CN100356787C - 数字电视地面广播传输中单频网的信号馈送方式 - Google Patents

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数字电视地面广播传输中单频网的信号馈送方式，属于数字信号传输领域，单频网由一个配有一台主调制器的主发射机与若干台配有从调制器的从发射机组成，节目信号在单频网各发射机间的馈送方式为，节目码流进入主调制器，经过信道编码和数据成帧等处理后形成数字基带信号，等间隔地插入参考信息，以n倍数据率的速度，一路直接送入光纤传送网络送往各从发射机的从调制器。从调制器根据主从调制器之间的距离和现场覆盖要求，用数据流中恢复出的系统工作时钟，对接收到的信号进行延时，插入导频和进行OQAM调制后，再上变频直接发射；另一路经过本地延时后进行导频插入和OQAM调制，再上变频直接发射。这种单频网信号馈送方式能降低从调制器的实现复杂度，减小调试复杂度，从而有效地降低了成本投入。

Description

数字电视地面广播传输中单频网的信号馈送方式
技术领域
本发明属于数字信号传输领域，特别涉及一种数字地面广播传输中单频网的信号馈送方式。
背景技术
数字电视扩大覆盖范围的途径，目前有三种可选择的方式：差转方式(Distributetranslator)，同频转发方式(On Channel Repeater OCR)，和最受关注的单频组网方式(SingleFrequency Network SFN)。
差转是延用了传统模拟电视信号扩大覆盖范围的方式，即将一个频道上的节目接收下来后再转发到另一个频道上，即所谓的差转台。模拟电视采用差转方式是因为无法对付同频干扰，因此在相当范围的地域内禁止使用同频道，而不得不转到其他的频道上去。差转方式的主要缺陷是，它将大大的浪费宝贵的频率资源。
关于同频转发方式，在模拟电视系统中不能采用同频转发(OCR)方式。模拟电视的噪声/干扰的可视性阈值约为50分贝，而采用同频转发会在屏幕上引入严重的重影，而无法观看。数字电视技术的出现，较之模拟电视技术大大提高了抗复杂多径干扰的能力，提高了频谱效率，并且更加便于计算机进行处理和控制。对付同频干扰的能力大为增强。对于数字电视系统来说，该阈值一般低于20分贝。这比起模拟电视系统有30分贝的优势，因而可以考虑同频转发方式。由于同频转发极易引起发射机自激，及系统振荡，因此一般只能用于信号覆盖的补点(Gap Filler)，即对信号覆盖的阴影区进行补点覆盖。为成功地实现同频转发，空中信号的采集点必须相对于放大的重新发射信号点具有足够的隔离，以避免系统的振荡。物理的隔离和天线方向性的形状可以满足这种要求。在实际应用中，选择合适的地理位置，用定向天线将信号接收下来，然后经过一定的处理后再用定向天线对阴影区进行覆盖。
关于单频组网技术方式(SFN)，它才是数字电视技术扩大覆盖范围的最优方法。所谓单频网即在一定的地理区域内(市，省，或者甚至是一个国家)，若干个发射机同时在同一个频段上发射同样的无线信号，以实现对该区域的可靠覆盖。多点发射对接收机来说就是复杂、恶劣的多径。模拟电视系统存在重影问题，因此只能采用极其耗频谱资源且频谱规划复杂的多频网组网方式(MFN)，来对信号在频率上隔离，避免覆盖区重叠。由于强大的抗干扰能力和便捷的数字处理能力的支撑，单频网对数字电视系统来说就是非常有利的扩大覆盖的方式，允许覆盖区重叠将大大改善原有覆盖边缘的峭壁效应，扩大覆盖范围。
数字电视地面广播(DTTB-Digital Television Terrestrial Broadcast)目前在国际上主要有3个现有标准，即欧洲的DVB-T(Digital Video Broadcast-Terrestrial)，美国的ATSC(AdvancedTelevision Systems Committee)，以及日本的ISDB-T(International Standard DigitalBroadcast-Terrestrial)。在经过一段时间的准备、试验和调整后，各国分别在部分地区，主要是大城市及周边地区进行了数字电视地面广播。其中使用了单频网的基本上还是基于DVB-T标准。ATSC和ISDB-T的单频网试验正在进行中。
基于DVB-T标准的单频网，由于采用了COFDM(Code Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing，编码正交频分复用)技术，其本身对于频率偏差的敏感性，使得系统对同步的要求很高。首先是频率同步要求，需要一个公用的基准振荡器驱动每个发射机内所有的级联振荡器。然后是时间同步要求，即各个发射机必须同时(理想)发出同样的信号(符号/比特)。在DVB-T系统中，发射机之间的上述同步是通过单频网适配器(SFN Adapter)来实现。通过从全球定位系统GPS(Global Positioning System)卫星得到基准频率和秒脉冲信号(1pps)，节目源所在地的单频网适配器在MPEG-2(Moving Picture Experts Group，运动图象专家组)TS(Transport Stream，传送数码流)码流中加入包含时间标签的MIP包，然后通过分布网络(DN)将节目码流发送到各个发射站，DN可通过地面链路(如光纤，微波等)或卫星链路实现。各发射站的单频网同步系统从码流的MIP包中提取时间标签，对比本地收到的秒脉冲信号，对码流进行附加的延时调整，然后将码流送入调制器进行编码，映射，调制等，在一个共同的时间发射信号，以实现时间同步。如图1。但是各发射点完成时间同步，是一个比较复杂的工作，在上海的DVB-T单频网的实地试验中，已经体现出来同步调试复杂所带来的系统工作不稳定的结果。
一个COFDM的SFN网络对于SFN中的每个发射机都需要较高的发射功率，和/或更多的发射场所。且发射机必须是频率锁定，并且要利用外部GPS系统提供信息将系统定时信息调整到获得最佳的SFN性能，调试复杂且极不可靠。在香港的DVB-T单频网测试中，就必须面临香港地区多山情况，GPS定时信号易被自然条件(雷，闪电)干扰，而无法获取。整个单频网系统就无法工作。
鉴于上述DVB-T构架单频网所面临的问题，我们在基于OQAM(Offset QuadratureAmplitude Modulation，正交幅度调制)单载波调制技术的ADTB-T(Advanced Digital TelevisionBroadcasting-Terrestrial，高级数字电视地面广播系统)系统之上，构架单频网时不仅充分利用了单载波技术的C/N(载噪比)门限较低，获得了较低发射功率来达到同等覆盖的效果(由同为单载波系统的ATSC的世界各地的测试报告所验证)；而且采用系统内部信息来简单取得各发射机的同步，一方面避免了用外部信息危及系统的安全可靠性，另一方面也使得调试复杂度大为降低。最终，对于广电运营商来说，降低发射功率，减少建塔数目，减少调试复杂度等都是降低资本投入，节约人力成本的措施。
发明内容
本发明需要解决的技术问题，是为了在数字电视地面广播中扩大其覆盖范围，针对已有的差转方式及同频转发方式所存在的浪费频率资源及在屏幕上引入严重重影，无法观看等诸多缺陷，而提出用单频组网技术方案来加以克服，本发明的目的在于提供数字电视地面广播传输中的单频网信号馈送方式，它基于OQAM调制技术的ADTB-T系统的单频网馈送方式，是基于数字基带信号，由单频网内的主发射机产生ADTB-T数据帧结构的数字基带信号，并等间隔地插入参考信息，以n倍数据率的速度送往从发射机。从发射机接收到上述数据后，不依赖于外部信息(包括卫星GPS在内)，进行频率同步和时间同步，根据主从发射机之间的距离和现场覆盖要求，利用从数据流中恢复出的系统工作时钟对各发射机的数据进行延迟，以满足覆盖要求。延迟后的数据在从调制器内插入导频，OQAM调制，上变频后发射。所述产生MPEG-2 TS格式的节目信号源只在主发射机中有，从发射机中没有。所述各主、从调制器在进行OQAM调制之前进行延迟，以实现各发射机发出的信号时间一致性。该馈送方式中，等间隔地加入参考信息，此间隔为4的整数倍个符号。该插入参考信息的间隔，通常可以是64，128，256，512个符号。所插入的参考信息可以包括确定数据流延迟量的地址信息、模式识别信息和检错位等。本馈送方式中，主调制器以n倍的数据率发送数据时，n可以取为2。
本发明的目的是采用以下技术方案来实现的，一种数字电视地面广播传输中单频网信号馈送方式，其特征在于，单频网由一个配有一台主调制器的主发射机与若干台配有从调制器的从发射机组成，节目信号在单频网各发射机间的馈送方式为，在主发射机中，复用后的MPEG-2 TS节目码流进入主调制器，经过信道编码，数据成帧等处理后形成数字基带信号，每128个符号插入包括数据流地址信息、模式识别信息及检错信息等的参考信息，以2倍符号率的数据率一路直接送入光纤传送网络送往各从发射机的从调制器，从调制器根据主发射机与该从发射机之间的距离和现场覆盖要求，用数据流中恢复出的系统工作时钟，对接收到的信号进行延时，然后送入从调制器进行导频插入和OQAM调制，上变频后直接发射；另一路经过本地延时后进行导频插入和OQAM调制，再上变频后直接发射。
本发明的有益效果是，由子从调制器只需完成导频插入和OQAM调制功能，其复杂度大大降低，减小调试复杂度，从而有效地降低了成本投入。
以下结合附图详细说明实施例。
附图说明
图1基于COFDM的DVB-T系统的单频网组网方式和信号馈送方法
图2基于OQAM的ADTB-T数字电视地面广播传输系统框图
图3基于OQAM的ADTB-T系统的单频网组网方式和信号馈送方法
具体实施方式
参见图1，表示一种基于COFDM的DVB-T系统的单频网组网方式和信号馈送方法，系统的单频网组网方式和信号馈送方法的示意图；参见图2表示本发明专利所述基于OQAM的ADTB-T数字电视地面广播传输系统框图；参见图3，在主发射机中，复用后的MPEG-2 TS节目码流进入主调制器，经过信道编码，符号映射，同步信号插入，及数据成帧等处理后形成数字基带信号，并等间隔的插入参考信息后，一方面以高于数据率的速率直接送入光纤传送网络送往各从发射机的从调制器，另一方面也可经过本地延时机制延时后进行导频插入，OQAM调制，再上变频后直接发射。
各从发射机接收到主发射机通过光纤传送来的数字基带信号，送入从调制器。
从调制器对接收到的数字基带信号进行处理，恢复出其中的数据时钟，对该数据时钟进行一些锁频处理后作为从调制器的工作时钟。从调制器根据主发射机与该从发射机之间的光纤传送延时，以及为满足覆盖要求而设定的延迟补偿，利用上述得到的工作时钟和本地的缓冲池对接收到的信号进行延时，然后送入从调制器进行导频插入，OQAM调制，上变频后直接发射。

Claims (5)

1.一种数字电视地面广播传输中单频网信号馈送方式，其特征在于，单频网由一个配有一台主调制器的主发射机与若干台配有从调制器的从发射机组成，节目信号在单频网各发射机间的馈送方式为，在主发射机中，复用后的MPEG-2 TS节目码流进入主调制器，经过信道编码和数据成帧处理后形成的数字基带信号，等间隔地加入参考信息后，以n倍的数据率，一路直接送入光纤传送网络送往各从发射机的从调制器，从调制器根据主发射机与该从发射机之间的距离以及现场覆盖要求，用数据流中恢复出的系统工作时钟，对接收到的信号进行延时，然后插入导频并进行OQAM调制，上变频后直接发射；另一路经过本地延时，然后插入导频并进行OQAM调制，再上变频后直接发射。
2.根据权利要求1所述的单频网信号馈送方式，其特征在于，等间隔地加入参考信息，此间隔为4的整数倍个符号。
3.根据权利要求1或2所述的单频网信号馈送方式，其特征在于，所插入参考信息的间隔，是64，128，256，512个符号。
4.根据权利要求1所述的单频网信号馈送方式，其特征在于，插入的参考信息包括确定数据流延迟量的地址信息、模式识别信息和检错位。
5.根据权利要求1所述的单频网信号馈送方式，其特征在于，主调制器以n倍的数据率发送数据时，n取为2。
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