【摘要】數(shù)字電視廣播是互聯(lián)網(wǎng)時代傳統(tǒng)媒體發(fā)展的變革的主要方向，利用數(shù)字化技術(shù)從而豐富電視廣播的節(jié)目內(nèi)容，同時支持個性化的定制，滿足在廣大人民群眾的實際需求。隨著數(shù)字廣播電視的不斷普及，信號網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不斷擴大，頻譜資源利用率遭遇瓶頸，為了提供更穩(wěn)定的數(shù)字信號，需要優(yōu)化組網(wǎng)方案，提升頻譜資源利用率，推動數(shù)字廣播電視的持續(xù)發(fā)展。因此，本文對數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)實現(xiàn)與關(guān)鍵技術(shù)進行研究，試圖為之提供行之有效的可行性建議。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字電視;單頻網(wǎng);組網(wǎng)模式;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.09.001

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)改變了人們的生產(chǎn)生活方式，同時，不斷的提升對物質(zhì)生活和精神生活的追求，對其依賴程度也越來越高。在數(shù)字化時代，廣播電視作為信息傳遞的重要媒介，信息傳遞的方式和內(nèi)容都產(chǎn)生了巨大變化，傳統(tǒng)模式無論是在畫面質(zhì)量和節(jié)目內(nèi)容方面，已經(jīng)無法滿足信息化時代的發(fā)展需求，地面數(shù)字電視廣播正是基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，與傳統(tǒng)模擬電視相比，節(jié)目內(nèi)容更加豐富，畫面更加清晰，能夠有效提升用戶的服務(wù)體驗?，F(xiàn)階段，我國數(shù)字電視廣播技術(shù)擁有較大的發(fā)展空間，相關(guān)數(shù)字廣播電視的技術(shù)得到了迅速普及，但是在發(fā)展過程中仍然存在一些問題，例如：頻譜資源的使用就成為影響電視廣播用戶體驗的重要因素，為了能夠有效改善頻譜資源過度緊張的問題，使用單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，通過同頻、同時、同比特的方式傳輸電視廣播信號，在降低干擾的同時可以提升頻譜資源的利用率，使其成為數(shù)字電視廣播組網(wǎng)技術(shù)的首選。

1. 單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)發(fā)展評價

在數(shù)字化時代，人們接收信息和發(fā)送信息的頻率越來寬泛，電視廣播播放媒介也不再受限于傳統(tǒng)模式，更多的移動終端讓信息傳播的媒介朝著更加靈活和自由的方向發(fā)展。數(shù)字電視廣播的普及，讓人們可以不受時間和地點的限制，充分利用碎片化的時間瀏覽和觀看電視廣播節(jié)目。數(shù)字電視廣播在靈活性、個性化的用戶體驗方面有著非常明顯的優(yōu)勢，作為一種全新的媒體技術(shù)，信號傳輸?shù)娜^程都實現(xiàn)了數(shù)字信號的發(fā)射和傳輸，極大地豐富了數(shù)字電視廣播的節(jié)目內(nèi)容和使用功能，同時畫面的質(zhì)量也有較大提升，由此可見，數(shù)字電視廣播技術(shù)的產(chǎn)生順應(yīng)了時代發(fā)展的潮流。下面就對數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進行詳細分析：

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)最早起源于西方國家，目前在國際上存在的標準包括，DVB-T（Digital Video Broadcasting Terrestrial）歐洲通用地面數(shù)字電視標準、ATSC（Advanced Television Systems Committee）美國數(shù)字電視標準以及ISDB-T日本數(shù)字電視標準。數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)最開始是與正交頻復(fù)用技術(shù)（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）相互融合的一種多載波調(diào)制方式，該方式組要是將固定頻率的信號作為一個獨立的OFDM，每個OFDM單元則是由固定數(shù)據(jù)段和導(dǎo)頻信號組成，由于OFDM支持獨立的載波調(diào)制方式，因此，使得單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在保護間隔方面有較大優(yōu)勢，信號在保護間隔內(nèi)不會產(chǎn)生相互干擾，甚至能夠有效增強信號功率，發(fā)射機在同一頻率上能夠產(chǎn)生大量多徑，利用有效的組網(wǎng)方式可以清楚處理復(fù)雜的多徑信號。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國關(guān)于單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)研究起步較晚，目前仍處于發(fā)展階段，對于單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的研究，包括PN序列幀頭的設(shè)計和保護間隔的設(shè)置方法、低密度校驗糾錯、同步可尋址多層信道幀結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)信息的擴頻傳輸。現(xiàn)行的數(shù)字電視廣播傳輸標準，包括多載波和單載波兩種模式，其中多載波模式中時域同步正交頻復(fù)用調(diào)制支持單頻網(wǎng)，而單載波模式可以通過信道估計和均衡算法降低多徑信號衰落問題，同樣支持單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。就我國目前的研究現(xiàn)狀來看，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)還處于發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)并不成熟，在單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)模式選擇、單頻網(wǎng)覆蓋重疊區(qū)域性能以及節(jié)目分配方面存在一些問題，這些都嚴重阻礙了單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，因此，有必要對其關(guān)鍵技術(shù)進行深入研究，加快我國數(shù)字電視廣播的發(fā)展。

2. 數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)特點

數(shù)字電視廣播主要是將電視廣播節(jié)目信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的方式進行傳播，整個系統(tǒng)包括數(shù)字電視節(jié)目集成系統(tǒng)、地面數(shù)字電視節(jié)目傳輸系統(tǒng)以及發(fā)射系統(tǒng)三個部分，與傳統(tǒng)模擬電視廣播相比，可以通過節(jié)目繼承的方式優(yōu)化節(jié)目傳輸內(nèi)容，提升頻譜資源的利用率。單頻網(wǎng)作為數(shù)字電視廣播主要的組網(wǎng)方式，可以優(yōu)化信息傳輸效率，同時正在信號覆蓋質(zhì)量方面也發(fā)揮著重要作用，通過合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、選擇合適的組網(wǎng)模式，提升覆蓋區(qū)域的信號接收效果，分配頻譜資源，讓數(shù)字電視廣播信號能夠為更穩(wěn)定的傳播。

為了能夠進一步推動我國數(shù)字電視廣播的發(fā)展，需要對原有模擬傳輸系統(tǒng)向數(shù)字傳輸系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)變，持續(xù)擴大地面無線電視廣播的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。與傳統(tǒng)模擬信號相比，數(shù)字電視廣播通過同頻率、同時間以及同比特的方式進行信號傳輸，最大限度的降低了無線信道的多徑干擾，提升電視廣播的節(jié)目質(zhì)量下面就對數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的特點進行詳細分析：

2.1 單頻組網(wǎng)的基本原理

單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中，需要確保信號發(fā)射的頻率同步、時間同步以及比特同步，因此，在組網(wǎng)過程中需要對這三要素進行重點部署。其中頻率同步主要是確保接收機可以接收到頻率相同的信號，為了滿足頻率同步的要求，需要將每個發(fā)射機中的振蕩器，按照統(tǒng)一的參考振蕩源設(shè)置相同頻率，滿足信號發(fā)射的精度。時間同步是指發(fā)射機信號與接收機之間的信號時延要能夠抵抗多徑時延的范圍內(nèi)，即發(fā)射機上同一個信號在相同的時刻發(fā)送。在實際組網(wǎng)過程中，會存在某個特定發(fā)射機的發(fā)射時間偏差，此時可以對覆蓋區(qū)域內(nèi)進行調(diào)整，確保信號時延在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。比特同步是指單頻網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的發(fā)射機在相同時刻發(fā)送相同頻率的信號，需要滿足每一信號幀在各個發(fā)射機中的數(shù)據(jù)逐比特相同。為了確保比特同步，需要在輸入單頻網(wǎng)中的各個激勵器的碼流進行調(diào)制，確保輸入的碼流分組相同，對一個信號幀調(diào)制的數(shù)據(jù)逐比特對應(yīng)相同。在單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用過程中，可以根據(jù)地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，在滿足最大間距的情況下，利用站臺密度、間距、功率等因素組建多種單頻網(wǎng)傳輸模式。19EBBE15-BD39-4D6C-8397-4ECF8B1DC379

2.2 單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的特點

單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，不僅可以提升數(shù)字電視廣播信號傳輸?shù)母采w范圍，而且可以有效地節(jié)約頻譜資源，提升數(shù)字電視廣播頻譜資源的利用率。在單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中可以利用同頻直放補發(fā)的方式，解決覆蓋盲區(qū)信號接收效果較差的問題，最大限度地提升覆蓋范圍內(nèi)的信號接收效果。由于數(shù)字信號在傳輸過程中可以抵抗信道帶來的多徑干擾，因此，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以實現(xiàn)鄰頻信號傳輸，進一步節(jié)約頻譜資源。此外，單頻網(wǎng)技術(shù)還可以有效提升網(wǎng)絡(luò)的功率效率，在單頻網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，任意一個接收機可以接收來自區(qū)域內(nèi)不同發(fā)射機的信號，同時也可以接收多路折射信號和反射信號，在多徑傳輸?shù)倪^程中，可以通過降低某一個接收點的場強變化范圍的方式進行信號傳輸，對發(fā)射機本身的功率要求較低。由于單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)采用全向接收天線，支持多徑傳輸，這些多徑信號可以有效解決單一信號發(fā)射點帶來的信號衰減問題，通過降低接收點周圍的場強，可以讓單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)域內(nèi)信號傳輸更加平滑和穩(wěn)定。數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在設(shè)計過程中，支持對原有模擬信號系統(tǒng)的優(yōu)化和升級，通過信號編碼技術(shù)可以消除噪聲影響，提升信號傳輸?shù)目垢蓴_性能，并且有效的擴大了數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，而且單頻網(wǎng)發(fā)射站點和同頻直放站支持靈活部署，可以滿足不同情況下單頻網(wǎng)的覆蓋需求。

3. 數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)設(shè)計和實現(xiàn)

數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)中在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的所有發(fā)射點，需要同時、同步發(fā)射相同內(nèi)容的射頻調(diào)制信號，整個過程中必須確保信號的時間同步、頻率同步以及比特同步。組網(wǎng)過程中應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，包括：單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)模式選擇、重疊覆蓋區(qū)域信號接收、節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)。下面就對數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)進行詳細分析：

3.1 單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中，首先需要對網(wǎng)絡(luò)進行合理規(guī)劃，確保網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)信號傳輸?shù)臅r間同步、頻率同步以及比特同步。在規(guī)劃過程中需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)場強大小和保護率等參數(shù)優(yōu)化單頻網(wǎng)臺站的位置、發(fā)射天線方向，減少單頻網(wǎng)信號傳輸造成的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。單頻網(wǎng)系統(tǒng)框架如下圖1所示：

3.2 組網(wǎng)模式選擇

考慮到數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中信號傳輸保護間隔的問題，需要不斷調(diào)整臺站間距，在滿足最大臺站間距的情況下，進行單頻網(wǎng)組網(wǎng)，臺站密度、間距、功率大小可以進行靈活調(diào)整。此外，還可以通過對保護間隔長度、糾錯碼碼率、符號映射等關(guān)鍵參數(shù)進行調(diào)整，形成多種單頻網(wǎng)組網(wǎng)模式，滿足各種情況下的網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，極大地推動了數(shù)字電視廣播技術(shù)的發(fā)展。

3.3 重疊覆蓋區(qū)域信號接收

重疊覆蓋區(qū)域的信號接收，一直以來都是困擾數(shù)字電視廣播信號傳輸質(zhì)量的重要問題。由于數(shù)字電視廣播信號在傳輸過程中支持多徑傳輸以及抗干擾的特點，使其信號在覆蓋區(qū)域內(nèi)可以進行重疊，并且在信號重疊的過程中不會產(chǎn)生同頻干擾。但是在實際應(yīng)用過程中，單頻網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)仍然存在信號接收效果不理想的區(qū)域，嚴重影響了數(shù)字電視廣播的用戶體驗。因此，需要重點考慮網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的信號接收問題，合理規(guī)劃接收機位置、功率大小、臺站信號時延以及接收機性能等各種因素，有效的提升數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)覆蓋范圍和信號傳輸質(zhì)量。

3.4 節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)

數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中，為了確保信號的同步發(fā)射，電視廣播信號需要從源頭進行合理分配到各個發(fā)射站點。數(shù)字電視廣播的節(jié)目信號傳輸，包括直接傳送數(shù)字格式的節(jié)目信號，發(fā)射站采用相同的數(shù)字格是分散調(diào)制射頻信號，此外，還可以將調(diào)制好的射頻信號傳送至單頻網(wǎng)發(fā)射站點。如果使用數(shù)字格式分配節(jié)目信號，需要在數(shù)字格式的碼流中插入單頻網(wǎng)控制包，從而實現(xiàn)同時間、同頻率、同比特傳輸?，F(xiàn)階段，數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)中節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)利用光纖、數(shù)字微波等多種方式，關(guān)于單頻網(wǎng)的組網(wǎng)需求對節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和升級將是數(shù)字電視廣播技術(shù)未來發(fā)展的主要方向。

4. 數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)方式包括光纖、數(shù)字微波等，如果節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)達不到單頻網(wǎng)組網(wǎng)要求，則無法實現(xiàn)信號頻率、時間、比特的同步，從而影響單頻網(wǎng)覆蓋范圍和信號傳輸?shù)男ЧＪ褂脝晤l網(wǎng)組網(wǎng)模式，要求發(fā)射機信號頻率、時間、比特同步，根據(jù)最低接收場強和保護率規(guī)劃參數(shù)的情況下，提高單頻網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的信號傳輸質(zhì)量，最大限度的避免信號干擾，提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍。

目前，現(xiàn)行的數(shù)字電視廣播標準的基本傳輸單元為信號幀，即數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議單元，分為幀頭、數(shù)據(jù)部分以及幀尾三個部分，幀頭是提供快速同步和高效信道的PN隨機序列，該序列具有良好的自相關(guān)性，相關(guān)運算在時域內(nèi)進行，可以在短時間內(nèi)完成同步傳輸。幀頭序列越長，抵抗多徑傳播時延的效果越好，但是，序列長度的增加，也會降低信號傳輸?shù)膬艉蓴?shù)據(jù)率。數(shù)據(jù)部分包括電視廣播節(jié)目的數(shù)據(jù)包，幀尾包含同步信息、地址信息以及其他控制信息等。數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)中信號發(fā)送端完成從輸入數(shù)據(jù)碼流到信道傳輸全過程的轉(zhuǎn)換，輸入的數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過擾碼器、向前糾錯編碼，完成比特流的映射，在進行交織形成基本的數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊與系統(tǒng)信息復(fù)用后，經(jīng)過幀體數(shù)據(jù)處理，幀體與相應(yīng)的幀頭復(fù)接組成信號組幀，經(jīng)過基帶處理后轉(zhuǎn)換成基帶信號。數(shù)字電視廣播在信號傳輸過程中會遇到多種復(fù)雜的情況，包括不同建筑、不同地形造成的反射信號，在單頻網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)，多徑信號會對發(fā)射機的信號接收效果產(chǎn)生較大影響，嚴重時會影響正常的信號接收。例如：從遠距離發(fā)射機傳來的信號時延大于接收機多徑時延承受范圍時，需要選擇合適長度的幀頭序列，降低單頻網(wǎng)內(nèi)的信號干擾，對于多進制數(shù)字調(diào)制，當(dāng)信道頻帶受限時，進行數(shù)字調(diào)制的方式增加信息傳輸速率，提高頻譜資源利用率。數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)需要通過節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)，將電視廣播信號傳送到發(fā)射站點。單頻網(wǎng)節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)包括射頻信號集中產(chǎn)生和分散產(chǎn)生兩種方式。采用集中傳輸時為了確保每個發(fā)射站點信號同頻、同步，可以使用同一個調(diào)制器來發(fā)射主站信號，通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送至各個站點。分散信號傳輸是目前常用的單頻網(wǎng)節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)形式，通過數(shù)字基帶將節(jié)目傳輸分配網(wǎng)傳送到各個發(fā)射站點。

5. 總結(jié)

綜上所述，在數(shù)字化時代，科學(xué)技術(shù)的不斷更新給人們的生活方式帶來了巨大的變化，信息交流變得更加密切，信息交互的方式和設(shè)備也更加智能，人們追求高質(zhì)量的生活方式。在大眾媒體方面，數(shù)字電視廣播技術(shù)的應(yīng)用滿足了人們對節(jié)目內(nèi)容以及畫面質(zhì)感的要求。在數(shù)字電視廣播發(fā)展過程中，單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)憑借其頻譜資源利用率以及廣域的覆蓋面積成為數(shù)字電視廣播組網(wǎng)模式的首選。因此，本文分析了數(shù)字電視單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀，了解到目前同步可尋址多層信道幀結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)信息的擴頻傳輸是國內(nèi)關(guān)于數(shù)字電視廣播領(lǐng)域研究的主要方向。通過介紹單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)的特點，闡述了單頻網(wǎng)技術(shù)可以有效擴大數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，而且可以有效地節(jié)約頻譜資源，提升數(shù)字電視廣播頻譜資源的利用率。最后，總結(jié)數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)組網(wǎng)過程中應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)，包括的單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、組網(wǎng)模式選擇、重疊覆蓋區(qū)域信號接收、節(jié)目分配網(wǎng)絡(luò)。通過科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃以及單頻網(wǎng)模式的選擇，提升數(shù)字信號傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率，靈活高效的組網(wǎng)模式，可以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，有利于數(shù)字電視廣播技術(shù)的整體發(fā)展。

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作者簡介：李瑋，山東乳山人，副高級工程師，研究方向：廣播電視發(fā)射.19EBBE15-BD39-4D6C-8397-4ECF8B1DC379