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标题: 包头无线数字电视网络的组成及其应用 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 07:41
标题: 包头无线数字电视网络的组成及其应用
作者：包头广播电视局赵峰云杨旭辉

1、引言

      包头市是我国北方较大的工业城市，总面积27768平方公里，人口240万，下辖九个旗县区，其中五个农牧业旗县区，人口70多万，农村、牧区面积为26499平方公里，地域广阔，地形复杂。既有广袤的草原，又有连绵起伏的山区；既有居住人口相对集中的农村，也有人员稀少的牧区。由于地理环境、人口分布和经济条件等因素的影响，建设贯通全市的农村、牧区有线电视网络存在巨大的困难。近几年建设的“村村通”工程，大多以小片有线网为主，节目套数少，信号质量差，而且由于维护管理体制和维护经费的原因，不少出现“返盲”现象。连市区周边的九原区，许多农牧民也只能用开路的方式接收３-4套不大清楚的无线模拟电视信号。如何从根本上解决农牧民看电视难的问题，建设农村、牧区广播电视基础网络，保障网络的安全性与长效性，让广大农牧民看到几十套高清晰的数字电视节目，是包头市广播电视发展和社会主义新农村建设的一个重要课题。

      2004年开始，根据国家广电总局关于微波数字化技术改造提出的政策性指导原则，包头市广电局对原有的三条模拟微波电路进行了数字化改造；并新建了一个数字电视平台和五个数字MMDS，传输56套数字电视节目。初步建成了全市无线数字电视主干网络，基本构建了农村、牧区广播电视公共服务体系，取得了较好的社会效益和经济效益。

2、无线数字电视网络作用与功能

      包头市无线数字电视网络的建设与运行，充分考虑了包头的经济实力、地理环境、人口分布和已有的资源，采取不同的接入方式，扩大数字广播电视和农牧业科技信息的无线覆盖。无线数字电视网络实现了以下功能：

      （1）促进了边疆少数民族地区广播电视的发展，满足了农牧民群众的精神文化需求，提高了农牧民群众文化素养和农村道德风尚，使包头市的农村、牧区广播电视提前进入数字时代。同时为包头市广播电视村村通工程、社会主义新农村的建设提供了节目、信息和技术保障平台，构建起包头市农村、牧区广播电视公共服务体系。进一步缩小了城乡信息鸿沟，开辟了农村、牧区科技普及和技能培训的新渠道。
      （2）进一步加强了全市广播电视安全播出与保障系统，充分发挥出国家安全保障预警体系的功能，提高了防范敌对势力对广播电视信号干扰和破坏设施的能力。
      （3）按照国家对微波、卫星、光缆三种不同传输技术手段的规划，其网络建设严格遵循国家和行业标准，优化资源配置，确保了无线数字电视网络管理、维护、运行的安全、稳定和可靠。
      （4）无线数字电视网络建设中，完成了微波传输设备的数字化改造，使微波传输这个重要的战略、战备资源和技术保障手段及其功效得以充分发挥。并且，首次在SDH数字微波传输电路中的3个高山微波中继站上，使用微波同频直放技术获得了成功。节省了大量的建设和维护经费。为内蒙古自治区5000多公里模拟微波数字化改造积累了经验。

3、无线数字电视网络接入的基本方案

      根据包头市实际情况,全市无线数字电视网络建设是按照不同地区、不同用户，通过SDH微波传输系统和数字MMDS覆盖系统，灵活地实现数字电视节目和信息在各旗县区有线电视网络、农村牧区有线电视小片网和分散的农牧民用户的无线接入。其具体接入方法是：

      （1）包头市九原区及市区周边的地区，利用市区数字MMDS主发射系统，直接通过数字电视机顶盒，无线接入56套数字电视节目。其网络系统框图如图1所示：

图1 无线数字电视网络中心站传输、主发射与接入系统框图

（2）远离市区的土右旗、固阳县、达茂旗、白云区和石拐矿区的信号接入，则依托SDH数字微波传输系统，将五个旗、县、区的广播电视网同市区的数字电视平台相连通。同时，由于微波站地处高山、拥有高塔，又利用SDH数字微波所提供的数字电视节目源，在微波高山站上增加数字MMDS微波发射机，解决五个旗、县、区偏远、分散农牧民用户的数字电视接入问题。并为包头市广播电视“村村通”工程和农村、牧区广播电视安全播出，提供了优质的数字电视节目源。其网络系统框图如图2所示。

                                                                  图2 无线数字电视网络旗、县、区传输与接入系统

4、无线数字电视网络系统架构

      包头市无线数字电视网络是基于SDH数字微波传输系统和数字MMDS，通过数字机顶盒，实现数字电视DVB-C的无线宽带接入。

4.1SDH数字微波传输系统

      无线数字电视网络SDH微波传输系统由包头-固阳（长条山）-白云-达茂，包头-石拐，包头-土右3条数字微波传输电路构成。微波电路全长310公里，10个微波站组成（带●的微波站含数字MMDS发射系统），贯穿包头市区及所属五个旗县区。其路由图如图3所示。

4.1.1系统要求及组成

SDH数字微波传输系统要求：

      传输容量：此网络按3+1波道配置容量。并可平滑升级至STM-4级别的622Gbps传输容量。按优先级设置波道保护，实现对数字电视业务的全保护。
目前首期的数字微波正、反向均采用2+0波道配置。微波设备选用NECSDHM2000数字微波，信道容量155Mbit/s。电路正、反向传输容量2×155Mbit/s。2个155Mbit/s经分插复用设备输出6个45Mbit/s信号，传输数字电视节目，节目交换和召开电视会议等。
系统可靠性：电路传输可靠性按99.9％设计。无人值守，并且有遥监、遥控功能。
工作频段：电路频率选用微波6GHz的6460—6880MHz频段。

                                                         图3 无线数字电视网络SDH数字微波传输路由及含数字MMDS的站址位置情况

      波道配置：遵循信息产业部《1-30GHz数字微波接力系统容量系列及射频波道配置方案》。包头-固阳-白云-达茂为1、3波道，包头-东河-土右为2、4波道，包头-石拐为5、9波道。

      接口速率：数字系列比特率等级，网络节点接口和复接结构符合G.707、G.708、和G.709标准。各级接口的物理/电器符合G.703要求。在三次群速率一下，以45Mb/s与2Mb/s接口为主。45Mb/s接口用于数字电视信号，编码方式为MPEG-2；2Mb/s接口用于广播信号及数据接口，广播信号编码方式为MUSCAM。数据接口标准按相关国标。

      网管功能：网管系统具有故障管理、运行管理、配置管理、性能管理和安全管理功能。
      数字微波传输系统设备组成如下表：

4.1.2SDH数字微波传输系统主要技术指标

      传输容量：主通道：1×155Mbit/s，路旁业务：2×2Mbit/s。调制方式为64QAM。解调方式为相干解调。中频频率70MHz。发信机输出功率：标准功率≥29dBm，高功放≥32dBm。收信机噪声系数≤1.5dB。接收机门限电平≤-76.1dBm，BER≤10E-03≤-74.6dBm，BER≤10E-06。

4.1.3数字微波同频直放系统

      包头无线数字电视网络在SDH数字微波传输系统建设中，由于经费紧张，首次在地处群山之中的微波中继站上，使用微波同频直放技术获得成功。节约了大量的建设和维护经费。其系统组成框图如图4所示。

      微波同频直放设备主要用于接收、放大该波段微弱的数字微波信号，要求系统具有低噪声、高增益、动态范围大、性能稳定可靠、适应环境温度能力强的特点。为保证整个数字微波传输系统的误码率指标，微波同频直放站必须要有较大的功率输出，较高的三阶互调（三阶互调指标最好≥40dBc）。据此要求，在其微波发信模块中，采用了功率回退技术。即功率输出回退10dB（P1dB在小于或等于25dBm左右）使用，均能很好的传输数字微波信号。

      通过实践证明：采用适当的功率回退，既可提高功率放大器的线性指标，也能满足传输数字信号的非线性失真指标要求。直放站主要技术指标如下：

      工作频率6460—6880MHz。总增益≥50dB。系统噪声系数≤5dB。微波功放输出功率P1dB=36dBm。天线端口输出功率P1dB=34.5dBm输出功率，P23dBm时三阶互调≥40dBc。

4.2数字MMDS系统

      无线数字电视网络中，数字MMDS系统包含数字前端系统、数字发射系统、传输系统、用户接收系统和用户管理系统。

4.2.1数字前端系统

无线数字电视网络中，数字电视节目平台是按照DVB-C数字电视广播有线传输标准建设。由信号源、信源编码、多路复用、条件接收加密控制、QAM调制器组成数字MMDS的DVB-C前端系统。其前端系统中，数字卫星节目经TS流卫星接收机转换为MPEG-2/DVBTS流；加密卫星节目经解码再编码转换成MPEG2/DVBTS流；其它信源通过编码生成的MPEG-2/DVBTS流。以上各路TS流均经过复用加扰，分别输出至SDH微波传输系统和市区的主QAM调制系统。SDH数字微波传输系统主要解决数字电视平台与旗、县、区有线电视网络的联网及无线覆盖；市区的主QAM调制系统输出中频IF信号送至数字MMDS发射机，完成市区周边农牧区的广播电视覆盖。

各组成部分的主要性能、技术标准及数量如下表：

4.2.2数字发射系统

   数字MMDS发射系统由数字发射机、频率基准源、频率合成器、馈线与天线构成。数字发射机使用MMDS的标准频段2535--2599MHz，8个频点占用带宽64MHz。每个8MHz带宽的模拟电视频道发射7套压缩的数字电视节目。数字MMDS发射机选用相位噪声小于-110dB、模拟/数字兼容的全数字美国ITS-5523数字MMDS发射机，其发射功率10W。同时增加了ITS-506010M频率基准，提供双内部晶振和双外部参考输入，用于解决主基准工作失常时，系统自动切换到备份参考源，确保数字MMDS系统不间断工作。频率合成器则选择带内频响平坦度和群时延特性好，带外抑制很陡峭的美国ITS-8750频道合成器。天馈系统使用上海26所生产的馈管和美国安德鲁缝隙天线。天馈线的功率容量比数字MMDS发射机的平均功率大5倍。

      无线数字电视网络中，数字系统的前端和主发射机设在市中心，共传输56套数字电视节目。主系统的TS流经过复用加扰，一路TS流送至64QAM调制器，调制后的中频信号输出到市区的数字MMDS单频道发射系统，并经市区同频差转发射（距离主发射中心35公里），覆盖市区全部以及周边的九原区；同时经过复用加扰后的另一路TS流，通过码流变换和复接设备，接入无线数字电视网络中的SDH微波传输网，传至偏远旗、县、区广播电视网络。此时TS流再通过码流变换和复接设备，在接入当地有线电视网同时，又通过微波站QAM调制器和数字MMDS单频道发射机，再次对旗、县、区进行无线发射覆盖。

主发射系统输出电平值、插入损耗及接收电平值如下：

      QAM调制器采用64QAM，符号率为6.875Ms/s，输出频率为36.15MHz，输出电平为-13—23dBｍ。数字发射机输出电平为40dBｍ，相位噪声优于-110dB。频道合成器单支插入损耗为1.2d，系统损耗为1.2+0.04×n（n为频道数）。波导损耗为1.9dBM/100M，140米总损耗为2.7dB。HM12V缝隙天线增益为13dB，全向垂直极化。整个系统从发射机到发射天线共6个接头,每个接头的损耗按0.5dB计，共3dB。

用户接收端接收电平（接收天线及下变频的增益按55dB计）为：

      P2=PT+GT-L频道合成器-L接头+G下变频器+接收天线-92.4-20Lgd-20Lgf
其中：P2为接收电平，PT为发射机输出电平，GT为发射天线增益，L频道合成器为频道合成器插损，G下变频器+接收天线为下变频器+接收天线的增益，92.4-20Lgd-20Lgf为自由空间损耗，d单位为公里，f单位为MHz。

5、包头市无线数字电视的优势

      包头市无线数字电视网络经过两年多的运行，其优势体现在：

      （1）无线数字电视传输方式，非常适合偏远的少数民族地区广播电视网络建设，避免了有线方式在跨越高山、河流等所带来的困难，建设和运维成本都比有线的成本低，性价比高。
      （2）无线数字电视网络应用灵活广泛，既可以实现干线传输和有线电视联网，又可作为用户分配网，直接接入到用户数字电视机顶盒。利用CA和SMS系统，完全解决了用户管理和收费难的问题。用户端的建设费用投入少，安装调试容易，价格低廉。
      （3）无线数字电视系统在发展方面极具灵活性和可扩充性，可根据用户需求进行系统设计或动态分配系统资源。传输节目套数可由少到多，规模可由小到大，逐级发展，不会造成资金或设备的浪费。
      （4）数字MMDS在微波波段传输，各种建筑物对其吸收大，反射波弱。数字电视图像不会出现雪花、网纹、图像模糊等模拟电视图像常见的现象，在信噪比相同时，数字传输要求的载噪比门限值约比模拟电视低20db。根据数字电视传输的峭壁效应，只要保证误码率不超过门限，数字电视就不会产生失真，其图像质量好，传输距离远,无积累影响，无中继传输可达近百公里，中继传输可达几百公里。
      （5）数字MMDS系统采用MPEG-2数字压缩方式，在原来只能传送1套模拟电视节目的8MHz带宽内，可高质量地传送4-8套数字电视节目，提高了频谱的利用率。

6、结束语

      包头市农村、牧区广播电视无线数字电视主干网络建成后，传输56套高质量的数字电视节目，目前已解决了1万多户农牧民看电视问题。下一步，将充分发挥数字无线电视网络资源优势，加快网络建设，扩大有效覆盖。在提供丰富电视节目的同时，增加农牧业科普知识、农牧业技能和农牧业科技信息等多种本地化、信息化服务，确保农村、牧区广播电视公共服务体系长期有效运行，更好的为建设社会主义新农村服务。

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