地面數字電視單頻網重疊區信號分析

■ 廣西廣播電視技術中心賀州分中心：黃華東

地面數字電視單頻網是指位于不同地點的發射機以相同的頻率、發射相同節目，實現對一定區域的信號覆蓋。在單頻網中，地面數字電視重疊區的信號接收是一個非常重要的環節，它直接影響到用戶正常收看電視節目。如果單頻網信號不穩定，重疊區域出現同頻干擾，會導致的信號質量降低、出現馬賽克等問題，嚴重時用戶無法正常接收電視節目。因此，地面數字電視單頻網重疊區信號分析與處理技術的研究具有重要意義。在這種情況下，地面數字電視單頻網重疊區的信號接收不僅要考慮到信號強度，還要考慮到信號同步的問題，以保證用戶的收視效果。

1. 數字電視單頻網重疊區的信號特征

1.1 信號強度的變化

當地面數字電視單頻網組網成功時，即發射機使用相同的頻率、各發射臺的發射機在時間上保持同步、發射的節目碼流相同。此時，重疊區域的信號強度也比較穩定，同一地點沒有明顯的強弱差異[1]，不會出現同頻干擾，用戶可以正常接收。然而，在實際當中容易受到環境的影響，比如天氣等，同一地點不同的時間段會出現場強值的變化，當單頻網中某臺發射機在時間上不同步時，各發射機的信號強度也可能在重疊的區域相干互相削弱，造成不同程度的干擾；同時由于發射機的不穩定性，當發射機功率變化時，也會造成信號強度的變化，但只要不低于接收機的門限值，用戶均可正常接收。具體來說，在單頻網系統中，各個數字電視發射機之間的信號輸出是同步的，功率也保持相對的穩定，因此信號強度保持相對穩定，不會出現明顯波動；當地面數字電視發射機不同步時，來自不同發射機的同頻信號在重疊區域就會出現干擾，導致信號波動。由于實際環境的復雜，受高山建筑等阻擋，也會使用接收區域信號強度發生變化。

1.2 圖像質量的影響

數字電視與傳統的模擬電視最大的不同是將聲音和圖像數字化，具有良好的抗干擾能力，可提供高分辨率的畫面和立體聲音效果，不會出現畫面失真、雜音等，因此數字電視深受廣大群眾的喜愛[2]。對于地面數字電視信號受影響時主要表現為卡頓、畫面出現馬賽克等現象，嚴重時無法正常接收畫面。在正常的情況下，處于同一單頻網中來自不同發射機的單頻網信號是相同的，接收機接收到的信號也是相同的，此時接收機能正常收看電視節目；當兩臺發射機的碼流不一致時，就會導致接收機無法正常識別，容易出現馬賽克等。另外，在移動接收當中會發生多普勒效應，這是由于接收信號與發送信號之間的頻率差異引起的，多普勒效應會導致接收到的信號產生頻移，使得接收到的信號相對于原始信號發生了變化，這可能會導致接收機解調解碼處理后的圖像發生變化，出現馬賽克、畫面不連貫等，并且與接收設備的移動速度有關，而且移動越快變化越大，嚴重時無法收看節目。多普勒效應還會引起多徑效應，即不同路徑上的反射信號在接收器處疊加在一起，導致圖像質量進一步惡化。

1.3 可靠性問題

地面數字電視單頻網重疊區信號的可靠性問題是指在地面數字電視單頻網系統中，重疊區域的信號穩定性，這主要包括信號強度的穩定、解調后碼流數據的穩定。地面數字電視重疊區域的場強主要來源于不同臺站發射機的信號強度疊加，當臺站發射機工作不穩定時會影響到重疊區域的信號質量；來自單頻網適配器單頻網碼流如果不一致時，比如幀頭PN、編碼率、交織深度等不一致，也會對單頻網信號產生波動；同時由于單頻網需要借助GPS授時器利用北斗衛星的10 MHz作為基準頻率和1PPS作為基準時間，如果GPS授時器損壞或者失鎖，亦可對單頻網造成破壞。另外由于地面數字電視功率放大器的特性，當放大器處于較小功率時容易產生線性失真進而產生相應的幅度失真、相位失真和群延時失真，當放大器處于較大功率時容易產生非線性失真進而導致帶外頻譜再生造成鄰頻干擾，帶內互調失真信號質量下降。其次，數字電視采用數據壓縮和編碼技術來減少傳輸的數據量和提高傳輸效率也可能會引入一些誤差和噪聲，從而影響信號的準確性和可讀性。

2. 地面數字電視單頻網重疊區的干擾情況

2.1 同步噪聲干擾

地面數字電視單頻網中的天線通常采用全向天線或定向天線等特殊設計來提高接收效果[3]。然而，這些天線的性能可能因制造工藝、安裝位置等因素而有所不同；同時，天線和接收設備也可能存在一些差異，如天線增益、方向性、靈敏度等參數的不同，這也會影響同步噪聲水平。另外，多臺發射機在同一時間段內發射相同的脈沖序列，可能導致同步噪聲的出現，并且在地面數字電視單頻網的覆蓋范圍內，由于發射機的位置和天線角度等因素的影響，不同頻率的發射機之間的相位差可能存在一定的誤差。這種誤差可能導致同步信號之間發生交叉調制，形成同步噪聲干擾。

2.2 相位干擾

地面數字電視單頻網重疊區的多相位干擾是指在地面數字電視信號傳輸過程中，由于多臺發射機同時發送同一頻率的信號而產生的相互干擾。這種干擾通常發生在地面數字電視網絡中，特別是在重疊區附近交界處。在數字電視系統中，多相位干擾是由于不同發射機的發射功率、頻率偏移等因素的不同導致的[4]。當兩個或多個發射機在同一時間、同一地點發射時，它們之間的相位差會隨著距離的增加而逐漸增大。如果這些發射機的相位相差較大，就會產生明顯的干擾效果。此外，當多個信號通過不同的路徑到達同一個位置時，它們的相位關系會發生變化，從而形成相互干擾。這種現象通常發生在城市環境中，因為建筑物和其他物體的反射會使得信號在不同方向上傳播并產生相位干擾。

2.3 多徑效應

在地面數字電視單頻網中，由于信號通過不同路徑傳播到接收端，會產生多個反射、折射和散射等現象，導致信號的多徑效應。這些多徑信號會與主信號發生混疊，產生干擾和失真效果。具體來說，當兩個或多個信號同時到達接收機時，它們會在時間上重疊并相互干涉。這種干涉會導致信號的相位變化，從而影響圖像質量和聲音清晰度。此外，多徑效應對信噪比（SNR）也有負面影響，因為噪聲也會被多次放大和衰減而變得更加明顯。在重疊區內，不同多徑的分量之間存在一定的空間相關性。這意味著它們可能會在某些位置上出現重復或相似的情況，從而進一步加劇了圖像質量的下降。在整個過程中，多徑分量和臺站發射的同步信號之間的相關系數會隨著時間的推移而逐漸減小并最終消失為零。這意味著在一段時間內，多個多徑分量將不再具有相同的相位，從而降低了圖像的質量。這個過程被稱為“衰落”。

3. 地面數字電視單頻網重疊區信號的評估方法

3.1 頻譜儀分析法

頻譜儀分析法是一種常用的地面數字電視信號評估方法，其通過利用地面數字電視頻譜分析儀測量地面數字電視信號，通過分析頻域內信號特征來評估重疊區域內信號質量。首先通過臺站發射機檢查口，利用地面數字電視頻譜分析儀測量，通過分析評估發射的信號質量，其次在單頻網信號疊區和不重疊的區域分別測量，通過多次不同點位的測量進行全面分析。在進行頻譜分析時，需要選擇合適的頻率范圍和采樣率，以確保獲得準確的數據。通常情況下，頻譜分析儀會提供可視化的頻譜圖，顯示不同頻率范圍內的信號強度和頻率分布情況。通過觀察頻譜圖，可以了解信號之間的干擾情況以及是否存在非法信號傳輸等現象。此外，還可以使用頻譜分析儀來檢測和識別廣播電視信號中的噪聲、雜散信號和其他干擾源。這些信息對于優化數字電視系統的性能和提高用戶體驗非常重要。

3.2 利用仿真軟件分析法

仿真軟件分析法是一種評估地面數字電視單頻網重疊區信號的方法。該方法利用計算機仿真技術，模擬和預測在特定區域內的信號傳播情況、干擾情況和接收效果等。首先，仿真軟件分析需要選擇合適的仿真軟件來建立模擬模型，包括考慮地形地貌、建筑物分布等因素對信號傳播的影響；同時還需要考慮不同頻率的信號之間的相互干擾和同頻鄰頻信道間的干擾[5]。其次，根據實際情況設定各種仿真參數，如天線高度、發射功率、接收靈敏度等，以模擬實際場景中的信號傳輸過程，使用仿真軟件輸入設定的仿真參數，并運行仿真程序，得出在指定區域內各個頻點的信號和噪聲水平以及信號的傳輸質量等指標。最后將仿真結果進行數據分析和處理，計算出各個頻點的接收性能指標，例如頻譜純度、信噪比等，評估信號的質量是否滿足要求。

3.3 使用場強儀實地露測方法

場強儀實地露測方法是評估地面數字電視單頻網重疊區信號的一種常用方法。該方法通過測量不同位置的信號強度來確定信號的質量和覆蓋范圍，從而判斷是否存在干擾或信號質量問題。首先，場強實地露測方法會選擇一個與地面數字電視單頻網重疊的區域。并且，要使用高精度場強儀（如手持式或者便攜式）進行測試并記錄下每個測試點的場強值。同時，需要記錄時間、地點等相關信息。其次，在相同的時間段內，重復進行多次測試以獲得更準確的數據，對收集到的數據進行統計分析，計算出平均場強值和平均偏差值。最后，根據標準規范，將平均場強值作為參考值，如果實際場強低于參考值，則說明存在干擾或信號質量問題；反之，如果高于參考值，則表明信號良好。

4. 改善地面數字電視單頻網重疊區信號質量的建議

4.1 定期維護和檢修

為了保證地面數字電視的單頻信號覆蓋質量，特別是重疊區的信號質量，需要進行定期的維護和檢修。因此，維護人員要對地面數字電視系統的安全性能進行檢查，定期清理發射機灰塵，保持穩定的輸出功率，通過發射機監控單元檢查發射機入反射功率、電壓電流、駐波比等，通過發射機激勵器檢查是否處于單頻網模式、信源碼流是否正常、10 MHz基準頻率和1PPS基準時間是否鎖定等。同時還要檢查多工器有無發燙過熱、天線饋管等有無損傷等，以確保信號輸出的穩定性。對于已經安裝的地面數字電視系統的主控電腦，定期更新升級軟件和防病毒數據庫，以確保系統的兼容性和穩定性。此外，維護人員還要根據實際情況調整天線的指向，以確保信號能夠覆蓋到整個區域。在信號不穩定或有干擾的情況下，可以通過增加天線數量或使用高增益的天線來增強信號強度。

4.2 提高管理水平和加強科技創新

地面數字電視單頻網重疊區可以根據不同地區的實際情況，合理規劃和分配頻段資源，避免相互干擾，在這個過程中通過技術手段對信號進行優化和調整，提高信號的穩定性和清晰度[6]。并且，地面數字電視單頻網重疊區還可以引入智能化管理手段，利用大數據分析技術，通過對用戶行為和需求的分析，優化信號覆蓋策略和資源配置，提高信號質量和服務水平，實現對信號覆蓋區域的實時監測和管理。另外，地面數字電視單頻網重疊區還要建立完善的網絡管理系統，實時監控和調整信號傳輸過程中的各項參數，包括頻率、功率、碼率和時延等，方便及時發現問題并進行處理，保證信號的質量穩定。此外，其還可以通過使用更高階的調制技術和更先進的編碼算法，例如，多載波調制、正交頻分復用（OFDM）等先進的技術來減少干擾和提高信號質量，提高信號的質量和傳輸效率。

4.3 引入干擾抑制技術

干擾抑制算法是對來自周圍環境中的干擾信號進行識別、分類和分析，并采取相應的處理措施。這些算法可以根據不同的頻率范圍、信道類型等特征，針對性地抑制或減弱特定類型的干擾信號。在這個過程中，地面數字電視單頻網重疊區可以通過增加發射天線和接收天線的數量，增強信號的分散性和抗干擾能力，利用多天線系統將多個信號源的信號分離開來，從而減少相互之間的干擾。此外，地面數字電視單頻網重疊區還可以引入頻譜管理技術，通過合理規劃和管理頻譜資源，避免不同信號之間發生沖突。這包括使用動態分配機制，根據不同信號的需求分配頻段以及使用頻域濾波器來限制某些信號的使用范圍。這些措施可以幫助降低干擾信號對其他信號的影響程度。

5. 結束語

地面數字電視單頻網在不影響用戶體驗的前提下，大大節約了頻率資源提供更高的傳輸速率，這樣的優勢使得地面數字電視單頻網具有廣泛的應用前景。因此，在未來地面數字電視網絡建設中，應充分考慮單頻網的特點，特別是重疊區信號情況，合理選擇單頻網的技術路線，滿足用戶要求，以適應不斷發展的數字電視時代。