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摘要：本文介紹地面數字電視單頻網存在優勢，詳細分析地面數字電視單頻網組網原理、組網結構，并對地面數字電視單頻網的網絡調整優化做出一些闡述,為地面數字電視單頻網的建設應用提供一些參考。

關鍵詞：SFN；組網原理；組網結構；網絡優化

1地面數字電視單頻網簡介

地面數字電視單頻網（SFN：SingleFrequencyNetwork）技術是指在不同地點相鄰的多臺發射機以相同的發射頻率工作，并在相同的時刻播出相同碼流的工作方式，從而構成數字電視廣播在較大區域內的無線覆蓋網絡。地面數字電視單頻網與傳統模擬電視的多頻網（MFN:Multi-FrequencyNetwork）相比有以下有優勢：（1）地面數字電視單頻網克服了傳統模擬無線電視的傳輸缺陷，抗干擾能力強，接收畫質清晰度高，音頻效果好，安全可靠性高。（2）地面數字電視單頻網信道傳輸能力強，頻道利用率高。一個標準PAL頻道（8M）可傳輸多達8~10套標清數字電視節目。（3）地面數字單頻網組網降低發射機設備的成本；通過優化和調整單頻網發射網絡（基站數量、分布、發射天線高度、發射功率等），使用多個較小功率發射機代替一個超大功率發射機。降低信號輻射、減少電磁波污染、增強覆蓋均勻度。（4）地面數字電視單頻網業務開展靈活，覆蓋效率高。地面數字電視單頻網是完善農村廣播電視公共服務覆蓋體系，加強城市高密度覆蓋，全面實現數字電視無線覆蓋的理想方案。

2地面數字電視單頻網組網結構原理

在地面數字電視單頻網中，傳送的節目信號首先經過編碼復用形成原始的TS流，接著送入到單頻網適配器中進行適配，在適配器中，引入GPS信號完成碼率適配和秒幀初始化插入形成包含秒幀的初始化包（SIP）的TS碼流，通過各種傳輸分配網絡傳送打包好的TS碼流信號，傳送至各個發射機房的發射機適配器，再經發射機的適配器、調制激勵器進行時鐘同步處理、信道編碼、調制輸出放大后進行信號發射。數字單頻網的結構原理如圖1所示。在地面數字電視單頻網構建過程中，需要依靠GPS來完成網絡發射頻率和TS碼流的同步。GPS信號主要包括時鐘10MHz和秒脈沖1PPS信號，單頻網適配器借助10MHz時鐘調整TS碼流速率，又借助1PPS這一時間基準信號，周期性地向TS碼流插入秒幀初始化包SIP（圖2）。接收設備的時間同步處理單元根據傳送碼流中SIP，解析出TS碼流的時延信息，結合發射站點的本地的1PPS信號同步TS碼流信號后調制發射，以便達到不同站點同步發射信號的目的。

3地面數字單頻網組成部分

地面數字電視單頻網主要有前端節目信號集成平臺、節目信號傳送分配網絡、基站無線發射系統、系統監測保障、用戶接收等5個部分組成。

3.1節目信號集成前端部分

地面數字電視單頻網節目信號集成系統主要根據地面數字電視廣播特點將節目信號源進行編碼、復用處理，碼流輸出至單頻網適配器，同時在單頻網適配器中插入用于同步的GPS等信息，最終形成可分配的單頻網節目信號傳送碼流。前端信號集成平臺一般放在中央、省級有線電視播控總機房，采集節目內容主要是中央臺、省級臺上星節目。根據單頻網組網頻點、傳送節目碼流的壓縮方式，合理地選擇組合傳送節目套數，一般一個頻點能傳送8~10套標清節目。節目信號集成平臺一般采用主備兩路信號，提高傳送節目的安全可靠性。節目信號集成平臺如圖3所示。

3.2節目信號傳輸分配網絡部分

為保證分配到不同站點的用于發射的TS碼流信號完全相同，必須要求數字電視單頻網節目分配網絡透明傳輸。根據網絡傳輸媒介不同，數字電視單頻網節目分配傳輸網絡主要有光纖直傳傳輸、SDH干線網絡傳輸、加擾衛星傳送、微波傳送等4種基本形式（圖4、5、6、7）。4種傳輸分配方式各有特點，隨著光纖網絡的普及，SDH網絡的日趨完善，目前信號傳輸分配網絡大多采用SDH+光纖直傳的分配方式，既經濟且傳輸質量和安全可靠性又高。衛星、微波信號分配傳送雖易施工操作，傳輸質量不錯，但由于是空間信號傳送，易受天氣等其它因素干擾，安全可靠性有待提升。在地面數字電視單頻網的建設過程中，應該在充分考慮建設成本、運營維護成本、安全保障成本等因素的基礎上，根據實際條件，選擇適合本地區的單頻網傳輸分配網絡。

3.3無線發射系統部分

來自單頻網節目傳輸分配網絡，包含秒幀初始化包的TS流經各發射臺的激勵器（調制器）進行時鐘同步處理，再完成信道編碼上變成射頻信號進行發射。根據基站單頻網覆蓋場域面積的要求，設計合理的覆蓋方案，調整發射機的輸出功率、發射天線的增益和方位等參數。激勵器的時間同步調整，主要調節激勵器的發射時延，根據接收到的MPEGTS中的SIP包分析時間信息，可以計算出由主站信號到該發射臺的碼流傳輸時間，由此時間各發射臺可以調整各自的時延，從而達到一起發送信號的目的。在地面數字電視單頻網的構建過程中，需要依賴全球定位系統GPS來完成各個發射點信號的同步，也可以由其他時間同步系統提供同步時鐘。

3.4系統監測保障部分

地面數字單頻網監測保障系統主要包括：提供系統設備實時監控和報警，通過遠程可以實時查詢設備的工作狀態，設備工作狀態發生異常情況時，給出報警信號，遠程可以控制處理；單頻網各基站覆蓋片區的信號實時監測與分析；所有覆蓋片區站點的監測數據采集匯總，建立準確完善的基站覆蓋數據庫，以便統一調度、管理，安全可靠的傳送地面數字電視單頻網信號。

3.5用戶接收部分

在地面數字電視廣播系統中，室內情況下，一般接收終端正常要求的信號接收場強為：　接收場強Pr=接收門限電平+穿透衰減-接收天線增益假如選擇C=3780，16QAM/0.4，幀頭為PN945情況下，對于傳輸中等碼率的信號，理論上接收門限電平為-92dBm。對于無線射頻信號，根據經驗值，穿透一層木板，接收信號將衰減約4dB，經過一堵磚墻，接收信號將衰減8~15dB，經過鋼筋混凝土墻，則至少衰減15~30dB；對于室內衰減，假設為15dB。對于一般電視接收天線，其接收增益可設有6dB，這樣到達接收點室外的信號場強需要保證有：Pr＞-92dBm+15dB-6dB=-83dBm=25dBμV即對室外覆蓋區域場接收場強達到25dBμV以上，室內便能良好接收電視信號，滿足覆蓋要求。

4地面數字單頻網應用優化

地面數字電視單頻網建設應用，不僅包含區域內各基層站點的合理分布、建站距離遠近、發射功率大小、發射接收方式的選擇等，還包含相鄰站點重疊覆蓋區域（相干區）的調整優化。

4.1“相干區“簡介

在地面數字電視單頻網覆蓋重疊區，當來自不同發射機的信號強度相差一定的量級時，可以忽略弱信號的存在。接收機只識別和接收強信號，不產生信號間的相互干擾。當來自不同發射機的信號強度相差小于一定的量級時，不可忽略弱信號的存在。接收機要同時處理兩個或兩個以上的信號，這一覆蓋區域被稱為“相干區”，如圖8所示。

4.2“相干區”的調整優化

地面數字電視單頻網的“相干區”可能產生信號間的相互干擾，影響用戶的正常接收。怎樣保證來自不同發射站的電波同時到達“相干區”的中點0dB接收場強差，主要要做好以下兩方面。一方面是通過合理的設計和天線調整，控制好覆蓋場形。合理的設計包括對覆蓋場區的了解、站點的選擇、發射功率的確定、天線的配置、場形的控制等。另一方面是激勵器在實現網絡系統時間同步的基礎上，還具有獨立時延調整功能。獨立時延調整是根據實際測試結果在激勵器上人工設置。獨立時延調整就是獨立調整時延參數，使之與空間參數在相干區內相互匹配（俗稱“二次同步”）。如圖9所示，已知電波的傳播速度為0.3km/us，要想使1#站和中心站的電波同時到達0dB場強點，1#站的激勵器需額外延時（13-10）/0.3=10μs；要想使2#站和中心站的電波同時到達0dB場強點，2#站的激勵器需額外延時（20-14）/0.3=20μs。

5結束語

地面數字電視單頻網工程的建設、推廣和普及，極大推動了地面數字電視的發展，豐富了數字電視信號的覆蓋手段，提升了人民群眾的文化生活水平，是一項普及廣播電視、造福人民群眾的文化建設工程。

作者:伍得兵 單位:金湖縣廣播電視臺

參考文獻:

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[2]肖斌,張義林.數字單頻網的設計與實踐[J].廣電設備與技術,2012(3)