地面數(shù)字電視廣播工程實(shí)踐 分享收獲

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地面數(shù)字電視廣播工程實(shí)踐(1)

  數(shù)字電視是電視技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。一些國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始從模擬電視轉(zhuǎn)向數(shù)字電視廣播，并將逐步停止播出模擬電視節(jié)目。美國(guó)已經(jīng)在多個(gè)電視臺(tái)進(jìn)行了高清晰度電視地面廣播；英國(guó)已經(jīng)在多個(gè)地區(qū)開(kāi)展了無(wú)線數(shù)字電視廣播業(yè)務(wù)；在德國(guó)柏林，部分無(wú)線模擬電視頻道已經(jīng)關(guān)閉并轉(zhuǎn)向數(shù)字播出。在我國(guó)，目前已經(jīng)有10多個(gè)省市在進(jìn)行地面數(shù)字電視廣播的播出試驗(yàn)。長(zhǎng)沙廣電集團(tuán)2003年開(kāi)始立項(xiàng)進(jìn)行數(shù)字移動(dòng)電視試驗(yàn)，兩年來(lái)我們不斷探索，有了一些收獲，在此與同行進(jìn)行探討。

發(fā)射天線

  發(fā)射天線的作用是向空間輻射電磁波，電磁波由交變的電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。為了方便分析，工程上通常規(guī)定：用電場(chǎng)的方向表示天線極化方向。一般使用的天線都是單極化的。附圖給出了兩種基本線極化天線的極化情況：垂直極化和水平極化。

  在傳統(tǒng)的模擬電視無(wú)線覆蓋中，考慮無(wú)線電波的視距(無(wú)遮擋)傳播方式，天線采用高塔(高山)懸掛。由于水平極化天線具有良好的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)強(qiáng)分布，在同樣的發(fā)射功率下可以覆蓋更大的范圍，所以發(fā)射天線基本上都是水平極化天線。但是，水平極化天線的近區(qū)場(chǎng)強(qiáng)分布劣于垂直極化，特別是在潮濕、多水、多樹(shù)林等環(huán)境條件下，由于水平極化天線極化偏轉(zhuǎn)的原因，垂直極化天線的近地接收效果優(yōu)勢(shì)明顯；另外，由于垂直極化接收天線很容易實(shí)現(xiàn)水平面內(nèi)360°接收，因此在移動(dòng)接收時(shí)垂直極化的天線更合適。清華大學(xué)數(shù)字電視技術(shù)研究中心技術(shù)人員的實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果也表明，在發(fā)射天線采用垂直極化、接收天線也采用垂直極化天線時(shí)，移動(dòng)接收效果明顯優(yōu)于其它組合方式。建議各電視發(fā)射臺(tái)在安裝新的用于移動(dòng)接收的天線時(shí)，盡可能優(yōu)先考慮采用垂直極化。這樣在接收機(jī)端可以采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鞭狀車載吸盤天線，其好處是，除了可以解決雨雪天氣下接收性能惡化的問(wèn)題，還便于車載安裝，降低接收端的造價(jià)等。

天線選址

  目前，大部分電視發(fā)射天線的位置的選址有兩種情況：高山低發(fā)射塔和平地(樓房)高發(fā)射塔。在長(zhǎng)沙市的場(chǎng)地實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)天線選址非常重要。對(duì)于UHF頻段內(nèi)的無(wú)線傳輸，雨衰不是傳輸損耗中最重要的部分，當(dāng)發(fā)射天線采用水平極化時(shí)，在春夏暴雨季節(jié)，部分離發(fā)射塔很近、平常接收效果很好的地點(diǎn)其接收效果顯著變壞，而場(chǎng)強(qiáng)較天晴時(shí)還略有增加。通過(guò)對(duì)接收到的無(wú)線信號(hào)進(jìn)行測(cè)試分析，可以看到在雨天多徑情況明顯惡化。造成這種情況的原因，我們認(rèn)為與發(fā)射天線的位置有關(guān)。長(zhǎng)沙市廣播電視發(fā)射塔位于岳麓山(295m)上海拔270m的地方，塔高88m，移動(dòng)電視發(fā)射天線中心位于離塔基70m的位置，屬典型的高山低塔。春夏兩季，岳麓山上闊葉林茂盛；而在雨雪天，由于山體的含水量發(fā)生變化，使得天線和大地之間的介電常數(shù)發(fā)生變化，電磁波的傳輸特性也隨之發(fā)生改變；加上闊葉林葉面附水后的鏡面反射等因素的影響。雖然采用垂直極化可以改善這一狀況，但是不可能從根本上解決這一問(wèn)題。建議在南方多雨水的城市，在進(jìn)行地面數(shù)字電視天線選址時(shí)盡可能避免高山低發(fā)射塔，而優(yōu)先考慮高塔的模式。

  由于傳統(tǒng)模擬電視考慮的是大范圍覆蓋，而移動(dòng)電視現(xiàn)階段主要考慮的是城域覆蓋，所以在移動(dòng)電視發(fā)射天線的選擇上，重點(diǎn)要根據(jù)具體服務(wù)區(qū)的地形地貌特點(diǎn)，以均勻覆蓋為目的。天線位置不一定要求非常高，天線的高增益也不是重點(diǎn)追求的目標(biāo)。一般以選擇不超過(guò)4層左右的偶極板天線為宜。

發(fā)射頻率

  目前各地開(kāi)展地面數(shù)字電視實(shí)驗(yàn)，一般在工作頻率上選擇范圍不大。但就地面數(shù)字電視這項(xiàng)技術(shù)而言，對(duì)工作頻率還是有一定要求的。首先，現(xiàn)在地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)一般都采用LDMOS功放模塊，為了獲得較大的線性動(dòng)態(tài)范圍，基本都選擇其工作頻率在UHF頻段內(nèi)。其二，目前數(shù)字電視信道解調(diào)的FFT都依賴速度有限的芯片完成，它的處理能力是有限的，對(duì)多徑信號(hào)的時(shí)延越短，處理愈快；而對(duì)于速度相同的移動(dòng)接收而言，頻率愈低，多普勒頻移越小，因此工作頻率相對(duì)低一些對(duì)高速移動(dòng)接收是有利的。其三，水、濕地、樹(shù)林等對(duì)無(wú)線數(shù)字信號(hào)的吸收，隨著頻率的增高而增大。其四，目前UHF頻段的低端，電磁干擾嚴(yán)重。根據(jù)國(guó)外有關(guān)專家的意見(jiàn)，開(kāi)展以移動(dòng)接收為主要業(yè)務(wù)的地面數(shù)字電視廣播，其工作頻率一般選擇在550～700MHz之間較為適宜。特別是在水、濕地、樹(shù)林偏多的地區(qū)，開(kāi)展數(shù)字移動(dòng)電視廣播以工作頻率偏低端為宜。



單頻網(wǎng)與多頻網(wǎng)

  單頻網(wǎng)(SFN)是指同一區(qū)域內(nèi)的若干個(gè)發(fā)射臺(tái)同時(shí)在同一個(gè)頻段上發(fā)射同樣的無(wú)線信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)一定服務(wù)區(qū)域的可靠覆蓋。在傳統(tǒng)的模擬電視中，相鄰發(fā)射臺(tái)需要使用不同的頻率播放節(jié)目以避免相互干擾(差轉(zhuǎn))，在一定距離以外才能進(jìn)行頻率重用，即多頻網(wǎng)(MFN)方式。在MFN方式下，一套模擬電視電視節(jié)目要覆蓋較大區(qū)域，就必須占用幾個(gè)頻道的帶寬，消耗了大量的頻譜資源。在電視廣播中引入單頻網(wǎng)的概念，是電視技術(shù)數(shù)字化帶來(lái)的結(jié)果，采用數(shù)字調(diào)制和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，使單頻網(wǎng)的應(yīng)用成為可能。

  相對(duì)于傳統(tǒng)的多頻網(wǎng)，單頻網(wǎng)帶來(lái)的最直接的一個(gè)好處是頻譜效率提高。由于同頻率使用，在同一服務(wù)區(qū)一個(gè)頻道上采用數(shù)字電視技術(shù)可傳送多套電視節(jié)目，可以節(jié)省大量的頻率資源，多個(gè)發(fā)射臺(tái)同時(shí)工作所帶來(lái)的分集效果，也使得接收的可靠性大大增強(qiáng)，從而獲得更好的節(jié)目覆蓋率。此外，通過(guò)對(duì)發(fā)射網(wǎng)絡(luò)(如發(fā)射機(jī)的數(shù)量、分布、單個(gè)發(fā)射機(jī)的天線高度、發(fā)射功率等)的調(diào)整和優(yōu)化，還可以降低總的功耗，減輕對(duì)附近其它網(wǎng)絡(luò)的干擾，甚至可以根據(jù)需要方便靈活地改變覆蓋區(qū)域的分布。

  長(zhǎng)沙地面數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)覆蓋目前采用的就是單頻網(wǎng)形式，該網(wǎng)絡(luò)由3臺(tái)工作在同一頻道的德國(guó)RS公司生產(chǎn)的發(fā)射機(jī)組成，主發(fā)射機(jī)位于長(zhǎng)沙市岳麓山，發(fā)射功率為1.3kW；2個(gè)子發(fā)射點(diǎn)分別位于長(zhǎng)沙市南邊和東北面，發(fā)射功率均為400W。目前，在長(zhǎng)沙市區(qū)覆蓋率在96%以上。在調(diào)試過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)：如果按照各基站嚴(yán)格同步的方式(同一時(shí)刻發(fā)射同一碼元)，當(dāng)增加發(fā)射機(jī)后，雖然可以改善輔助發(fā)射機(jī)附近的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋，改善接收效果，但是通過(guò)大面積測(cè)試發(fā)現(xiàn)，輔助發(fā)射的引入帶來(lái)了新的問(wèn)題：輔助發(fā)射機(jī)與相鄰發(fā)射機(jī)的信號(hào)在中心交界區(qū)有影響；理論上，每引入一個(gè)單頻網(wǎng)發(fā)射點(diǎn)，就等效于對(duì)原來(lái)的發(fā)射機(jī)引入一個(gè)多徑，必須采用改變各基站發(fā)射機(jī)同步時(shí)刻來(lái)優(yōu)化。因此對(duì)于覆蓋半徑要求不大的地區(qū)，或者在市區(qū)地形不是非常復(fù)雜的城市，如果能用一個(gè)發(fā)射機(jī)完成覆蓋，盡可能采用適當(dāng)功率的單點(diǎn)覆蓋，個(gè)別盲區(qū)則采用同頻轉(zhuǎn)發(fā)器(Gap Filler)加高指向性天線來(lái)完善。單頻網(wǎng)從某種意義上講是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境特別惡劣的覆蓋或者超大范圍覆蓋而采取的一種辦法，技術(shù)上也還有待進(jìn)一步完善，并不非常適合中小范圍內(nèi)覆蓋。

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