昌吉州地面电视前端系统建设浅析

中国地面传输数字电视国家标准(《GB20600-2006数字电视地面广播传输系统帧结构、信通编码和调制》，以下简称DTTB国标或DTMB)自2006年8月公布以来，已在国内许多城市开始试验播出。本文通过昌吉州地面数字电视网络搭建的实例，对基于DTTB国标、支持移动接收的数字电视解决方案进行了相关探讨。

方案探讨

昌吉回族自治州地面无线数字电视系统的目标为：采用DTTB国标进行数字电视地面广播，覆盖半径约60公里，在乌鲁木齐市及昌吉州实现数字电视节目(在时速50～60公里条件下)的移动接收。

1．组网模式选择

目前地面数字电视常用的组网模式为：单频网SFN、多频网MFN以及混合网三种模式。其中，SFN通过采用同步技术，可使不同地点的多部发射机同步发射相同内容的数字电视信号、且工作在同一频率。SFN可防止数字电视信号在某些特定方向上的阻挡和衰减，有效提高频谱利用率，因此昌吉最终决定选择SFN。

2．视频压缩标准选择

目前，视频压缩常用标准包括MPEG-2、H.264、MPEG-2及AVS。由于地面数字电视广播在移动状态下接收条件较差、有效带宽较小，在保证较好覆盖的情况下，采用MPEG-2压缩方式传输的节目数量较少；H.264、AVS虽可达到较高压缩率，但目前市场中的主流机顶盒，一般只支持MPEG-2和H.264两种编码方式，且后者成本较高。综合考虑各种因素后，昌吉决定在业务启动初期先采用MPEG-2标准。

3．工模式选择

地面数字电视传输国家标准的工作模式达330种，根据2007年的试验结果，广电总局给出了7种推荐模式，如表1。

4．设计调试

昌吉州在实施地面数字电视项目时，总局尚未上述7种工作模式。依据当地情况，经反复测试，昌吉最终决定采用16Mbps左右的总码率。从目前的接收效果看，在时速180公里的汽车上能收看到清晰、稳定的电视信号。

为了实现最佳的接收效果，在项目实施之前，昌吉就覆盖半径、地理环境、传输码率、接收方式进行了多次探讨。在平衡各方面因素，保证项目顺利开展的前提下，施工时逐步由低到高调整技术参数，最终达到并超出了预计的效果。

覆盖半径：要想覆盖更大的范围，信号的可靠性就必须提高，采用QPSK或16QAM是比较好选择，但是其码率没有64QAM高。因此，选择合适的发射点，使发射机半径覆盖更多的用户就成为网络建设的关键点。在发射天线的处理上，可根据用户分布情况，进行不对称设计，通过安装增强瓦的方式提升定向发射的效果。

地理环境：高楼林立的城市环境，会产生电磁波的衍射、折射，使信号叠加或抵消造成空间场强分布不均匀，从而产生接收盲点。与北京、上海等大都市相比，地域广阔、邻近戈壁沙漠的昌吉州在地理环境上有着得天独厚的优势：由于蜿蜒的天山北麓山脉的汇聚作用，甚至远在200公里以外的某个乡村也能接收到昌吉的地面数字电视信号。

传输码率：进行地面信号传输时，在同样的调制方式下，其有效码率应略低于有线电视，以更好应对移动状态和复杂的空间环境。高速行驶时，多普勒效应中的红移和紫移现象也应适当加以考虑。但由于不同地区电磁波的折射、衍射效果完全不同，地面数字电视的信号强度可能出现大范围变化，导致经过不同街区时，显示屏出现马赛克、黑屏等现象

接收方式：固定及移动接收是地面数字电视主要的两种接收方式。普通居民一般采用在屋顶安装鱼骨天线的方式进行固定接收，天线高度为3～4米以上时，可产生3～10dB的增益，信号较强且稳定。而小型汽车上的拉杆天线距地面高度只有1米左右，由于天线增益变化较大(甚至偶然出现负增益)，导致其接收信号质量较差且经常变化。因此，在前端发射时，主要应考虑满足移动接收的需求。如果车辆在若干典型地段行驶时，能够达到较满意的接收效果，固定接收就不会出现问题。

系统方案

根据昌吉的实际情况，地面数字电视网络的建设采用了分步实现的方式：初期，采用MPEG-2传输6套电视节目，每套码率2.5Mbps～3Mbps，以达到迅速推广应用的目的；系统运营发展成熟后，采用H.264编码器将信号重新编码为2Mbps以下的TS流，将传输的节目数量提升到8套。

另外，在网络建设初期先采用1个发射点，计划根据实际运营及覆盖情况逐步发展为多个发射点同频发射，由于初期不需要在单频网中使用传输、适配、同步等设备，也可减少初期的投入风险。(见图1)

地面数字电视系统主要由前端及发射系统组成：

前端系统：主要完成节目的卫星接收、视音频编码、播出控制、码流复用、单频网适配等任务。

主要设备及软件包括：卫星接收机、视音频编码器、复用器、CAS系统、SI-EPG系统、SMS系统。

发射系统：主要任务为将输入的码流进行同步调制、变频、放大、滤波、信号合成、通过馈线传输到天线进行传输；组建单频网，以实现复杂地形条件下的地面数字电视覆盖。

发射网络由传输网络与发射台组成，发射台包括调制器(包含单频网适配器)、发射机及一个同步钟源(一般采用GPS)。

网络初步搭建完成后，昌吉接下来还需要开展两方面的工作：首先是增加同频发射点，增加覆盖范围；其次是改善覆盖效果。