包頭市無線數字電視網絡的組成及應用
引言
包頭市是我國北方較大的工業城市，總面積27768平方公里，人口240萬，下轄九個旗縣區，其中五個農牧業旗縣區，人口70多萬，農村、牧區面積為26499平方公里，地域廣闊，地形復雜。既有廣袤的草原，又有連綿起伏的山區；既有居住人口相對集中的農村，也有人員***的牧區。由于地理環境、人口分布和經濟條件等因素的影響，建設貫通全市的農村、牧區有線電視網絡存在巨大的困難。近幾年建設的“村村通”工程，大多以小片有線網為主，節目套數少，信號質量差，而且由于維護管理體制和維護經費的原因，不少出現“返盲”現象。連市區周邊的九原區，許多農牧民也只能用開路的方式接收３-4套不大清楚的無線模擬電視信號。如何從根本上解決農牧民看電視難的問題，建設農村、牧區廣播電視基礎網絡，保障網絡的安全性與長效性，讓廣大農牧民看到幾十套高清晰的數字電視節目，是包頭市廣播電視發展和社會主義新農村建設的一個重要課題。
2004年開始，根據國家廣電總局關于微波數字化技術改造提出的政策性指導原則，包頭市廣電局對原有的三條模擬微波電路進行了數字化改造；并新建了一個數字電視平臺和五個數字MMDS，傳輸56套數字電視節目。初步建成了全市無線數字電視主干網絡，基本構建了農村、牧區廣播電視公共服務體系，取得了較好的社會效益和經濟效益。
無線數字電視網絡作用與功能
包頭市無線數字電視網絡的建設與運行，充分考慮了包頭的經濟實力、地理環境、人口分布和已有的資源，采取不同的接入方式，擴大數字廣播電視和農牧業科技信息的無線覆蓋。無線數字電視網絡實現了以下功能：
（1）促進了邊疆少數民族地區廣播電視的發展，滿足了農牧民群眾的精神文化需求，提高了農牧民群眾文化素養和農村道德風尚，使包頭市的農村、牧區廣播電視提前進入數字時代。同時為包頭市廣播電視村村通工程、社會主義新農村的建設提供了節目、信息和技術保障平臺，構建起包頭市農村、牧區廣播電視公共服務體系。進一步縮小了城鄉信息鴻溝，開辟了農村、牧區科技普及和技能培訓的新渠道。
（2）進一步加強了全市廣播電視安全播出與保障系統，充分發揮出國家安全保障預警體系的功能，提高了防范敵對勢力對廣播電視信號干擾和破壞設施的能力。
（3）按照國家對微波、衛星、光纜三種不同傳輸技術手段的規劃，其網絡建設嚴格遵循國家和行業標準，優化資源配置，確保了無線數字電視網絡管理、維護、運行的安全、穩定和可靠。
（4）無線數字電視網絡建設中，完成了微波傳輸設備的數字化改造，使微波傳輸這個重要的戰略、戰備資源和技術保障手段及其功效得以充分發揮。并且，***在SDH數字微波傳輸電路中的3個高山微波中繼站上，使用微波同頻直放技術獲得了成功。節省了大量的建設和維護經費。為內蒙古自治區5000多公里模擬微波數字化改造積累了經驗。
無線數字電視網絡接入的基本方案
根據包頭市實際情況,全市無線數字電視網絡建設是按照不同地區、不同用戶，通過SDH微波傳輸系統和數字MMDS覆蓋系統，靈活地實現數字電視節目和信息在各旗縣區有線電視網絡、農村牧區有線電視小片網和分散的農牧民用戶的無線接入。
其具體接入方法是：
（1）包頭市九原區及市區周邊的地區，利用市區數字MMDS主發射系統，直接通過數字電視機頂盒，無線接入56套數字電視節目。其網絡系統框圖如圖1所示：復用設備輸出6個45Mbit/s信號，傳輸數字電視節目，節目交換和召開電視會議等。
系統可靠性：電路傳輸可靠性按99.9％設計。無人值守，并且有遙監、遙控功能。
工作頻段：電路頻率選用微波6GHz的6460—6880MHz頻段。
波道配置：遵循信息產業部《1-30GHz數字微波接力系統容量系列及射頻波道配置方案》。包頭-固陽-白云-達茂為1、3波道，包頭-東河-土右為2、4波道，包頭-石拐為5、9波道。
接口速率：數字系列比特率等級，網絡節點接口和復接結構符合G.707、G.708、和G.709標準。各級接口的物理/電器符合G.703要求。在三次群速率一下，以45Mb/s與2Mb/s接口為主。45Mb/s接口用于數字電視信號，編碼方式為MPEG-2；2Mb/s接口用于廣播信號及數據接口，廣播信號編碼方式為MUSCAM。數據接口標準按相關國標。
網管功能：網管系統具有故障管理、運行管理、配置管理、性能管理和安全管理功能。
數字微波傳輸系統設備組成如下表：
4.1.2SDH數字微波傳輸系統主要技術指標
傳輸容量：主通道：1×155Mbit/s，路旁業務：2×2Mbit/s。調制方式為64QAM。解調方式為相干解調。中頻頻率70MHz。發信機輸出功率：標準功率≥29dBm，高功放≥32dBm。收信機噪聲系數≤1.5dB。接收機門限電平≤-76.1dBm，BER≤10E-03≤-74.6dBm，BER≤10E-06。
4.1.3數字微波同頻直放系統
包頭無線數字電視網絡在SDH數字微波傳輸系統建設中，由于經費緊張，***在地處群山之中的微波中繼站上，使用微波同頻直放技術獲得成功。節約了大量的建設和維護經費。其系統組成框圖如圖4所示。
微波同頻直放設備主要用于接收、放大該波段微弱的數字微波信號，要求系統具有低噪聲、高增益、動態范圍大、性能穩定可靠、適應環境溫度能力強的特點。為保證整個數字微波傳輸系統的誤碼率指標，微波同頻直放站必須要有較大的功率輸出，較高的三階互調（三階互調指標***≥40dBc）。據此要求，在其微波發信模塊中，采用了功率回退技術。即功率輸出回退10dB（P1dB在小于或等于25dBm左右）使用，均能很好的傳輸數字微波信號。
通過實踐證明：采用適當的功率回退，既可提高功率放大器的線性指標，也能滿足傳輸數字信號的非線性失真指標要求。直放站主要技術指標如下：
工作頻率6460—6880MHz。總增益≥50dB。系統噪聲系數≤5dB。微波功放輸出功率P1dB=36dBm。天線端口輸出功率P1dB=34.5dBm輸出功率，P23dBm時三階互調≥40dBc。 #p#
4.2數字MMDS系統
無線數字電視網絡中，數字MMDS系統包含數字前端系統、數字發射系統、傳輸系統、用戶接收系統和用戶管理系統。
4.2.1數字前端系統
無線數字電視網絡中，數字電視節目平臺是按照DVB-C數字電視廣播有線傳輸標準建設。由信號源、信源編碼、多路復用、條件接收加密控制、QAM調制器組成數字MMDS的DVB-C前端系統。其前端系統中，數字衛星節目經TS流衛星接收機轉換為MPEG-2/DVBTS流；加密衛星節目經解碼再編碼轉換成MPEG2/DVBTS流；其它信源通過編碼生成的MPEG-2/DVBTS流。以上各路TS流均經過復用加擾，分別輸出至SDH微波傳輸系統和市區的主QAM調制系統。SDH數字微波傳輸系統主要解決數字電視平臺與旗、縣、區有線電視網絡的聯網及無線覆蓋；市區的主QAM調制系統輸出中頻IF信號送至數字MMDS發射機，完成市區周邊農牧區的廣播電視覆蓋。
各組成部分的主要性能、技術標準及數量如下表：能夠接收QPSK調制，提供模擬視音頻信號。能夠接收QPSK調制，含MPEG-2數據流的衛星信號，輸出ASI傳輸流，帶有解碼功能，提供模擬視音頻信號。支持4:2:0MPEG2MP@ML視頻編碼視頻數字時基校正輸出TS速率1—20Mbps支持SDI數字視頻輸入，CVBS模擬復合輸入，Y/C視頻輸入。支持IP輸出和E3/DS3輸出，便于與非線性編輯和數字化播出設備接口，開展網絡電視可對輸入的實時視頻復用和再復用功能，能夠將8個輸入口的單節目傳輸流（SPTS）或多節目傳輸流（MPTS）復用成一個多節目的傳輸流（MPTS）。而且內置加擾模塊，可以進行DVB通用加擾，符合同密標準。通過外部的網管軟件，可以在安裝瀏覽器的計算機上進行遠程管理。基帶信號和附加數據的復用符合ISO/IEO-13818標準。傳輸加擾復用器輸出接口為DVB標準的ASI接口。與CA和網管相連的部分支持TCP/IP協議，采用RJ45以太網接口。
4.2.2數字發射系統
數字MMDS發射系統由數字發射機、頻率基準源、頻率合成器、饋線與天線構成。數字發射機使用MMDS的標準頻段2535--2599MHz，8個頻點占用帶寬64MHz。每個8MHz帶寬的模擬電視頻道發射7套壓縮的數字電視節目。數字MMDS發射機選用相位噪聲小于-110dB、模擬/數字兼容的全數字美國ITS-5523數字MMDS發射機，其發射功率10W。同時增加了ITS-506010M頻率基準，提供雙內部晶振和雙外部參考輸入，用于解決主基準工作失常時，系統自動切換到備份參考源，確保數字MMDS系統不間斷工作。頻率合成器則選擇帶內頻響平坦度和群時延特性好，帶外抑制很陡峭的美國ITS-8750頻道合成器。天饋系統使用上海26所生產的饋管和美國安德魯縫隙天線。天饋線的功率容量比數字MMDS發射機的平均功率大5倍。
無線數字電視網絡中，數字系統的前端和主發射機設在市中心，共傳輸56套數字電視節目。主系統的TS流經過復用加擾，一路TS流送至64QAM調制器，調制后的中頻信號輸出到市區的數字MMDS單頻道發射系統，并經市區同頻差轉發射（距離主發射中心35公里），覆蓋市區全部以及周邊的九原區；同時經過復用加擾后的另一路TS流，通過碼流變換和復接設備，接入無線數字電視網絡中的SDH微波傳輸網，傳至偏遠旗、縣、區廣播電視網絡。
此時TS流再通過碼流變換和復接設備，在接入當地有線電視網同時，又通過微波站QAM調制器和數字MMDS單頻道發射機，再次對旗、縣、區進行無線發射覆蓋。
主發射系統輸出電平值、插入損耗及接收電平值如下：
QAM調制器采用64QAM，符號率為6.875Ms/s，輸出頻率為36.15MHz，輸出電平為-13—23dBｍ。數字發射機輸出電平為40dBｍ，相位噪聲優于-110dB。頻道合成器單支插入損耗為1.2d，系統損耗為1.2+0.04×n（n為頻道數）。波導損耗為1.9dBM/100M，140米總損耗為2.7dB。HM12V縫隙天線增益為13dB，全向垂直極化。整個系統從發射機到發射天線共6個接頭,每個接頭的損耗按0.5dB計，共3dB。
用戶接收端接收電平（接收天線及下變頻的增益按55dB計）為：
P2=PT+GT-L頻道合成器-L接頭+G下變頻器+接收天線-92.4-20Lgd-20Lgf
其中：P2為接收電平，PT為發射機輸出電平，GT為發射天線增益，L頻道合成器為頻道合成器插損，G下變頻器+接收天線為下變頻器+接收天線的增益，92.4-20Lgd-20Lgf為自由空間損耗，d單位為公里，f單位為MHz。
包頭市無線數字電視的優勢
包頭市無線數字電視網絡經過兩年多的運行，其優勢體現在：
（1）無線數字電視傳輸方式，非常適合偏遠的少數民族地區廣播電視網絡建設，避免了有線方式在跨越高山、河流等所帶來的困難，建設和運維成本都比有線的成本低，性價比高。
（2）無線數字電視網絡應用靈活廣泛，既可以實現干線傳輸和有線電視聯網，又可作為用戶分配網，直接接入到用戶數字電視機頂盒。利用CA和SMS系統，完全解決了用戶管理和收費難的問題。用戶端的建設費用投入少，安裝調試容易，價格低廉。
（3）無線數字電視系統在發展方面***靈活性和可擴充性，可根據用戶需求進行系統設計或動態分配系統資源。傳輸節目套數可由少到多，規模可由小到大，逐級發展，不會造成資金或設備的浪費。
（4）數字MMDS在微波波段傳輸，各種建筑物對其吸收大，反射波弱。數字電視圖像不會出現雪花、網紋、圖像模糊等模擬電視圖像常見的現象，在信噪比相同時，數字傳輸要求的載噪比門限值約比模擬電視低20db。根據數字電視傳輸的峭壁效應，只要保證誤碼率不超過門限，數字電視就不會產生失真，其圖像質量好，傳輸距離遠,無積累影響，無中繼傳輸可達近百公里，中繼傳輸可達幾百公里。
（5）數字MMDS系統采用MPEG-2數字壓縮方式，在原來只能傳送1套模擬電視節目的8MHz帶寬內，可高質量地傳送4-8套數字電視節目，提高了頻譜的利用率。
結束語
包頭市農村、牧區廣播電視無線數字電視主干網絡建成后，傳輸56套高質量的數字電視節目，目前已解決了1萬多戶農牧民看電視問題。下一步，將充分發揮數字無線電視網絡資源優勢，加快網絡建設，擴大有效覆蓋。在提供豐富電視節目的同時，增加農牧業科普知識、農牧業技能和農牧業科技信息等多種本地化、信息化服務，確保農村、牧區廣播電視公共服務體系長期有效運行，更好的為建設社會主義新農村服務。
【編輯推薦】
