地面数字电视广播覆盖方法和覆盖模型的研究

地面数字电视广播覆盖方法和覆盖模型的研究出处：依马狮网作者：本刊编辑部责任编辑：日期：2007-8-2812:00:30所属期刊：200708[编者按]随着国家地面数字电视标准的出台，为了更好地配合各地开展地面数字电视广播业务，广播科学研究院在分析基本传播模型ITU-RP.370、ITU-RP.1546、ITU-RP.526、Okumura－Hata特性的基础上，借助北京、广州、深圳等地搭建的地面单频网广播系统，通过专用覆盖预测软件，采用不同传播模型，对北京等地地面数字电视广播系统覆盖场强进行了理论预测；并结合北京单频网的23万个实测数据，通过计算不同传播模型下预测值与实测值的均方差，将实测结果与预测结果进行了对比分析，提出了适合我国地面数字电视移动接收时覆盖场强预测的传播模型。2006年8月30日，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》，8月18日正式批准成为强制性国家标准，今年8月1日起正式实施。“地面数字电视广播覆盖的研究”项目由国家科技部下达。该项目的研究内容是地面数字电视广播的覆盖方法与覆盖模型，其目的是为我国地面数字电视广播标准、频率规划标准应用提供基础依据。1．影响覆盖效果的因素地面数字电视广播是一个系统工程，从前端、传输到接收是一个整体，覆盖效果与此三大模块的设备指标、参数的选择、组网方式、接收方式等等诸多因素息息相关。从前端来说，节目的质量、信源编码的质量、码率不能溢出等限制；从发射端来说，发射机的输出功率、馈线损耗、发射天线的增益、发射塔的高度、天线的高度、极化方式、发射频率、信道调制方式的参数选择等；从接收端来说，如接收机的灵敏度、接收天线的增益、高度；接收方式是固定、便携还是移动；覆盖区的地理环境：平原，山丘等；城市建筑物的特点：楼群的疏密程度、高度、材质等；以及覆盖区域的面积、气候条件等等诸多因素。（1）发射参数发射机输出功率大、馈线损耗小、发射天线增益大、发射天线高度高，覆盖范围就越大。（2）发射频率发射频率越高，光学特性越强，电磁波对建筑物的穿透特性以及经由窗口进入建筑物或汽车内部的绕射能力越弱，覆盖阴影衰落越严重，室内接收效果越差；发射频率越高，水、湿地、树林等对无线数字信号的吸收越大；发射频率越高，多普勒频移越大，越不适宜高速移动接收；目前，UHF频段的低端，电磁干扰严重，根据国外有关专家的意见，一般选在550－700MHz较为适宜。特别在水多、湿地、树林多的南方城市，工作频率设置在低端较为适宜。（3）极化方式水平极化天线具有良好的远区场强分布，在同样的发射功率下可以覆盖更大的范围，所以发射天线基本上都是水平极化天线。但是，水平极化天线的近区场强分布劣于垂直极化，特别是在潮湿、多水、多树林等环境条件下；另外，由于垂直极化接收天线很容易实现，环绕效应强；因此在移动接收时垂直极化的天线更合适。而且垂直极化天线接收机端可以采用结构简单的鞭状车载吸盘天线，其好处是，除了可以解决雨雪天气下接收性能恶化的问题，还便于车载安装，降低接收端的造价等。（4）接收参数接收机灵敏度越高、接收天线增益越大、接收高度越高，接收效果就越好，SFN的有效覆盖面积越大。（5）信道调制参数这里以多载波传输标准为例，讨论传输标准参数对网络覆盖效果的影响。载波数目的选择将影响单频网规模的组建大小、移动接收的车速。调制方式的选择将影响可传输的节目套数以及接收效果，二者互为矛盾，可传输的节目套数增大，接收效果就会降低。编码率的选择将影响可传输的节目套数以及接收效果，二者互为矛盾，可传输的节目套数增大，接收效果就会降低。载波模式和保护间隔决定了单频网发射机间的距离，即单频网的规模，组网设计时必须考虑这一点，才能确保单频网的同步。2．地面数字电视广播覆盖方法（1）单频网的组网模式从原理上来说，单频网和多频网具有相同的组网模式（网络拓扑结构），即由主要发射机和必要的辅助发射机构成。SFN的实现结构分为两类，即“开放式”和“封闭式”网络。两类网络都假定设计为在覆盖区边界可以提供最低欲收场强。在开放式网络中，对覆盖区以外的辐射电平不作任何限制，在少数情况下，开放式网络仅由单个发射机构成。在封闭式网络中，在不影响覆盖区以内服务的同时，降低覆盖区以外的辐射电平，在覆盖区边界附近的发射站使用方向性天线即可做到这一点。理论上来说，组网模式有两种，一种是等边六边形；一种是等边三角形。六边形组网模式用于大面积的单频网设计，例如省级单频网设计；三角形组网模式用于小面积的单频网设计，例如城市环境下的单频网设计。这两种基本组网模式的提出是以单频网中的发射机高度相同、发射功率相等为前提条件，这种网络称为“一致性”网络。如下图所示，它是由七个发射台（机）构成的单频网，周围六个发射台发射功率相同，发射台之间连线构成等边六边形，另一个发射台处于六边形的中心，通常为小功率发射站。周围六个发射机采用指向中心的定向发射天线，中心发射机的天线是全向的。六边形的面积便是SFN的覆盖区，形成一种封闭式结构。如果需要大范围的地面覆盖，可以由许多六边形单频网拼结，像蜂窝那样，构成一个扩展的单频网。如下图所示。如下图所示，它是以覆盖目标的中心为重心的，由三个发射台（机）构成三角形单频网，三个发射台发射功率均等，发射台之间连线构成等边三角形，三个发射机采用指向中心的定向发射天线，三角形的面积便是SFN的覆盖区，形成一种封闭式结构。如果需要大范围的地面覆盖，可以由许多三角形单频网拼结，像蜂窝那样，构成一个扩展的单频网。如下图所示。（2）实际组网方法在实际组网过程中，地形不可能均是规正的，在参考组网模式的基础上，根据当地的地形、地貌、现有模拟发射台站资源等，可对上述参考模式做灵活的应用，下面阐述三种实际组网模式：大功率发射点均衡分布：对于地形规正的地区，例如北京市区，覆盖目标是北京市区五环内，重点是北部地区，该区域地理特征是高楼林立、大而方正，因此该区域单频网的组网方式可以采用均衡分布式，多点小功率蜂窝式：对于长条形地区，例如深圳市区，覆盖目标是深圳市关内，该区域的地理特征是细长条形，需要避免对香港造成同频干扰，对边界控制能力要强，因此该区域单频网设计方案可采用接力型、小功率、多点式的蜂窝状线组网方式，单点大功率，多点中功率辅助：对于异形地区，例如广州市区，覆盖目标是广州市行政区域内，该区域地理特征是地形复杂，地势自北向南降低，因此该区域单频网设计方案可由单点大功率、多点中功率辅助组网模式。（3）广播信号不良接收地区的解决方法除了采用各种抗衰落的调制解调技术以外，还可以通过加大发射机功率、压低接收机噪声、提高天线增益、升高天线挂设高度、分集接收、补充覆盖等几个方面改善：从网络端考虑，可以有以下几种选择方式，其原理是通过增大该区域的接收功率实现。适当地加大发射机的有效输出功率：这一措施对各种原因造成的慢衰落有显著的效果，适用于小范围的不良接收地区。为了提高接收点的场强，扩大服务范围半径，增加发射机的功率和增大发射天线的高度都是有效办法，但必须从实际出发综合考虑。采用缝隙填充器进行补充覆盖：在小