一种简单实用的地面数字电视广播单频网组网方案

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇一种简单实用的地面数字电视广播单频网组网方案范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

在地面数字电视广播中，逐步采用一种单频网组网技术。那么，何谓单频网，它有什么好处？

单频网（SFN：Single Frequency Network）是由多个不同地点的处于同步状态的无线电发射台，在同一时间、以同一频率发射同一信号，以实现对一定服务区的可靠覆盖。它显然不同于模拟电视时代采用不同频率转播同一节目的多频网方案。

单频网简介

单频网技术有哪些优点？

单频网的第一个优点就是有利于频率规划。在我国空间频谱资源紧张的情况下，可以大大节约宝贵的频率资源，提高频谱利用率。

第二点，由于无线电信号本身的特性，在高楼林立的城市或丘陵山地环境中，无论单个数字电视发射站点的发射功率多大都会有很多信号覆盖不到的区域，这些覆盖不到的区域被称作覆盖盲区或盲点，单频网则可通过多点同频发射的办法来解决覆盖盲区问题，获得较好的覆盖率。

第三，单频网技术还可降低发射机设备的成本；通过优化和调整单频网发射网络（基站数量、分布、发射天线高度、发射功率等），可以使用多个较小功率发射机代替一个大功率发射机，以降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度，也可以根据需要随时改变覆盖意图。

实现单频网的难点是什么？

要实现单频网，在发射端的最大难点是多个发射机的采用相同频率同步播出同一节目。而接收端最大的技术难点是在多个发射站点都覆盖到的交叉覆盖区内，如何能可靠地接收发射信号。在实际应用中，发射端需要通过GPS等时钟信号同步发射时间，保证各发射点数字电视信号的时间、频率与比特严格同步。接收端如果仅收到一个发射站信号，这个信号将十分稳定，是不需要考虑同步问题的。但实际上单频网组网时会出现多个转播基站信号共同覆盖区，用户端接收机接收到不同发射站信号的时间，完全有可能是不同步的（尽管各发射站发射时间是同步的）。单频网广播为了容许较大的时间差，在副载波里的每个“符号”之间加上“保护间隔”，只要不同发射站讯号到达的时间差小于“保护间隔”，便不会构成干扰。这是目前单频网广播得以实现的技术保障之一。

单频网在实际组网中的应用实例和存在的一些问题

困扰各地地面数字电视广播运营商最大的技术问题，是单频网广播的同频干扰问题。我国地面数字电视广播标准为此提出了单频网广播的解决方案，目前采用的主要是各基站利用GPS同步发射时间的方案。

我国香港地区在2008年开展地面数字电视广播（国标DTMB）时，在慈云山、九龙坑山、青山等几个大功率（1000W以上）电视转播站采用单频网技术转播586MHz、602MHz的两个频点的地面数字电视广播节目，另用多频网模式播出另外几套数字电视节目。组网模式为利用GPS同步各基站发射时间。深圳2010年9月开始在梧桐山、大南山、莲花山（东莞深圳交汇处）等几个大功率（1000W以上）电视转播站采用单频网技术转播562MHz、706MHz的两个频点的地面数字电视广播节目。这是国内较大规模采用大功率单频网广播的试点城市，香港在近两年多的单频网广播实践中，不断调整，现在基本保证港内各交叉覆盖地方单频网广播的正常接收。而深圳市在单频网广播开始后，也出现了很多同频干扰问题。由于深圳地势相对平坦，各基站信号交叉覆盖区域较广，同频干扰问题比较多，现正在进行测试和修正。上海等地的单频网广播也是做过多次修正与调整。

现在简单介绍香港、深圳地面数字电视广播单频网组网遇到的一些问题。两地信号基本共同覆盖，我们根据在深圳的测试结果对两地单频网广播作一些分析总结，供读者参考。

图2中间部分为香港三大网交叉覆盖的地方，其他重叠部分为两个差转台信号交叉覆盖的地方。实际上因为发射功率较大，交叉覆盖的地方比图中的示意图还要大得多。香港各基站单频网广播的发射时间需经GPS接收机严格同步，使信号共同覆盖区的接收天线上不同基站的信号尽可能同步到达。在香港境内离发射台5~20公里的地方，有很多地方是会同时收到不同发射台发来的单频网信号的，这些不同发射站到达某接收地点的信号的时间差非常小（20 uS左右），在机顶盒解调的保护间隔内，接收机可以正常解码。这些不同发射站的信号由于频率、时间、比特高度一致，接收机可以认为这是同一个信号，同频干扰被消除了。

但超过20公里的地方如深圳境内，如果能同时接收香港方面不同转播台传来的单频网信号，时间差往往超出保护间隔，就容易出现同频干扰，数据误码率过高，严重时根本无法解码。尽管此时信号场强足够强，但用户就是无法收看单频网的节目。这就是深圳很多可以同时接收香港两个以上电视转播台信号的地方，接收多频网信号正常，而无法接收单频网信号的原因。实际上，在香港很多地区，单频网信号到达用户接收机的时间并不同步，也出现大量同频干扰导致接收失败的案例。香港方面也是进行了反复测试、调整后才保证大部分地区接收单频网信号正常。由于香港属多山地区，山脉的遮挡作用使很多地方仅收到一个基站的信号，大大减轻了同频干扰的影响；如果在较平坦的平原地区，不同发射站单频网广播信号共同覆盖区域要比山区、城市大得多，同频干扰现象将更为严重。

因为对单频网的特殊技术要求，其建设及维护成本亦比多频网相对提高。但单频网有一个非常突出的优势，即节省频率资源。以前香港用近50个大大小小电视差转台，转播老四台的模拟电视节目，其结果是占用了几乎全部的UHF波段的频率，导致现在深港地区UHF波段的频率资源非常紧张。香港取消模拟电视后，如果全部采用单频网组网，无疑将腾出大量的频率用于其他用途。

香港是国内首个真正把单频网方案大规模商用地方，很显然，单频网广播模式能够使全港地区使用相同的频率转播相同的电视节目，节省了大量的频率资源。在大功率转播站的阴影区采用相同频率转播自然没有任何问题，但实际上很多地方是有交叉覆盖的，即一个地方可能收到来自两个或两个以上转播台传来的单频网数字电视广播。根据国标单频网的理论及实际测试，证明在一定范围内，如主站信号和副站信号强度相差10dB以上、或接收点离多个转播台的距离在20公里以内，则不同发射站讯号到达机顶盒的时间差小于“保护间隔”，其干扰是可以被消除的，接收机可以正常解码；而超过以上数值，就不可能正常解码。目前香港数字地面电视的单频网广播在香港地区基本正常，而距离较远的深圳地区，由于地势较平坦，同一接收地点收到香港不同方向传来的单频网直射波或反射波的可能性很大，如两个不同转播台的单频网信号强度差小于10dB，加之与差转台的距离已超过保护间隔，就很难接收好单频网信号。但这已经能满足香港当地采用单频网转播电视节目的初衷了，可以说单频网在香港的运用是成功的，至于深圳地区接收香港信号不正常，主要是因为超出保护间隔。在实践中，我们只要满叉覆盖区域内的成功接收，就可以认为该单频网广播是成功的。

图3为深圳单频网交叉覆盖区域示意图（实际交叉覆盖区域要大得多）。深圳在开播单频网以前，曾在梧桐山电视发射塔用562MHz、706MHz、786MHz播出三个频点的数字电视节目。2010年9月开始在大南山、东莞莲花山利用562MHz、706MHz两个频点进行单频网广播实验。这两个发射站开播后，是解决了不少原来接收不到信号的区域的地面数字电视广播接收问题，但在某些（不是全部）交叉覆盖区内，却出现了原来能接收而现在无法接收的现象，这很显然是同频干扰造成的。

现在深圳、香港地区部分用户单频网同频干扰的解决办法是：1、用户端选用方向性尖锐的多单元八木天线或网状天线；2、更换用户端接收地点，利用建筑物等屏蔽掉其中一方或多方的同频信号，使接收到信号仅剩一个发射台的，信号变得干净，自然就降低了同频干扰的影响。3、降低某个发射站功率，使共同覆盖区域内的不同基站接收信号强度相差10 dB以上。 4、调整发射基站信号时延。其中最后两点是需发射站确定，跟终端用户无关。而香港深圳广电技术部门改变发射参数影响重大，这在实践中比较难以实施。

一种简单实用的单频网组网技术

同频干扰是单频网广播面临的最大问题。传统单频网依靠GPS同步各发射机的发射时间，靠保护间隔保证天线收到的不同信号能同时到达接收机。一旦超过保护间隔允许的距离，两个或以上的同频信号到达接收机时间不同，将导致接收机解码失败。故而靠GPS同步的方式仍有很多不足。实际上，根本不需要在各发射站完全同步，只需要解决各基站同频信号交叉覆盖地区的同步问题即可。故在本方案中，1、只需对各基站同频信号交叉覆盖地区，采用时延调节模块进行相应调整；2、相邻基站采用不同极化方式发射信号。通过对这两种方式的选用或全部采用，基本能保证各基站“同频干扰”现象消失。这是单频网得以实现的一个技术保证，并在一些地区得到成功的商业运用。

这种单频网广播模式，可以省掉各个基站复杂昂贵的GPS时钟同步系统，降低系统复杂性，提高安全性，妥善处理某些交叉覆盖区的同频干扰现象。

前端处理好的数字化信号输入微波宽频带发射机或光发射机（经有线电视光缆）传输，转发基站接收到信号后，将微波天线上的下变频器转为UHF信号，或将有线电视光缆送来的地面数字电视广播UHF波段信号，经滤波后对所有RF射频信号进行适当延时调整后（传统方案中是对不同频道TS流进行延时，相对比较复杂），经小功率发射机作单频网发射，覆盖5~20公里范围用户。

按照中国数字电视地面广播编码标准--GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》所建议的单频网组网模式：“本标准系统也可以采用不依赖于GPS的主从结构方案，全系统自动调节各自相对于主发射机的时延，实现了整个单频网的发送时间同步”，该方案是有权威理论支持的。由于不象传统方式采用昂贵的GPS同步设备，故不需设置保护间隔。 该方案已在内地多个地区单频网广播中得到很好应用，是真正质优价廉的可靠的单频网组网技术方案。其原理图见图5

信号源采用MMDS微波或光缆传输，而不是各接收基站接收开路地面数字电视广播信号后另行转发，是为了保证后面发射基站信号不至于时延过于滞后，难以保证交叉覆盖区接收点同步接收到不同基站信号。一般来说，离前端近的基站设计时时延调整多些。距离前端远的基站时延调整少些，则比较容易平衡。

通过在多个单频网交叉覆盖区测试数据，调整补点基站的不同时延，可保证在交叉覆盖区的信号能基本同步到达接收机，接收机即可正常接收解码，消除同频干扰的影响。

如图6所示，在2个交叉覆盖区内（可事先估算出位置），用一条直线画出2交叉覆盖区域中同频干扰最严重的地方，到该地实测确定后，对2个转播基站中的一个进行时延调整，一般在5~20 uS 之间。经过这样的调整，相邻发射基站的发射时间不一定严格同步，但只要保证在交叉覆盖区中心点收到的两个不同基站的信号能同时到达接收机，同频干扰现象就会消失。测试时可以采用仪器与机顶盒接收相结合的办法进行。一般通过几次调整，就可以解决问题，以后也基本不需要再调试。

如有多个基站信号交叉覆盖区，相邻的基站可以采用不同的极化方式（水平或垂直），这样能最大限度降低同频干扰的影响。因为用户主要是固定接收，只要采用相同的天线架设方式即可，不会影响其日常收看电视。在一些农村地区，有时仅需采用不同极化方式安装转发基站，不需调整基站发射时延也可以保证交叉覆盖区的良好接收效果。

另外，采用定向发射或降低某个相邻基站的发射功率等办法，也可以进一步降低同频干扰。

小结

综上所述，这是一种简单实用的地面数字电视广播单频网组网方案，并在一些地方得到成功采用。比起现行的GPS同步各基站发射时间的单频网组网方案，无疑前者更简单廉价实用。只要能满足运营商及用户需求，哪怕这种方法不完全符合传统单频网概念，也可以认为是成功的。毕竟，“不管白猫黑猫，抓到老鼠就是好猫”。■