无线数字化覆盖工程单频网中的多径效应干扰分析与消除

栗 遐

（山西广播电视无线管理中心，山西 太原 030001）

0 引 言

无线广播电视发展至今，广播电视发射台已经具有一定的规模。在各种新媒体不断涌现的背景下，随着网络的发展、科技的进步，交互式网络增值业务的不断完善对传统的广播电视和媒体带来了冲击[1]。而通过建设广播电视无线数字化全覆盖工程，可以有效解决这一问题。

1 广播电视无线数字全覆盖工程

广播电视无线数字全覆盖工程是进一步推进广播电视数字化繁荣发展、全面加强广播电视的公共服务能力建设并加快构建广播电视传输覆盖新体系的一项工程，可以推动我国广播电视全面向数字化转变，是建设技术创新、传送快捷、覆盖面广的无线数字广播电视公共服务体系的关键所在。无线数字化全覆盖对广播电视公共服务质量和服务水平的提升有很大帮助，可以使基础公共文化服务向标准化、均等化迈进。

山西省以现有的农村广播电视无线覆盖工程发射台站为基础台站，增加了200多套地面数字电视广播发射系统，每个台站配备两套。对于原来已有普通发射机系统的台站，需对发射机系统进行升级改造。每个台站新增两个地面数字电视频道，同时播出中央12套节目。信号源打包复用成两路码流，采用单频网和多频网并存的形式共同对节目进行传送。一路在其中一个频道播出中央电视台第一、二、四、十、十二、十三、十四、十五的标准清晰度数字节目，另外一路播出中央台中央电视台第七、九、十一、News的标准清晰度数字节目。原来播出中央1套中国之声模拟调频广播的台站还需要安装一套调频数字音频广播（China Digital Radio，CDR）发射系统，运用模数同播的方式，使用与原播出相同的频率播出中央1套中国之声模拟调频广播和乡村、娱乐、老年3套数字音频广播节目。

广播电视数字化覆盖颠覆了传统地面电视广播组网方式，以单频网为组网方式，通过网络拓扑结构延展后可增加覆盖范围[2]。在广播电视无线数字化覆盖工程中，受地面数字电视传输系统环境复杂、多变的影响，多个台站的发射机的多路径信号或者同一发射机的主信号与各种反射信号会分路径传到接收地，从而造成多径效应的干扰。接收机在处理多个信号时，信号间存在的相互干扰会直接影响接收信号的效果，导致不能正常收听、收看节目。因此，解决多径干扰问题是单频网组网的关键。

以一座位于800 m海拔高度的发射台站为例，其承担着移动电视和中央、省台、地方台的信息发射转播任务[3]。工程建设完工后，测试区覆盖效果不太理想，与预期有差距。排查设备质量等问题后调节天线相关参数，依然没有什么改进。对该区域内的部分接收点进行测试，结果如表1所示。

表1 区域内部分接收点的参数测试情况

由表1可知，场强大于60 dBm满足接收要求，场强没有问题。从多径干扰的因素进行考虑，可能是反射波、绕射波造成接收点不能正常接收。

2 保护间隔与多径信号时延差的关系

在地面数字电视中，运用伪噪声（Pseudo—Noise，PN）序列作为保护间隔，只要多径信号的最大延时小于保护间隔，便可以保持子载波间原有的正交性。否则，一个字符的多径分量就会对下一字符产生码间干扰。保护间隔的介入会影响信号整体的传输效率，由于保护间隔中所传输的是接收端并不需要的数据信息，因此保护间隔长度只能占不大于信号周期长度的。无保护间隔的数字信号和有保护间隔的数字信号如图1和图2所示。通过设置保护间隔，可以降低多径信号干扰的概率[4]。

目前，保护间隔常用的的PN序列有PN420、PN595以及PN945。PN序列的帧头长度直接影响单频网中的发射站点在同步发射时，该保护间隔可以起到保护的最大台站之间的距离。

在发射台站间单频网所覆盖的范围内，所有能够接收到多个台站所发射出的射频信号的点的集合就是所谓的覆盖重叠区域。假设A1和A2是发射台站、Q为接收机，它们共同组成一个单频网，如图3所示。其中a、b分别是接收机Q与A1、A2的距离，两个台站间距为d，无线电波的传输速率用c表示。

由于|a-b|＜d，因此两边同时除以速率c可以得到信号到达接收端的时间差（即延时）为：

设保护间隔为T，对Δt与T的关系进行探讨。当Δt＜T，即从A1和A2发出的两路信号到Q的时间差小于保护间隔时，在所覆盖区域范围内，不论接收点Q在哪里，多径信号都将被保护间隔吸收，不造成同频的干扰。接收机在处理接收到的信号时，两个路信号叠加后起到了增益的效果，多径信号是“正向”的增益（不考虑信号强弱的区别），只要接收电平在接收机可以正常接收的范围内，那么接收端就可以正常解码。当Δt＞T时，保护间隔将不能消除干扰。接收机在处理收到的信号时，多径信号的干扰会导致主信号强度衰弱，影响正常接收端解码。

3 多径效应的电平差与同频保护率的关系

接收机能否正常接收信号需要考虑主信号和干扰信号的强度与同频保护率的关系，其中同频保护率是要接收的电视信号和干扰信号两个信号的场强比的最小值，从电平的角度理解就是电平差的最小值。当主要信号与多径干扰信号的比值大于同频保护率时，说明主要信号比多径信号的场强大很多，这时多径信号对于主要信号的影响是非常微弱的，可忽略该干扰。只要符合接收机接受信号的正常电平门限，这种情况可以正常接收信号并正常解码。当主要信号的场强小于多径信号的场强时，干扰具有一定的影响，不能忽略。接收端在处理两个及以上的信号时会因为多径干扰而产生一定的同频干扰，不能很好地接收解码或在解码过程中出现异常，例如黑屏、马赛克、停顿等。回到表1测试数据，由于信号的信噪比较小，即主信号与多径干扰信号的电平差比同频保护频率小，噪声强度已到了保护间隔不能保护的程度，因此产生了干扰。经过动态测试，在距离接收点约1 000 m的部分地区，信号接收不良。检测到两路电磁波场强大小基本相同，两路信号时延差大于保护间隔，产生了干扰。经过分析，两路电磁信号是主波束的散射波或绕射波与主波束在山体上的反射波叠加而成。电磁波主波束打到山上后产生较强的反射波，覆盖范围内的主波束因天线下倾角度的不足场强较小，与反射波相近，两束波形成了多径干扰现象。基于上述分析进行调整，借助对天线下倾角的调节增大覆盖区域内的信号强度，使得电平差大于同频保护率，从而减少干扰[5]。调整后的参数测试情况如表2所示。

表2 调整后的参数测试情况

从测试的数据可看出，干扰现象已经消除，覆盖区域内的各个点的场强实测都小于50 dBm，电平差也有所增加，覆盖区域内信号得到了增强。

4 结 论

在单频网的实践规划中，需要对台站之间的关系进行综合考虑。当多径信号间的时延差小于保护间隔且信号强度在接收机接收电平的正常接收范围内时，接收机可以正常地对所接收到的信号进行解码接收。对于多径信号间的时延差大于保护间隔的情况：当主要信号与多径信号的比值小于同频保护率时，接收机不能对接收到的信号进行正常解码，需通过提高主信号强度来提升电平差才能实现信号的正常接收和解码；当主要信号与多径信号的比值大于同频保护率时，接收机可以对信号进行正常解码。