广安市地面数字电视覆盖方案设计与实施.docx

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广安市地面数字电视覆盖方案设计与实施

分类号：

TN934单位代码：

10033      

密级：

学号：

9049

硕士专业学位论文

中文论文题目：

XX市地面数字电视覆盖方案设计与实施）

英文论文题目：

Thedesignandimplementation

OfGuang'anCityGBdigital

televisionoverlayEngineering

申请人XX：

X超                      

指导教师：

杨霏唐家明            

专业名称：

电子与通信工程               

研究方向：

广播电视发送技术            

所在学院：

信息工程学院                      

论文提交日期2015年11月

中国传媒大学研究生学位论文独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国传媒大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。

学位论文作者签名：

签字日期：

年月日

学位论文使用授权书

本学位论文作者完全了解中国传媒大学有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。

本人授权中国传媒大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。

（XX的学位论文在解密后适用本授权书）

学位论文作者签名：

导师签名：

签字日期：

年月日签字日期：

年月日

地面数字电视覆盖方案设计与实施

摘要

随着数字、网络、通信等技术的快速发展，广播电视正面临一场迅猛的科学技术变革。

广播电视数字化进程大大加快，许多国家都加快了地面数字电视的发展，开展数字电视已经成为政府推动国家信息化的既定方略。

2006年国家标准委发布了数字电视地面广播传输系统标准GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》，并正式批准成为强制性国家标准，要求于2007年8月1日起正式实施[1]。

数字电视取代模拟电视已经成为不争的事实，国际上一些国家已经开始逐步关闭模拟电视，我国近年来在有线数字电视整体平移、卫星直播星、地面数字电视国标颁布等方面也已经取得重大进展，为数字电视的整转做好了准备。

根据国家广电总局的整体规划，2020年底我国将全面关闭模拟电视。

无线数字地面电视网络是广播电视行业中最重要的基础覆盖系统之一。

中国在2006年推出了数字地面电视广播国家标准并于2008年正式实验播出地面数字电视广播业务，标志着中国数字地面电视进入了新的阶段。

广电总局在“十一五”规划中明确指出要推进广播电视从模拟向数字的过渡，实现地面无线广播电视数字化。

在新标准的推进过程中对数字地面电视网络规划和覆盖实施技术的研究有着非常重要的意义。

第一部分为绪论，介绍XX市建设地面数字电视的必要性和意义。

第二部分介绍了地面数字电视目前存在的几种标准和使用现状。

随后阐述了我国自有地面数字电视标准DTMB的原理、关键技术和发展现状，为XX市设计地面数字电视提供了参照标准。

第三部分主要介绍了地面数字电视发射系统的组成和备份技术。

第四部分在前序章节的基础上，进一步分析XX市广电的己建的广播电视覆盖的实际情况，对前端系统、传输网络、发射系统做了设计分析。

关键字：

国标地面数字电视、前端系统、传输网络

Thedesignandimplementation

OfGuang'anCity

GBdigitaltelevisionoverlayEngineering

ABSTRACT

With the rapidgrowth of digital,networkandmunicationtechnology,theradioandtelevisionarenowfacinganoverwhelmingscienceandtechnologyrevolution.TheradioandTVdigitalizationgreatlyaccelerated,manycountrieshavefosteredthedevelopmentofdigitalterrestrialTV.DevelopingdigitalTVhasbeeanestablishedstrategyofthegovernmenttopromotetheinformatizationofthecountry.TheSACissuedin2006thestandardGB20600-2006ofdigitalTVterrestrialbroadcastingtransitionsystem,theFrameStructure,ChannelCodingandModulationinthedigitalTVterrestrialbroadcastingtransitionsystem,whichwasformallyapprovedtobenationalmandatorystandardandrequiredimplementingfromAugust1st,2007.

IthasbeeanundisputedfactthatanalogTVshallbereplacedbydigitalTV.AnalogTVhasbeengraduallyclosedinsomecountries.Intherecentyears,greatprogresshasbeenmadeinChinainaspectslikethewidespreadofcabledigitalTV,directbroadcastsatellite,theissueoftheinternationalstandardofdigitalterrestrialTV,etc.Thus,ChinaiswellpreparedforthegeneraltransitiontodigitalTV.AccordingtotheoverallplanoftheSARFT,analogTVwillbethoroughlyclosedbytheendof2020.ThewirelessdigitalterrestrialTVnetworkisoneofthemostimportantbasiccoveringsystemsintheradioandTVindustry.Chinasetin2006thenationalstandardofdigitalterrestrialTVbroadcastingandformallyexperimentedin2008onthedigitalterrestrialTVbroadcastingbusiness,whichremarksanewstageofChinesedigitalterrestrialTV.TheSARFTspecificallypointedoutintheGuidelineoftheEleventhFive-YearPlanforNationalEconomicandSocialDevelopmentthatthetransitionshouldbepushedfromanalogTVtodigitalTVsothatthedigitalizationofterrestrialwirelessbroadcastingTVcanberealized.Inthepromotionofthenewstandard,itisofgreatsignificancetodoresearchonthedigitalterrestrialTVnetworkplanningandcoveringimplementationtechniques.

PartoneistheintroductiontothenecessityandimportancetodevelopthedigitalterrestrialTVinGuanganCity.ParttwointroducesthepresentstandardsandusageofthedigitalterrestrialTV.Lateresclarificationoftheprinciple,crucialtechniquesandcurrentdevelopmentofthedigitalterrestrialTVstandardDTMB,whichprovidesreferencestandardsforthedesignofdigitalterrestrialTVinGuangan.PartthreemainlyintroducestheformationandbackuptechniquesofthedigitalterrestrialTVtransmissionsystem.ThefourthpartisthefurtheranalysisoftherealityoftheconstructedradioandTVcoveringbasedontheformerchapters.Moreover,designanalysisisdoneofthefrontendsystem,transmissionnetworkandtransmittingsystem.

KEYWORDS:

DigitalTelevisionTerrestrialMultimediaBroadcasting,thefrontendsystem,transmissionnetwork

第一章绪论

第一节课题背景

一、概述

XX地理坐标为北纬30°01′-30°52′，东经105°56′-107°19′，东西宽134.5公里，南北长93.6公里，幅员面积6344平方千米。

XX市呈扇形分布于川中丘陵与平行岭谷两大地形区之间。

纵贯于东南部的华蓥山脉将XX分为两大地貌单元。

全市最高处是华蓥山主峰高登山，海拔1704.1米，最低处为御XX谷，正常水位高程185米，相对高差1519米。

盆中丘陵海拔300-500米，境内中丘、浅丘面积4091平方公里，占全市幅员的64.49%；深丘面积270平方公里，占4.26%；平坝面积509平方公里，占8.02%；山地面积1477平方公里，占23.23%。

全市户籍总人口为471.7万人，其中， 农业人口377.6万人，非农业人口94.1万人；年末全市常住人口323.16万人，其中，城镇人口115.72万人，乡村人口207.44万人[2]。

城乡结合部和广大农村地区的居民居住十分分散，导致有线网络建网成本高昂，加之施工难度大，维护困难，有线电视大规模普及遇到很大的困难，至今的有线电视覆盖率很低。

大部分居住在城郊结合部和农村的居民，仍只能看到部分模拟无线电视节目，画面模糊不清晰而且信号很不稳定，遇到刮风下雨、天气恶劣的情况时，什么节目都看不到。

使用卫星接收不能收看本地未上星节目。

因此，能够看上丰富多彩的、清晰的数字电视节目已经成为了这部分居民的最大愿望。

因此，在农村数字电视的发展和推进实践中，遇到了一些难以解答的疑惑和解决的问题，如何破解这些难题，让数字电视尽快成为城乡居民文化精神生活的一种重要信息载体，已经是摆在广电人面前的一个严峻课题。

我国幅员辽阔、人口众多、经济发展差异很大，在解决农村数字电视问题时，不能简单依靠一种技术手段，而需要根据实际情况，采取不同的解决方案，地面数字电视广播是较好的解决办法之一。

采用地面国标进行无线覆盖的方案具有投资小、建设速度快、组网灵活等优势，可充分利用广电台站资源，快速实现农村数字电视的整转，保证城乡数字电视同步发展。

系统建成后，直接的效果是：

用户可以通过简单的室内或室外天线接收，即可收看多套高质量的数字电视节目，同时还可以收听多套立体声广播节目；

如果采用4个频道发射，可以传输30~40套节目；对于郊区及农村地区来讲，可以享受到与城市居民同等的广播电视服务[3]；

用较小的投资、最快的速度解决局部数字电视覆盖，可有效解决农村覆盖问题。

二、XX地面数字电视发展基础条件

（一）政策环境

地面数字电视是广播电视提供公共服务最基本的方式，是新时期广播电视村村通和户户通的重要组成部分，各级党委政府、相关部门及广大农村群众对地面数字电视是相当欢迎的，大家迫切希望把地方的广播电视节目传入千家万户，更好的服务三农，迫切希望把大量的，地方的，优质的广播电视节目传入农村，让农村居民享受与城市居民同等的文化权益。

XX市各级党委政府高度重视农村广播电视公共服务体系的建设和管理。

一是多年来，严格按照国务院、省政府的要XX施广播电视村村通工程；二是针对广播电视村村通工程中地方广播电视节目难以入户的困难，XX市将地面数字电视工程纳入民生工程；三是成立广播电视村村通工作领导小组，加强对整个工作领导和管理。

XX市各级政府职能部门大力支持农村广播电视公共服务体系的建设和管理。

一是市区县发改，财政，广电等部门按省发改，财政，广电的要求联合发文，就建设任务、建设和管理维护经费、考核验收等提出明确要求；二是积极承担领导小组成员单位的职责，发挥专业部门的作用。

（二）行业共识

XX市各级广播电视台，广电网络公司全力支持农村广播电视公共服务体系的建设和管理。

一是广播电视台积极投入对农广播电视节目的制作。

增强对农服务的能力；二是广电网络公司抢抓机遇，按照广播电视村村通工程分步发展的规划，在确保不亏损的前提下尽量发展有线电视；三是在有线电视发展成本太高的广大农村地区积极发展地面数字电视和直播卫星电视，深受领导和群众的好评。

（三）基础设施条件

我市有省到市有微波SDH干线，市到各区县有1550NM光环网，为省、市、县区三级广播电视信号传输提供了通道。

在市郊的石垭镇有南峰山发射台，作为本市地面数字电视的主发射点，各区县均有本地发射站或中央无线发射站或通信基站，可作为地面数字电视组网建设从发射站。

三、地面数字电视的特点及与模拟电视的区别

（一）地面数字电视的特点

与有线电视、卫星电视等其他电视广播方式相比，地面数字电视具有信息传播安全可靠、抗干扰能力强、维护成本低、传播内容丰富、支持多种接收方式等功能，实现了从“信息到用户”向“信息到个体”的转变。

这些优点使得它很难被其他传播模式所替代，对国家具有重要的战略意义。

国家安全稳定方面可以依赖地面数字电视。

在发生重大自然灾害时，或部分地区发生战争，卫星电视网络和有线电视网络容易被破坏。

此时地面数字电视将显示它的重要作用。

现代工业化国家容易陷入了高风险的危机（包括自然灾害和社会安全事件），在最短的时间内将信息通过地面数字电视传递到国家的各个角落人民，将避免危机的扩大或减少损失。

西方国家在社会应急反应系统的设计和建设中，都将地面数字电视作为国家和人民之间沟通的重要手段。

因此，对于国家安全和社会稳定的考虑，绝大多数国家和地区都强制推广地面数字电视传输标准。

（二）地面数字电视与模拟电视的区别

1.抗干扰能力强

多径干扰问题是地面传输中一个很大的问题，即模拟电视中的重影问题。

通过信道编码、正交频分复用（OFDM）等措施可以有效的克服地面数字电视传播中的多径问题。

2.建设单频网

在同一网络中多台发射机工作于相同的频率同步地发射相同的节目，这种网络称为单频网。

它是数字广播中特有的产物，它的优势是减小单台发射机的功率，减小电磁污染和节约宝贵的频率资源。

3.可支持多种接收方式

与有线和卫星广播相比，地面数字电视信号根据业务需求不同，除可支持传统的固定接收外，还可支持便携接收和车载移动接收。

这是地面数字电视广播所独具的应用。

4.频谱利用率高

随着数据率压缩技术的进步，频谱利用率越来越高。

例如同一个电视频道，可传输一套数字高清晰度电视节目或者6-15套数字标清电视节目。

5.信号损伤表现形式不同

无线广播电视信号在地面传输过程中因为信道特性的复杂和多变性而导致电视信号产生不同程度的损伤。

对于模拟电视而言，传输质量的损伤一般表现为随着干扰和噪声的增加图像质量逐渐变差。

数字电视系统的表现完全不同，当系统达到门限点时只要干扰或噪声略有增加，接收图像的质量就会从接收良好突然下降到完全无法接收。

这种突变的门限现象称为“峭壁效应”[4]。

四、几种收视方式比较

作为有线电视的延伸和补充，MMDS传输系统因为投资小、传输距离远，建设工期短等优点被XX省广电局作为农村覆盖广播电视节目的重要手段。

最近10来年，数字电视技术发展迅速，MMDS传输方式也随之开展数字业务，传输信号波段由从S到U。

但是MMDS数字系统技术是参照DVB-C欧洲标准，由DVB-C的特性就决定了MMDS系统主要应用平原地带，当遇到森林树木、丘陵、湖泊、高楼等有遮挡、反射的环境，传输效果受影响很大[5]。

那如何解决现丘陵地带、边远山区的农村收看接收质量高的电视节目呢？

1.采用MUDS覆盖系统

MUDS系统是用基于有线数字前端的信号，通过无线发射来进行覆盖的数字电视系统。

这是在国标地面数字电视系统标准出台前的一个过渡产品，由于不能有效的解决多径干扰的问题，在复杂环境下的覆盖率受到较大的限制。

目前我国已出台相关政策，明令禁止电视信号再使用MMDS和MUDS技术发射。

2.采用卫星接收

卫星接收无法提供本地化节目，地方政府的积极性不能充分调动起来。

如果大面积用户利用卫星接收广播电视，建设成本高昂，而且会影响到现有的数字广播的推广、发展，不利于广电市场的稳健发展。

3.使用DTMB系统传输信号

DTMB系统是我国2006年公布的地面数字电视国标，我国拥有DTMB全部的自有知识产权。

DTMB传输标准与卫星传播MMDS以及MUDS相比，有很多优点。

信息传输容量大，数据传输码率很高，带宽8MHz的一个频道内，可传输SDTV节目6-15套，HDTV信号1-2套[6]。

DTMB的兼容性强，与我国国情相符合，可实现数字、模拟信号同时传输，建网成本比有线电视低很多、组网速度也快许多。

信息传输可靠性高，传输的节目清晰度高，质量好，收视效果能媲美有线电视信号质量。

在同一发射平台上，接收设备多种多样，有固定的、有移动和手持式的、还可以便携式。

能够实现更大的地面数字电视覆盖X围。

具有可扩展性，不仅支持目前现有的各种电视业务，还融入各种新的通信技术，使其能面向今后技术的跟新发展。

故在本次XX市丘陵山区、以及边远贫困地区的的数字电视广播方案设计中，我们选择了DTMB地面数字电视国家标准。

第二章地面数字电视传输国际标准

第一节基本介绍

地面数字电视在美国、欧洲和日本的发展基本上是同时进行的，由于这些国家的数字电视广播标准化组织都具有强烈的知识产权意识，或多或少地受其它相关标准的影响（例如MPEG2视频和音频编码标准），同时都致力于发展自有知识产权、可以和当地现有的媒体和带宽相兼容的传输标准，从而导致了所制定的数字电视标准之间存在着一定的差异。

美国、欧洲、日本分别制定了三种传输标准（ATSC、DVB-T,ISDB-T）并相继被国际电联所采纳。

我国的地面数字多媒体广播标准（DTMB）在2011年被国际电联接纳为地面数字电视D系统，成为国际电联认可的第四个地面数字电视传输国际标准[7]。

一、欧洲DVB-T标准

欧洲电信协会ETSI于1997年6月正式提出欧洲数字电视视频地面广播（DVB-T）标准-采用多载波正交频分复用技术（COFDM）,载波模式有2K与8K两种模式，其8M带宽内能够传输的有效净比特码率在4.98-31.67Mbit/sX围内，码率取决于编码参数、保护间隔以及调制类型的选择。

DVB-T[8]系统将信道分成许多子信道，将数据通过串并转换，分别在各个子信道上传输。

系统中同时还放置了大量的导频信号，其功率大于数据功率3db。

接收端利用这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计。

同时DVB-T系统还采用OFDM的保护间隔技术，只要多径信号的最长延时大于保护间隔，系统就能有效的对抗多径干扰。

但是同时DVB-T的导频信号和保护间隔占据了占据了大量的有效带宽，使得频带损失严重。

其次，COFDM的细同步算法需要利用导频信号在频域上实现，而导频信号是在DFT之前插入的，进行DFT计算又需要在同步之后才能进行正确进行。

因此，COFDM中的同步需要迭代逼近，存在收敛误差和收敛时间的问题。

再者使用COFDM进行信道估计时，要获得一次全信道估计需要连续的4个COFDM帧，信道估计时间较长，因此对于跟踪快速变化的信道性能并不好。

二、日本ISDB-T标准

日本地面综合业务数字广播（ISDB-T）标准在1995年由日本无线电工商业协会（ARIB）提出。

系统的综合了各种类型的数字内容，可包括从SDTV到HDTV的多节目视频、多节目音频、图形和文本等。

该标准在欧洲标准基础上加入频带分段传输（BST）技术，BST技术是指将地面电视信道带宽分成14个小段，每个小段称为一个BST段。

以6M带宽为例子，则每个BST段带宽为6/14MHz=428.6KHz。

不同的BST段可以釆用不同的载波调制方案和内码编码码率，因此每段都能满足不同的业务需求。

同时这些BST段还能灵活的组合在一起，以提供宽带的服务。

但是该系统在实现业务多样化的同时也付出了相应的代价，如频谱分段传输对系统频率分集性能与净载荷率的影响；釆取以频谱分段为基础实现不同误码率分层传输对系统复杂度的影响；在系统内层采用延时长达数百毫秒交织环节对系统业务同步响应的影响。

ISDB-T的传输方案与DVB-T相似，也是采用COFDM，其性能与DVB-T近似。

三、美国ATSC标准

ATSC标准是由美国的高级电视委员会开发，它采用格形编码的八电平残留边带（8-VSB）调制。

它是按6MHZ带宽设计的系统，在地面信道中能可靠的传送19.4Mbits/s的数据，在有线信道中能可靠的传送38.8Mbits/s。

其图像分辨率为普通电视的5倍。

该系统能够有效的抑制高斯白噪声，对脉冲干扰、相位噪声的抑制能力也较强，具有较低的峰均功率比。

但是同时由于ATSC的设计目标是用于室外固定接收的地面广播和有线分配系统，因此其对移动接收的支持能力较差。

NTSC的接收性能高度依赖于自适应均衡器，当信道中存在多径回波时，通常其均衡器结构需要非常复杂。

ATSC系统最主要的问题在对付强动态多径上的性能较差。

对于时延较小的强多径情况，导频信号受到的影响比较严重，同步出现难，均衡器的性能急剧下降。

在系统中虽然使用了训练序列用以跟踪