转码复用为 TS2（主）送往码流切换器 2。

（2）备用信源：央视12套节目通过国干网传输至省节点，与本地 4套节目在广电中心汇聚后，通过光缆CATV传输至长乐发射台，经有线电视大卡机解调输出 16套电视节目传到核心交换机。央视 8套电视节目通过 AVS+编转码复用器并经单频网适配后输出一路 TS1（备），送往码流切换器 1，另外一路央视4套和本地 4套电视节目通过 AVS+编转码复用器后输出一路 TS2（备），送往码流切换器 2。

1.2 发射系统

TS1（主）与 TS1（备）通过码流智能切换器 1后输出至 41频道发射机，TS2（主）与 TS2（备）通过码流智能切换器 2后输出至 14频道发射机。由于发射塔天线数量的限制，两台 1KW数字电视发射机通过UHF多工器进行功率合成，采用 SD-50-80-3馈线和 UHF四偶极子电视发射天线进行地面数字电视广播发射，实现单频网覆盖和多频网覆盖。系统结构图如图 2所示。

图2 长乐发射台地面数字电视广播发射系统结构图

2 系统项目实施

地面数字电视广播采用 DTMB标准体系，系统视频编码采用 AVS+标准，码率：2.2 Mb/s/套节目；音频编码采用 DRA标准，码率：128 kb/s/套节目。在单频网无线覆盖中，所有的发射机都以相同的码流信号调制，并在相同的时刻以相同的频率进行发射，以保证网络中所有调制器的工作模式保持一致。以央视主用节目源特点，DS-41频道单频网应适配为卫星传输模式，采用多载波模式 C=3780，帧头PN945，交织深度 720，FEC编码效率 0.8，16QAM调制，系统净荷为 19.251 Mb/s。

2.1 长乐发射台前端系统

在长乐发射台，通过中星 6A接收的央视 8套和央视4套节目在 CCTV前端系统已经完成了 AVS+编码复用；通过光缆和数字微波接收的数字电视节目的视频格式为 MPEG-2，音频格式为 MPEG-1。为此，TS2（主）中 4套本地节目（微波链路）的 AVS+编转码 +4套央视节目复用和 TS1/2备路电视节目的 AVS+编转码复用，是台站前端系统实现的关键。

新一代的媒体综合处理平台（简称 EMR）通过插卡式结构和模块化设计，集成了 IP输入输出、编码解码、调制解调、复用、适配等多种功能，可根据数字电视前端的各种需求灵活配置多种功能板卡。EMR平台为 1U设备，机框及主控板自带主控网管接口、 CA接口和4个千兆接口，设备后面板具有 6个无差别功能板卡槽位，可实现个性化定制方案。按系统功能设计，需要用到以下功能板卡：ASI五输入输出卡，提供 5个BNC接口，每个接口可以自定义为输入或者输出接口； AVS+多路编码卡，可以对两路标清数字视音频信号进行编码为相应标准的 TS；单频网适配卡，提供 5个75 ΩBNC接口，包含一路ASI输入和两路 DTMB标准的适配输出，以及GPS 10 MHz和GPS 1PPS信号输入。

数字电视发射机的输入端为异步串行接口（ASI）。我台采用 3台EMR设备来实现节目源 AVS+编转码复用和 ASI输出。 EMR1配备2张AVS+多路编码卡和 1张ASI五输入输出卡，实施 4套本地节目（微波）的 AVS+编转码和 4套央视节目复用（如图 3所示），输出 TS2（主）到码流切换器 2。EMR2配备1张ASI五输入输出卡、 4张AVS+多路编码卡和 1张单频网适配卡，实施光缆央视 8套AVS+编转码复用，单频网适配后输出 TS1（备）到码流切换器 1。 EMR3配备1张ASI五输入输出卡，4张AVS+多路编码卡，实施光缆央视 4套和本地 4套的AVS+编转码复用，输出 TS2（备）到码流切换器 2。

图3 TS2（主）电视节目复用界面

2.2 智能应急切换系统

考虑到系统冗余量，码流切换器配有 6个ASI接口，实现输入节目源 3切1分2输出。同时搭载智能应急切换系统，实时监测主、备、辅三路传输流中的码流故障，出现码流故障可进行码流自动 /手动切换和节目替换等；还可以支持主备两路信号监测与切换，作为二选一切换设备使用。

实践中，在自动切换模式下，当主用播出信号出现异常情况时，码流智能切换系统会自动切换到备路信号；当主用信号恢复正常时，码流智能切换系统会自动切回主用信号。手动切换模式可视情况固定选择播出信源链路，同时码流切换器具备主路断电直通功能作为应急保障。

2.3 地面数字电视无线覆盖

41频道和 14频道发射机经多工器功率整合后，通过天馈线系统发射，建成 8套央视数字节目的单频网无线覆盖和 4套央视 +4套本地电视数字节目的多频网无线覆盖。通过使用 DTMB标准的数字电视机顶盒（2015年后生产的国产电视机内置有支持 DTMB的模块）和外置接收天线，可搜索对应频道免费收看总计 16套标清数字电视节目。

2.4 远程监控系统

构建远程监控系统，在完善地面数字电视广播体系和实现发射台数字化、网络化和智能化建设具有重要的意义。在地面数字电视广播发射系统的重要节点进行数据采集和实时监测，快速获取主要信息，科学开展数据分析，是确保播出质量和覆盖效果不可或缺的手段。

多画面显示监测报警系统如图 4所示，值班人员能够及时清晰的知晓我台广播电视节目的信源和播出情况，在处理问题时能够做到有的放矢。

图4 多画面显示监测报警系统（多频网节目）

3 几点经验分享

在本次成套系统的建设播出中，我们有以下实践经验分享。

（1）发射台周边电磁环境日益复杂，若卫星接收的信号质量不佳，可使用窄带高频头或者在高频头下方加装带通滤波器加以改善。

（2）数字微波的 IP化升级改造。以往数字微波系统已经不能满足广播电视灵活和高质量的要求，IP微波应用自适应编码调制技术、具有接口丰富、高带宽利用率、可靠的端到端业务管理等多方面特点，是一种部署周期短、成本收益高的信息传输手段。我台 8G频段IP微波改造后，提高了主用信号源节传系统稳定性，增加了 IP微波链路的电视节目源辅路备份，同时为广电中心远程监控提供业务支持。随着市区高层建筑的不断耸立，微波天线的选点要谨慎长远的考虑，方向上应适当避开发展中的城区。

（3）有线网络电视节目在乡镇机房接入点的信号质量不佳，作为地面数字电视广播系统的信号源前端，往往需要进行信号放大等处理：一是在广电前端机房增加专业干线放大器；二是在发射台使用无源功分器来优化链路减少损耗，有源功分器底噪太大不推荐使用。

（4）基于 IP化组网的节传系统已经非常成熟，通过EMR设备上自带主千兆卡，即可进行灵活的功能板卡扩展配置或输出。数字电视传输系统使用全 IP组网改造拥有很多优点和特性，可使系统架构简洁明了，网络系统更加灵活、后期业务嵌入更加方便，设备连线大幅减少，系统更加稳定可靠。

4 结束语

长乐发射台地面数字电视广播系统结合了中央和省市地面数字电视节目的特点，设计并实施了两套地面数字电视广播系统的无线覆盖，系统方案适用于将来地方节目地面数字电视的无线覆盖建设。地面数字电视广播系统具有信息传播安全可靠、覆盖面广、频率利用率高、建设维护成本低、抗干扰能力强、支持移动便携接收等特点，系统项目完成以来，稳定优质播出，用户免费收看到 16套中央和省市标清数字电视节目。

随着社会和无线通信技术的迅猛发展，无线频率资源日益紧张，地面数字电视广播在一个模拟电视频道（8 MHz）可以传送几套甚至十几套电视节目，解决了地面电视节目无线覆盖的发展瓶颈，又极大的节省了不可再生的无线频率资源，推动新一轮电视广播、无线通信网络等领域的技术创新，促使信息消费产业升级，推动社会进步和产业发展。