【摘要】 四川电视塔地面数字电视系统主要包括前端信源编码系统、无线发射系统、监播系统。结合流程图对信源编码部分的设计做了阐述；对发射系统进行了介绍。为当前国标地面数字无线覆盖提供一种借鉴。
【关键词】 地面数字电视 编码器 复用器 激励器 发射机
川台地面数字电视机房位于成都市猛追湾电视塔。四川电视塔海拔480米，塔高339米，为成都市最高建筑，用于对成都市区、郊区、周边市县及边远山区提供广播电视信号无线覆盖业务。
2012年，为加快构建技术先进、传输快捷、覆盖广泛的广播电视传输覆盖新体系，整合相关资源，机房采用国标DTMB，使用2个频点传输发射26套电视节目。新技术的使用，极大提升了川台的广播电视公共服务质量和水平，为成都周边广大人民群众获取新闻信息、享受精神文化生活提供了重要保障。
作为一个无线地面数字电视系统，遵从坚持公益性和效能兼顾的原则，我们需对信道、信源进行合理规划。
首先是信道参数的选择。国标系统中较多使用总局推荐的第5种模式。由于本系统每个频点传13套电视节目，要保证画质清晰，在分辨率、帧率固定的情况下，采用16QAM容纳不了那么多节目，我们选择了32QAM。高阶调制，虽增加了接收门限，但提高了系统净码率，增加了节目容量，并保证在意向覆盖区内用户的接收不受影响。
其次是信源编码参数的选择。编码设备为汤姆逊设备，采用H.264编码。为了充分保障画质，我们对多种码率编码方案进行了认真测试比对，最终本系统选择2Mbit/s视频码率。通过合理规划，我们利用较少的频点，传输了更多的节目，通道效率大大提高。
该地面数字电视系统的信源编码参数、信道参数见下表：
表1 系统信源编码参数、信道参数
以下从前端、发射、监播几个环节对四川电视塔地面数字系统进行介绍。
一．地面数字电视前端系统
整个系统节目规划为26套节目，两个频道，一个频道传输13套节目。视频采用H.264编码，每套视频编码码率1.95Mbit/s；音频采用MPEG-1 LayerⅡ，码率64kbit/s。节目及PID参数见下表。
表2 节目编码参数
采用H.264编码原因有两个：一是机房现有设备为H.264编码设备，为了节省资金的需要；另外一个原因是在目前广电系统主流的三种编码标准中，MPEG-2编码效率太低，H.264、AVS+这两种编码效率较高，可以达到MPEG-2的2-3倍，在低传输速率下图像质量有了长足进步，而AVS+在市面上机顶盒较少，普及存在一个过程，故最终我们选择H.264的编码方式。H.264在分辨率为720ⅹ576的标清模式下，帧率25，平均码率在2Mbit/s就可以达到MPEG-2 的6Mbit/s以上的效果，图像画质可达标清模式下的广播级图像质量。因此系统每套节目视频加音频总码率设定为2.0Mbit/s。
1．信号源
机房信号源包括省网络公司的SDH信号、彩电中心光纤信号、卫星信号、省网光纤数字有线信号。不同路由的信号保证了节目源的稳定可靠。节目源路由信息见下表。
表3 各路节目信息
2．前端设备及信号处理流程
前端系统设备主要有光接收机、适配器、信号2切1设备、信号分配设备、卫星综合接收机、解码器、汤姆逊EM1000编码器、汤姆逊N9030复用器、网管系统、BVCOM监播系统等组成。前端系统拓扑图见下图。
前端系统拓扑图
信号的处理流程如下：
首先不同路径的主备信号源经过适配、光接收、卫星接收，输出TS流信号，TS流信号经过各二切一设备，实现了主备信号的切换，切换后的TS流信号被送到信号分配板卡；经过分配的TS流信号被送到26路解码器进行解码，每台解码器输出两路SDI数字视音频信号，一路进入相应的EM1000编码器进行信号编码；另外一路信号被送到32×32矩阵，矩阵的作用是为备用编码器提供信号源，当主用编码器故障时，矩阵输出故障编码器的4路信号源给备用编码器，备用编码器自动替换故障编码器。
一台EM1000编码器编码可以编码4套节目，输入接口支持SDI、AV；输出接口支持两路ASI输出、IP输出。本系统每套节目视频码率为1.95Mbit/s，音频为64Kbit/s，编码器输出两路TS信号，分别送到两台主备汤姆逊N9030复用器。汤姆逊N9030复用器输入有16路ASI接口，6路ASI输出口，还可以自定义进行输入输出口。26路编码信号进入主备复用器后，复用成两路TS流信号，一路川台信号包，另一路为中央台信号包。在这个环节，需精心调整各编码器编码码率，保证复用器输出的两路信号码流在26.2Mbps左右，剩下的留着系统和通道保护，防止通道码流溢出。
主备两台N9030复用器输出的中央包、川台包信号被送到2切1系统，实现主备编码后信号的切换，输出TS信号被送到发射机。
二．地面数字电视发射系统
1．国标地面数字电视发射系统的构成。
地面数字电视发射系统的典型拓扑图如下：
发射系统拓扑图
首先前端系统送来的TS流信号经过扰码器（随机化）、前向纠错编码（FEC），然后进行比特流到符号流的星座映射，再进行交织后形成基本数据块，基本数据块与系统信息组合（复用）后，经过帧体数据处理形成帧体，帧体与相应的帧头（PN序列）复接成信号帧（组帧），根据帧地址组帧单元构建与绝对时间日、时、分、秒同步的复帧结构，经过基带后处理转换为输出信号（8MHz带宽内）。该信号经过上变频转换成指定频率的射频信号，经过功率放大器，带通滤波器滤波，经天馈将射频功率信号转化为电磁波辐射到千家万户。
2．R/S NH8600发射系统
四川电视塔地面数字发射系统采用德国R/S（罗德施瓦茨）公司大功率液冷数字发射机，其中21频道、27频道、备机的发射机均为R/S NH8612EC系列发射机，可实现覆盖成都市半径80KM左右，收视效果良好。
NH8612EC发射机
每套德国R/S的NH8612EC系列发射机由两个机架设备、散热系统水泵、室外热交换器构成。机架设备上包括一台激励器、一台NETCCU、一台机架控制器、12台功放单元。另外在备机左侧上端多了一台NSU设备，用以实现N+1。
核心设备为激励器和功放单元，用以实现国标DTMB信道调制、预校正、信号放大的相关功能。系统参数和设备工作参数可以通过NETCCU在本地或者远程计算机上，利用图形界面进行交互操作，如系统时间、网络设置、发射模式、输入输出接口的选择、信道参数、预校正、激励器输出电平，以及输出级功率、报警门限、水泵单元冷却液的流速设置等等。涉及内容较多，不做介绍。下图为发射机网管系统截图，通过它可以完成上述相关设置和系统状态监控。
发射机网管截图
3．发射系统备份
发射系统的备份采用4+1架构。除了现使用的21、27频道外，还规划了32、49频道。机房采用了5台R/S数字液冷发射机，四台发射机运行在不同频道，一台发射机时刻处于备份状态。当有工作发射机出现输出功率低于设定门限功率、反射故障告警、冷却系列故障、无输入信号、其他硬件故障时，备份发射机立即将频率及工作参数变化到故障频道上进行播出。N+1系统架构的使用，减少了备机数量，降低了设备投入，保障了设备的可靠性。其拓扑图如下图。
4+1系统拓扑图
4+1系统通过设备NSU进行管理，以下为网管软件截图，A1为21频道、A2为27频道、A3为32频道、A4为49频道、B为备机。设备故障时，系统会自动切换到备用发射机，也可通过网管手动切换。
4+1系统网管软件
4．系统指标把控
R/S激励器按国标要求采用了预校正技术，对进入功放的信号提前进行幅度和相位的预失真，实现了信号失真补偿控制，改善了发射机的输出信号频谱特性，保证了发射机信号能处于高指标状态。
在功放单元，多载波模式下很容易产生非线性失真，采用功率回退可以克服线性失真，但又会牺牲放大器的效率。R/S发射机采用大功率横向扩散金属氧化物半导体晶体管（LDMOS），使放大器具有较好的温度特性、高增益和较高的过激励，提升了整机效率；LDMOS管的增益曲线较平滑，特别适合多载波数字信号放大，失真小，而且够覆盖整个UHF波段，使得发射机功放通用性及指标把控大大加强。
通过R/S公司的专业测试设备ETL测试，21频道（538MHz）、27频道（626MHz）在7.2KW、6KW、3.6KW三个功率等级下，所有指标均满足国标要求，实际测试参数全面优于国家标准。在运行中发射机工作在3.6KW状态，已完全满足对用户端的覆盖。
下图为发射机检测口，带通滤波器之前的测试值：指标整体优异。
21频道带肩（-39.2dB）
21频道传输性能参数
21频道星座图（32QAM）
三．监播系统
监播系统采用了BVCOM智能监播平台。该平台可以实现对主备信号源、编码后的H.264信号、回监信号进行系统监测监视。通过信号采集板卡，多画面服务器，把节目显示在电视墙。还可以通过软件实现图像层、码流层（TR101-290的3级）报警。具备异态录像存储、节目录制、报警信息查询等功能，有力地保障了系统的安全运行。
四．总结
四川电视塔无线地面数字电视系统，从2013年开始运行，系统运行稳定可靠，各项指标完全合格，达到预期效果，以四川电视塔为中心，覆盖半径达80余千米。下图为场强覆盖示意图。
系统为覆盖区域内广大用户，提供了稳定可靠的地面数字电视信号，提升了川台的广播电视公共服务质量和水平，为成都周边广大人民群众获取新闻信息、享受高质量的精神文化生活提供了重要保障。