(接上期)
三. 地面数字电视广播工程的分部工程
地面数字电视广播工程是个复杂的系统工程,并非以建设一套数字发射设备就能实现的。按照地面广播系统工程的特点,以3个分部工程统筹策划一个地面数字电视广播工程,不仅合理,而且可行。分部工程的构成和它们的建设内容分别是:
1.发射系统与广播覆盖网(SFN)
发射系统是构成SFN网络覆盖的基础。任何一个城市或地区,地形地貌均不尽相同,这就需要在准确测试的前提下对发射台(站点)进行选址。SFN组网的发射站点选址是一项细致而又直接影响接收效果的重要工作,为保证在城市的任何环境下都能实现对高清节目的室内直接接收和标清节目的户外移动接收,发射系统的选址和功率确定都应经过严格的计算和图上作业。发射系统由激励器、同步适配器、主发射机、辅助发射机、天线阵和内容配送网络所组成。
(1)主导发射台(站点)
在发射系统中,应区分主/辅发射台(站点),配置覆盖区域内的发射机,但无论主、辅发射机都需要以适配器实现全网与全系统的同步。
主发射机配置主、备发射机、同轴开关、假负载。以沈阳市为例,主发射台设在沈阳市广播电视塔上。由辽宁电视台数字媒体中心经SDH传输来的传输流馈送发射机前端。经国标的激励器和调制器完成信道编码调制,调制信号经上变频到发射频率,经过功率放大后由发射机输出。主/辅发射天线经实测以选择垂直极化方式为佳。
为了确保服务质量和安全播出,主发射台(站)一般设为有人管理台站,并在主站中心机房设置系统接收和内容监控系统,它是由接收天线、数字接收机、显示器和实时监控报警系统所组成。
(2)辅助发射台(点)
辅助发射台(站点)的选址需要根据现场实地测试的参数为准,既要保证接收信号场强,还要保证对误码率的适当宽容度;每个台(站点)都需构成一个基本单频网系统,辅助发射机可选用固态数字电视发射机,配置双数字激励器、输出带通滤波器、同轴开关、假负载,以及包括GPS的SFN适配器,确保单频网上传输同步。另外,还需在辅助发射台(站点)上的发射机房内安装传输接收终端(或相应系统),以保证广播发送的节目内容和传送监看设备、UPS电源和其它附属设备。选址后的建设期内,可根据建设中的实测覆盖情况,以同频直放方式对盲区进行补点发射。辅助发射台宜采用无人值守工作方式。
(3)国标发射系统基本参数配置
在国标地面发射网络中,提供C1~C8的8种可选模式,其中模式C1、C4、C6和C8为C=1的单载波,模式C2、C3、C5和C7为C=3780(即4K模式)的多载波。当选择C=1模式时,并不会像美标ATSC/8-VSB那样不便于组建单频网,而国标的单载波工程实例先于加拿大和美国实现了单频组网应用。它的工程实测有效比特率要比C=3780模式高出6.2%,而实测门限值还要低约3dB。因此,它更适合于高比特率的主流电视业务。考虑到移动接收时对单载波不利因素,C=1时高低码率只推荐编码效率为0.8的LDPC码(Low-Density Parity-check Code,低密度奇偶校验码),来保证稳定的接收。
当选择C=3780模式时,由于它只有4K一种模式,就不会出现2K、4K、8K模式的共存,也就不会出现不同覆盖区之间人为造成的邻网接收不兼容。而C=1与C=3780模式都可以根据需要选用QPSK、16QAM和64QAM三种数字调制方式。虽然,采用64QAM时净负荷码率的理论数据最高,但此时的接收载噪比C/N门限值相对要求也最高,辅助发射台(站点)的分布就必须相对密集,因此,如果在效果与投资二者间做以折衷,以采用16QAM较为适宜。尽管16QAM对C/N门限值要求也较高,但经过实测,在合理组网的前提下,仍能保证在覆盖区域内可靠接收。16QAM不仅频谱利用率较高,能传送更多套的数字电视节目,而且可以提高运营效果,以实现多节目多业务的广播服务。在C=3780的单频网中,选择1/9(56.56μs)的保护间隔,以兼顾移动与固定两种接收方式。表二列出了采用国标的发射系统参数设置的主要可选项。
根据广电总局对国标地面数字电视广播工程应用的实测结果,国标是全球唯一可以用单天线支持高清移动电视广播的标准。表三、表四分别列出了采用C=1或C=3780时的发射系统部分设置参数的推荐选项内容,以此基本参数应用于标清数字电视移动/固定接收兼有的业务为主,伴有高清数字电视固定接收业务,在大范围广播组网覆盖的主用工程,可以获得最佳的工程投资效果。
2.数字媒体中心(DMC)
DMC应该包括高清和标清数字电视节目制作、播出、监控和管理,国标特别针对传输高清节目而设计,因而它少不了应用于高清的内容体系。DMC的子工程是由2部分所组成,一部分是人们通常很重视的前端系统,它包括信源编码复用及数字电视广播、多媒体广播和数据广播增值服务播控系统。这一部分大多表现为前台的服务设备,其中像数据增值业务服务的播控系统和业务管理系统,虽然国外成功经验证明它们很可能是未来效益的增长点,但也未能引起人们的普遍重视,因为它毕竟是数字化以后的产物,新型的商业模式还需要人们逐步地认知。另一部分是依托于数字媒体资产管理系统的后台业务服务和管理系统,这一部分往往不为人们所重视,它主要包括节目制作、在线编播、实况转播、实时监控、内容管理、质量管理等一系列与生产管理相关的运营机制。然而,恰恰是这一部分,构成了DMC的心脏和周身血脉,从而使得DMC具备了茁壮成长的内力。
前端系统的主要任务是:对视/音频节目进行MPEG-2压缩编码,对多媒体、信息数据增值服务信息进行打包复用,对其它数据进行协议转换,并将需要广播的多路码流进行复用。复用后的码流经过单频网适配处理,最终传输到单频网的各个发射点,进行同步调制并发射。
后台业务服务系统的主要任务是:对海量的自编节目与外购节目进行管理和调度使用,并按市场需求和播出计划,对各种类型的节目进行分级分类的内容管理,上传、编排和控制节目内容的播出序列,实现安全可靠的节目播控和业务运行。
在采用国标的DMC中,与模拟系统相比,需要新增的主要设备是:
(1)信源处理系统,它包括MPEG-2编码器及传输再复用设备等;如果应用于高清节目广播,还需互为备份的高清MPEG-2编码器、下变换处理器等;由于国标AVS是特别针对高清传输而设计,有必要用于高清的试验播出,深圳市腾辉科技有限公司能够提供美国Envivio公司开发并上市的国标AVS编码器,它将大大提高广播信道的利用率。
(2)信道、信号控制与调度系统,它主要由ASI码流切换矩阵组成,所使用的路(线)数需视节目规模而定,用于在规定时间、或规定节目、或规定频道之间进行必要的内容切换,特别保障在特殊条件下的应急切换,以提高安全播出的安全等级。
(3)EPG及数据广播增值服务系统,它应包含数据服务器、视频服务器、互动接入网关、基于国标的打包机、管理系统、授权系统等。实现多媒体广播、信息数据的下发和互动。
(4)SFN同步适配器以及来自全球卫星定位系统(Global Positioning System,GPS)时间和频率的同步基准,它实际上就是一个巨型帧的初始化数据包(Megaframe Initialization Packet,MIP)插入器,它能够在传输流中按照载波的整数倍构成巨级帧(Mega Frame),同时周期性插入初始化数据包(Initialization Packet),MIP插入到每一个巨型帧的位置,直到插入第n个巨型帧的MIPn位置,使得系统可以通过搜索指针来确定第n+1个巨型帧的起始位置。这样,各个SFN网上发射台都可以根据同步时间标志(Synchronous Time Stamp,STS)和最大延时等系统传输参数,保证在任意时间内对所有数字基带信号都能在时间和比特上保持同步发射。
SFN适配器需要选用GPS信号为同步基准,GPS输出要求能够提供10MHz 基准频率信号和1pps时钟信号,精确度可达到1E-12,稳定度可达到24小时内保持1E-11以上的量级。在单频同步网中,1pps时间被分成以100ns的步进模式,确保在传输网络中任何一点都可以直接获取基准时间,以实现收/发端适配器的精确同步。
SFN适配器可以说是SFN工程设备的主件,加拿大UBS公司是全球单频网首选的适配器制造商,比如它的PT5779产品是全球应用最广泛的同步适配器。致力于推广国标的凌讯科技公司已经与UBS进行了直接合作,目前UBS已经能够提供用于国标的SFN适配器;除此之外,在IBC2006欧洲广电展览上,法国Teamcast公司第一个推出了符合中国国标的地面数字电视广播调制器,在CCBN2007上北京数码视线公司(Digital Horizon)与Teamcast合作,推出了符合国标的适用于SFN地面广播的系列产品,包括