刘玉成

【摘要】随着数字电视技术的日趋成熟，数字电视广播在全国范围内得到了快速推广和普及应用。为了缓解数字电视广播快速增长导致的频谱资源紧张，需要优化组网技术提升频谱资源利用率。单频网组网技术凭借其超强的信号覆盖质量和较高的频谱资源利用率，成为现阶段地面数字电视的主要组网方式。鉴于此，本文对地面数字单频网组网技术进行研究。

【关键词】数字电视;单频网;组网技术

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.23.001

现代技术快速发展的背景下，数字电视广播技术获得了广阔的发展空间，凭借其强大的广播电视节目内容和优越的抗干扰能力，逐渐取代了传统模拟信号电视，成为现阶段电视广播发展的重要方式。数字电视广播技术可以分为卫星数字电视广播系统和地面数字广播系统。其中地面数字广播系统可以有效利用原有的电视频道，通过先进的组网技术有效抵抗信道干扰，提升传输质量和覆盖范围。数字电视组网方式决定了广播电视的服务质量，在现行的组网方式中，单频网组网技术应用最为广泛。地面数字电视单频网组网技术，主要涉及单频网规划、单频网组网模式、覆盖重叠区域接收性能以及单频网节目分配等。加快了我国广播电视数字化发展。

1. 单频网组网技术实现原理

传统模拟电视信号在传输和接收电视信号的过程中容易产生信号干扰，发射台在使用不同频率播放节目信号时，需要间隔一定距离，占用了大量的频谱资源。地面数字广播电视是通过地面广播电视网络传输数字信号，实现数字广播电视的全网络覆盖。地面数字广播电视是传统模拟电视技术的全面革新，数字电视网络主要包括：电视节目集成系统、数字信号传输系统以及数字信号接收系统，通过先进的数字化技术，有效提升广播电视的节目质量和服务效率。地面数字电视的组网方式主要可以分为多频网和单频网两种方式。单频网可以有效利用原有的模拟电视网络，通过设置多个发射机，通过同时、同步传输的方式组建地面数字电视广播网络。单频网组网技术主要由信源前端、传输系统，发射系统、接收系统以及监控系统组成。地面数字电视单频网组网技术中采用多个发射机发生数字信号，这些信号内容统一，并且发送时间和频率保持一致，实现数字电视信号的广域覆盖。

1.1 频率同步

地面数字电视单频网组网技术中的频率同步，要求地面数字电视网中的各个接收机可以接收频率偏差不超过1Hz的数字电视广播信号。这就要求发射机必须有较高的发射精度和稳定度，能够持续输出频率相同的数字电视信号。发射机中振荡器拥有统一的参考振荡源，工作频率需要保持一致，确保发射信号用哟足够的精度。

1.2 时间同步

地面数字电视单频网组网技术中的时间同步，要求发射机发出的信号与接收机接收的信号时延保持同步，同一个信号帧可以在相同的时刻发送至各个接收机中。在地面数字电视网中不同的发射机发送信号所产生的时延，远远小于系统可以抵抗的时延最大值，因此，对发射机发送频率的时间精度要求并不高。在实际应用过程中，通过调整发射时间偏移量，实现对地面数字电视网的调整，确保信号时延在±1μs内。

1.3 比特同步

地面数字电视单频网组网技术中比特同步，包括不同发射机或者同一发射机在某一时刻发送相同的信号帧。地面数字电视覆盖范围内的射频信号分布较广，为了能够确保发射机发送一致的信号帧，需要确保各个激励器的码流逐比特对应相同，各个激励器对输入码流的分组相同，使得对一个信号帧调制的数据逐比特对应相同。根据GB20600-2006規定在调制每个信号帧的数据中，第一个比特处扰码器复位，以达到各个激励器中随机化过程同步。

2. 地面数字电视广播单频网应用

单频网组网技术相较于传统模拟信号电视广播技术而言，有效节约频谱资源，地面数字电视具有较强的抗干扰能力，可以实现了相邻频道内的射频调制信号传输，提高无线频谱利用率，增加了电视节目的传播数量。采用多点同步发射的方式，可以解决数字信号的盲区覆盖问题，降低数字电视信号发射成本。通过使用单频网组网技术，接收机可以接收来自不同方位的射频调制信号，同时也可以接收多路折射信号，降低接收点的场强，提升功率效率。地面数字电视广播单频网组网技术可以有效扩大网络覆盖面积，同时，可以根据实际情况增加发射站点，灵活调整射频调制信号的覆盖范围。

地面数字电视单频网由一个主站和若干分站组成地面数字电视覆盖网络。主站先将数字电视节目信号传输到包含时间频率基准信息和系统信息的数据包中，然后，通过网络适配器发送至分站的接收器中，按照统一的时间频率标准进行同步适配处理，完成码流同步。单频网系统基本结构如图1所示：

主站单频网适配器输入的码流，在微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）控制下组成巨帧，并且把时标信息和系统调制参数组成的巨帧初始化包插入码流中，根据地面数字电视系统的参数对码流进行匹配处理，具体通过插入空包的方式调整至调制器工作所需要的输入码率，然后将码流通过发送完了适配器精分布网络传输至地面数字电视覆盖网络的各个分站中。在地面数字广播电视网络系统中由于分站与主站的距离存在较大差异，码流接收时间并不统一，因此，在同步部分将码流包中的巨帧初始化包提取出来，考虑到激励器对码流进行编码调制的处理时延的一致性原则，需要根据其中的时标信息对各种的码流进行相应的延迟处理，然后经过变频后同时发射相同的信息码流，实现时间同步。

地面数字广播电视技术作为电视广播领域的一种全新技术，由于其独有简单接收和移动接收的能力，能够满足现代信息化社会发展的基本需求。地面数字电视单频网组网中相邻的发射机发射间隔较大，最大路径差可以达到6～9公里，人工多径扩散值较大，在一些区域内扩散强度与主信号相当，会产生一定的干扰，因此，需要采取人为多径扩散方式。人工延迟取决于两个发射机之间的距离，当发射机之间的距离为100km时，人工延迟为330μs。由此可见，地面数字电视覆盖网的范围与发射机之间的距离有直接关系，如果发射机之间距离过大，人工延迟和最大多径扩散就会增加，一旦超过保护间隔就会影响地面数字电视的服务质量。

地面数字电视广播单频网的前端系统，主要负责将电视广播信号转换成可供传输的数字编码，然后通过复用器合成单一的输出信号。传输和分配系统接收数字电视码流然后再将其调制成稳定、可靠的高频数字信号，并进一步传输到各个发射系统中。发射机接收射频调制信号然后进行同步调制、放大以及滤波等处理，是现地面发射。接收终端将对这些射频调制信号进行解调得到数字电视码流，经过复用、结合等处理，实现用户端的数字电视播放。

地面數字电视广播单频网组网过程中，需要结合发射机周围的频谱环境对射频调制信号频率进行优化选择。通过计算选择电磁频率环境相对干净频道开展业务，地面数字电视广播频率规划不能干扰原有的业务，并且要求规划的方案和原有的电视业务相兼容，一旦发生冲突，需进行统一协调处理。根据指配数字台站的电磁环境，计算模拟台站在制品数字台站的有害场，并分析模拟台站的业务覆盖范围内的干扰情况，进行分析采取有效的保护措施，例如：干扰较小的需结合被干扰台站的性质，采取针对性的保护措施;干扰严重的，则需要进行改频。地面数字电视广播频率规划涉及到网络结构、配置以及频率资源，最终目的是实现地面数字电视广播的广域覆盖和高质量的信息传输。

3. 总结

综上所述，在现代技术的推动下，数字化和智能化将是广播电视技术未来发展的主要方向。数字广播电视凭借现代化的技术，拥有更加丰富的节目内容和画面质量，可以提供更加优质的服务，是广播电视领域中革命性的突破。为了实现数字广播电视技术的全面普及和快速发展，需要对相关配套技术和硬件设施进行深入研究，尤其是在传统模拟技术向数字技术过渡阶段，组网技术的优化升级将决定了我国数字广播电视技术发展速度。单频网组网技术凭借其高效的频谱利用率、超强的抗干扰能力以及广阔的覆盖面积，成为地面数字电视组网方案的首选，目前已经得到了广泛应用。地面数字电视广播单频组网技术特点主要包括各个发射机以相同的频率发射，并且保证同频、同步，即多个位于不同区域的发射机在同一时刻、以相同的频率发送相同内容的射频调制信号，可以有效扩大覆盖面积，提升数字电视广播信号质量。

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作者简介：刘玉成，男，1990.9，山东烟台人，本科，助理工程师，研究方向：广播通信技术。