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高可靠多路国标地面数字电视系统简介

2010/9/25/16:16来源:慧聪广电网作者:成都新光微波工程有限责任公司李正武罗文锋

    随着国家信息化的不断推近,各地广电系统对地面数字电视的需求越来越迫切。城市已由有线电视网经有效覆盖,而广大的农村地区将由直播卫星和地面数字电视分别占有一定的市场份额。这个市场份额如何分配,牵涉到直播卫星公司和各地、市、县的切身利益,各地方政府和广电局为了宣传本地的方针、政策,使本地节目传输到农村并获得一定的经济利益,其最好的办法就是采用国标地面数字电视进行覆盖。当然有些地方采用了QAM或QPSK调制方式进行无线覆盖,但技术和实际效果方面均不够理想。随着三网融合技术的不断发展,基于地面数字电视平台的三网融合技术也必然会展现在我们面前,下面就如何建设高可靠地面数字电视系统建设做一些简要介绍。

    一、发射频率选择

    现在全国的地面数字电视频率规划还未正式出台,总局还在规划中,绝大多己上的多路地面数字电视系统都处于非法状态,有的还与周边地市、县无线台的产生了相互干扰,但很多地方广电为了自身发展的需要,在地方政府的支持下,己悄悄的先干起了,并且取得了可观的社会经济效益。但是,由于频率资源非常紧缺,在总局频率规划未出总前急需建设的局台应尽量找好发射频率,在很多地方的模拟电视频道己经比较拥挤了,不少地方台的模拟发射机实际功率都远大于审批功率的情况下,避免相互间的干扰,为自身发展打好基础。如何选择一组合适的发射频率呢?实际应用中,最好的办法就是首先摸清楚周边县、市的己审批频率情况,然后在夜晚时间周边发射机都开机以后,通过对470~862MHz频带内实际场强测试后选择发射频率,但需要注意的是,在800~862MHz频段有的地区无管委已将频率批给通讯部门了。不过这些发射频率都应该在总局规划数字电视频率出台后改频,变非法为合法,这就需要对发射机、多功合成器、发射天线的配置有所考虑,尽量减少改频时的浪费。

    最终选择发射频率时,另一个值得注意的问题是,尽量选择靠近的频率,尽可能选在一个波段内(Ⅳ或Ⅴ波段),让发射的总频带宽度更窄,这样发射天线和接收天线指标可以做得更好,更有利于用户接收

    二、发射频道数量的选择

    根据当地群众的收视习惯,能接收的模拟无线节目数量和有线电视节目套数,以及用户的消费水平,广电资金状况及发展要求,最终根据当地空间频率资源情况来确定一组发射频道量。

    三、信源编码方式的选择

    目前可供选择的信源编码方式主要有以下几种:

    1、MPEG2

    编码效率最低,每频点(8MHz)可发射6~8套节目,若要达10套节目则需进口超级编码器或转码器,前端设备成本高昂,但是用户接收端机顶盒比较普及;

    2、MPEG4

    编码效率较高,每套节目码流压缩在1.8Mbps也可达到标清水平,在8MHz带宽内可以满足在帧头595、编码效率0.8、调制方式16QAM、总码率20.791296Mbps的条件下传输10套标清节目,用户接收端机顶盒可以MPEG2/MPEG4兼容,解码芯片己经非当常成熟,成本与MPEG2机顶盒相当

    3、H.264

    编码方式是MPEG4的升级版,编码效率更高,在计算机和IPTVCMMB中应用广泛,但在地面数字电视中刚起步,芯片技术和机顶盒技术有待进一步发展,成本偏高;

    4、AVS

    编码效率高,在直播卫星上得到应用,是中国制订的标准,但目前价格居高不,产业化程度不高,测试仪器还不配套,需进一步完善和推广。

    四、发射台的规划

    发射台址的的选择对整个系统覆盖效果至关重要,一般来说,发射台应选在至高点覆盖面最大,在覆盖区中心效果最佳,若不在中心区域,也可以采用发射天线异形场覆盖达到要求。当发射台址选定后,要满足区域覆盖则需确定发射机功率大小。我们根据如下方法来进行:

    1、发射台视距的确定:

    根据视距计算公式D=4.12(+)(km),Ht...M、Hr天线高度取4M,则视距为KM,原则要求是视距必须大于要求的覆盖半径,此时要注意的是,Ht是发射台的相对高度,而不是指单纯的发射塔高度。

    2、发射机功率确定:

    (1)、单频道发射系统发射机功率确定:

    视距内自由空间场强的估算:

    考虑地面反射波的影响,视距内自由空间场强按如下公式计算

    E=【2.18】.J/λd2

    P—发射机有效功率(KW)

    G—发射天线增益(倍)

    Ht—发射天线有效高度(m)

    Hr—接收天线有效高度(m)

    λ—自由空间波长(m)

    d—传输距离(km)

    J—地面修正系数(J=0-1)

    (2、宽带发射机功率确定:

    某发射台宽频道MUDS发射功率为500W,拟传输6个频点的数字节目,发射天线架设有效高度为65米,发射机工作频率为634、642、658、690、706、738MHz,中心频率为686MHz(波长λ=0.437m),接收天线高度为4米,发射天线采用垂直极化天线,增益7dB,求距发射台20km处自由空间场强.

    解:单频道发射机有效功率=宽带MUDS发射功率(Kw)/10/CH

    =0.5/10/6

    =0.000833Kw

    其中,CH为传输频道数目;10为AB类宽带发射机换算为单频道发射机时候的一个系数值。

    E=【2.18】.J/λd2

    =【2.18×65×4】.J/0.437x202

    =0.193J(mv/m)

    取地面修正系数J=0.5,则

    E=0.0966(mv/m)

    20LgE=20Lg3.94+60=39dBμv/m

    以上计算只供规划时参考;覆盖范围的预测是一项复杂的系统工程,除须具备深厚的电波传播理论功底外,丰富的实践经验是极为重要的.

    在以此例为参考进行规划时,可根据各台具体情况,按场强计算公式进行计算,计算场强应大于国标规定的最低可用场强6B以上。

    进行场强计算时需要注意的是,收发天线的高度是有效高度,而非海拔高度,为此,很多情况下需要进行传输路径设计(画剖面图)。

    根据计算结果,取500W宽带发射机方案可行。

    五、发射机选型

    发射机选择型非常重要,因为前端设备是一次性投资,运行费用低(耗电低),而大功率发射机24小时运行其电费是主要的营运费用支出,其发射机整机效率就非关键了。它直接关系到长期电费支出的多少,而且还事关低碳经济的大事,不可不察也。

    目前国内外数字发射机采用的主要末级功放管有菲利浦的BLF861ABLF878和飞斯卡尔的MRF6VP3450H几种型号,这几种功放管的主要参数如下:

参数

参数

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    目前飞斯卡尔的MRF6VP3450H功放管是最先进(原MOTO327)。性能要优于菲利浦的功放管,它具有单管功率大,效率高,性能稳定,技术先进的优点,目前国外NEC、Haris等发射机厂商已大量采用,国内厂商成都新光也己经研发成功,并成功应用。从国内情况来看,发射机的整机效率水平大致为:BLF861A效率只能达到10%左右;BLF878功放管整机效率在16%左右;MRF6VP3450H可达到20—23%;。

    我们以一台1000瓦数字发射机为例说明效率的重要性,

    如1000W发射机当效率为10%时

    1、日电费为1000W÷10%÷1000×24小时×1元/度=240元

    (相当于每天耗电240度)

    2、年电费为240元/日×365日=87600元

    (相当于每年耗电87600度)

    1000W发射机当效率为22%时

    1、日电费为1000W÷22%÷1000×24小时×1元/度=109元

    (相当于每天耗电109度)

    2、年电费为109元/日×365日=39785元

    (相当于每年耗电39785度)

    一台发射机年节省电费为87600-39785=47815元

    经测算运营过程中,五年之内节省的电费可收回发射机的购置费用投资,而一般的系统都是多频道发射,效益更加可观。

    六、发射系统组网方案简介:

    要对广大农村地区进行无缝隙覆盖,使覆盖区内的潜在用户变成广电局的实际用户,其社会经济效益无疑是巨大的。无线覆盖是一个复杂的系统工程,需要根据不同的地形地貌及覆盖要求采取不同的方式,目前主要有以下几种方式:

    1、利用现有光纤网络将己调制好的国标地面数字电视信号发送到各乡镇、村,在各乡镇、村所在地再将信号取出后送入中继发射系统进行覆盖。

    2、主站发射式全域覆盖…..平原及浅丘陵适用。

    3、主站发射加无线中继组网发射进行全域覆盖…..丘陵地区、平原及大区域覆盖适用。

    4、主站发射加光纤网络中继组网发射进行全域覆盖…..丘陵地区、平原及大区域覆盖适用。

    七、多频网与单频网建设

    由于我国幅员辽阔,有高山、河流、湖泊、平原、丘陵等自然环境,各地电磁环境千差万别,至于建多频网还是单频网更好呢?各地应因地制宜,视情况而定。

    1、多频网,一般适用于受外界空间信号影响小,本地频率资源丰富的地区。它具有投资小、组网快、可交叉覆盖、各站间相互不干扰等优点。

    2、单频网,适用于频率资源紧缺的地区。因为组建单频网必须满足同频率、同时间、同比特率三大要素,所以建设成本和技术难度均大大提高了,特别是多频道发射时,技术和调试难度都会有所加大。一般要资金实力雄厚的单位才能考虑

    八、无线三网融合技术

    所谓“三网融合”,是一种广义的概念性提法,在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一,而主要是指应用业务的融合。三大网络通过技术改造,都能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务,老百姓通过一张网络可以完成上网、看电视、打电话等几乎所有的日常信息处理。“三网融合”在有线视网方面己经得到大家的广泛认同,那我们的国标地面数字电视网能实现“三网融合”吗?回答是肯定的,目前己出现将3G中的TD技术与机顶盒技术整合而形成一种新的产品,形成一台机顶盒既可看电视,又能上网和打电话。随着技术不断创新,更多更好的方式在将不断涌现。

    九、提高发射系统稳定性的主要措施

    无论采用哪种方式覆盖,都要求发射出来的信号稳定可靠,不停播;没有或很少出现干扰,这是发展用户的基本条件。

    由于收费的原因,用户信号要实现稳定可靠,则要求发射台功率稳定,不能变化太大,对覆盖面大的主发射台就提出了很高的要求,要实现不停播不外以下几种方式。

    1、采用“一主一备”切换方式降低停播率-----多频点发射时建设成本和运营成本都太高。

    2、采用“主备激励器”方式降低停播率------只能解决信号源(激励器)的故障问题;若发射机功放模块损坏,“主备激励器”方式是无法解决的,此时输出功率计算公为P1=P【(N-1)/N】2,如发射机末级功放模块为2组时,功放坏一组发射功率下降(仅为原来的1/4),,肯定会造成用户接收该频点电平下降6dB,在远离发射台的边缘地方将无法接收该频点的节目。

    3、采用“N+1备份”方式降低停播率--------该方式建设成本低、运营成本低,智能化程度较高,反应最快速的优选解决方案。

    从以上分析可以看出,N+1备份方式是主站式大功率发射台的最佳选择,该方法既降低了发射台的资金投入,又解决了停播率的问题。N+1备份方式在国外己经有很好的应用,在国内电视发射方面刚起步。新光公司积十多年研究发射系统的宝贵经验,为了更好的推动国标地面数字电视的发展,在2008年提出了N+1的概念并开始研发,解决了系列难题;如当某一台发射机产生故障时,备机激励器频率如何准确切换?信号码流如何准确切换?发射机在宽频带内的指标如何实现等技术难点。于2009年推出了智能化的XG610A01N+1智能数字电视发射系统,彻底解决了多频主站发射系统的稳定可靠和停播率问题,让广电局在少花钱的情况下办好事情。

    为了更好地让广电同仁对N+1电视发射系统有一个较全面的了解,下面就相关内容做一个简要介绍:

    1、概述

    XG610A01N+1智能数字电视发射系统是新光微波工程有限责任公司为了提高数字电视发射系统的可靠性,而开发的高可靠多路数字电视发射系统。实现当发射系统的一台发射机出现故障不能正常播出时,由备份的发射机替代工作,直至该发射机修复后再切换回去的功能;保证发射系统正常工作。同时实现对发射机实施智能故障处理、远程遥测遥控、数据管理等功能。

    2、系统原理框图

系统原理框图

系统原理框图

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    3、系统工作原理及简明主程序流程

    3.1系统工作原理简介

    XG610A01N+1智能数字电视发射系统的设备包括:服务器、交换机、显示单元、调制器、激励单元、发射机、天线、负载、信号切换器、同轴开关控制器和同轴开关等设备。服务器是设备的控制管理中心,它的设备状态信息数据来源于连接在网络上的各设备。

    系统上有多台发射机,其中有一台为备用发射机。服务器对主发射机都设有功率门限值,当有主发射机输出功率低或高于于门限值时,发射机的功率数据通过其显示单元送回服务器,服务器就判定其出故障,通知其显示单元关闭相应主发射机电源后,向同轴开关控制器发出切换命令,同轴开关控制器(开关置于自动才能自动控制)进行主备切换,把备机接天线而主机接负载,同时光电检测电路确认切换状态是否到位,切换到位则开启备用发射机电源,使整个电视发射系统自动正常工作,否则不对备用发射机供电。同轴开关控制器也通过面板显示自身和发射机的连接状态。

    发射机的各项监测指标由网口(TCP/IP)送到服务器。服务器和终端,各参数超标的阀值在服务器上设定。

    

监控终端系统软件系统结构图

监控终端系统软件系统结构图

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    系统显示介面如下图

系统显示介面

系统显示介面

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    系统主控单元循环采集各发射机工作状态和参数,并实时在监控页面显示。定时储存状态和数据。

    3.2简明主程序流程如下:

主程序流程

主程序流程

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    4、各组成部分简述

    4.1国标地面电视激励器

    国标地面数字电视激励器,必须符合GB20600-2006数字电视地面广播系统帧结构、信道编码和调制之国家标准,是数字电视地面广播系统的核心设备之一,是体现我国自主知识产权数字电视地面广播标准的关键设备。

    激励器必须是捷变型,采用网口数据控制,标准1U机箱。

    4.2信号切换器

    信号切换器是新光“N+1”电视发射系统的设备之一,主要实现在多路音频、视频、或TS传输流的切换和选择功能。它采用1U19英寸标准机箱,操作简便,功能完备。

    可用于实现在多路的模拟音频、视频及数字TS流中进行选择输出,供给后级的调试或发射设备。

    远程控制信号使用网口数据,本地切换采用手动按键(拨动开关);本地切换的优先级高于远程切换。

    信号切换器采用两个8通道多路选择开关控制器。可以同时输入12(6X2)个信号,两路为一组。可以选择输出6组中的任意一组信号。

    配合网络控制芯片进行远程的信号切换管理。实施实时的状态监控。

    同时配合6路互锁按键,可以在本地屏蔽远程的网络命令,进行手动控制。防止对远程网络发生故障时失控的发生!标准1U机箱。

    4.3同轴开关控制器

    同轴开关控制器(单元)是N+1电视发射系统自动控制设备之一,嵌入式微机监控系统。本机具有用于自动控制的网络接口,控制单元的工作状态通过面板显示,直观明了。支持手动和远程切换,本地切换的优先级高于远程切换。

    4.4同轴转换开关

    同轴转换开关,是N+1电视发射系统自动控制设备之一,具有红外位置检测器(确保在同轴开关转换到位,才启动发射机),由同轴开关控制器控制;支持手动和远程切换,本地切换的优先级高于远程切换。

    4.7系列发射机

    发射机均可实施“N+1”备份,特别是数字500W以上的发射机,数字电视发射机。

    5、系统连接示意图

    6、系统切换条件

    6.1自动切换

    原则:状态不明不切换,以免误动作造成大损失。

    系统具有断电保护功能,在突然停电的情况下,系统保存了停电前的状态,恢复供电后系统会重性工作在停电前的状态。

000

系统

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    a、各发射机显控单元上电,正常工作,且与服务器连接通讯正常;

    b、备机要在关机状态;

    c、所有同轴开关控制器通讯正常且置于主机位(左边绿灯亮);

    d、当某台发射机发生故障,以显示功率低于额定功率30%(用户可以修改)、高于额定功率20%(用户可以修改)为切换门限,自动启动备份机。

    可切换的故障描述:功放单元故障,激励单元故障,调制单元故障;

    不可切换的故障:断电、连接不正常、一台以上机器故障(可以事先设定优先级)、合成系统后面的故障。

    6.2人工切换

    本系统设置了人工切换,可以方便地实施各种切换。

    

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