（通信与信息系统专业论文）地面数字电视广播单频网的网络规划研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：监盗纠 日期： 赴包占f 乙 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定即：研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论 文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在鳞密后遵守此规定) 本授权书。 e t 期：塑也i ：! 兰 e t 辫i 一逆纽二f 一一 ? 0 鸯 。 卜 北京邮电大学研究生学位论文 地面数字电视广播单频网的网络规划研究 摘要 我国地面数字电视传输标准于2 0 0 7 年8 月正式开始实施，单频网 是地面数字电视广播覆盖网推广应用的发展趋势。我国地面数字电视 广播传输标准是我国自主知识产权的标准，国际上虽然有相关标准研 究成果可以参考，但在应用过程中针对我国标准的单频网技术的网络 规划等一些关键问题仍然有待研究解决。这些问题在很大程度上影响 了单频网的实际性能口因此，开展单频网网络规划技术的研究对推动 我国地面数字电视广播的迅速发展有着非常重要的现实意义。 本论文是国家广播电影电视总局广播电视规划院所地面数字 电视广播单频网技术规范研究研究项目的一部分。研究我国标准 以及现有条件下的单频网网络规划，研究问题包括d t 淞单频网的规 划参数以及规划方法。 本论文首先分析了国内外地面数字电视广播传输技术的标准， 重点分析我国标准的特性，以及与国际上已有标准做出比较。接着， 详细介绍单频网系统以及地面数字电视单频网的规划方法概念和要 求。然后，对比分析研究了单点发射多频网与单频网的规划特点， 针对我国标准中各个典型模式研究，提出我国标准中单频网的最小 场强和保护率等规划参数，利用在国家广播电影电视总结规划院实 习的机会，使用规划院国家地面数字电视系统实验室设备以及不同 接受终端进行单频网回波实验验证；研究了国际电联与欧洲地面数 字电视分配规划方法，针对我国标准的特性以及国内的地面数字电 视广播现状，利用c h i r p l u s b c 软件仿真单频网覆盖，得到相应参 数和模拟的覆盖效果，提出我国标准的单频网网络规划的参考规划 配置和参考网络。形成对单频网的实际建设具有指导意义的研究结 论，为我国的地面数字电视覆盖网规划的标准制定提供参考。 论文最后，对已做的工作进行总结，并给后续工作提出了一些 建议和希望。 关键字：地面数字电视广播传输标准单频网规划参数规划方法 北京邮电大学研究生学位论文 1 1 彳 墨 # 0 r；。，0 ， 北京邮电大学研究生学位论文 s f nn e t w o r kp l a n n i n g o f d t t b a b s t r a c t c h i n a sd i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o ns t a n d a r dc o m ei n t o e f f e c ti na u g u s t2 0 0 7 ，s i n g l e 行e q u e n c yn e t w o r ki sc o v e r e db yd i g i t a l t e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gn e t w o r kt op r o m o t et h ea p p l i c a t i o n t r e n d s c h i n a sd i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n gt r a n s m i s s i o n s t a n d a r di sas t a n d a r dw h i c hc h i n ah a si n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o p e r t y f i g h t s a l t h o u g h 也e r ea r er e s e a r c hr e s u l t so fi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d st h a t c a l lr e f e rt o ，b u ti nt h e a p p l i c a t i o np r o c e s s f o ro u rs t a n d a r ds f n t e c h n o l o g y , s o m ek e yi s s u e sr e m a i nt ob es t u d i e da n ds o l v e d , s u c ha s n e t w o r kp l a n n i n g t h e r e f o r e ，t h es f nn e t w o r kp l a n n i n gt oc a r r yo u t t e c h n o l o g i c a lr e s e a r c ho nt h ep r o m o t i o no fc h i n a sr a p i dd e v e l o p m e n to f d i g i t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gh a sav e r yi m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e dt h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld i g i t a l t e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n gt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g ys t a n d a r d s ， f o c u s i n go na n a l y s i so f o u rs t a n d a r df e a t u r e s s e c o n d l y , d e t a i l e dc o n c e p t a n dr e q u i r e m e n t so fs i n g l e f r e q u e n c yn e t w o r ks y s t e m 舔w e l la s p l a n n i n gm e t h o d so ft e r r e s t r i a ld i g i t a lt e l e v i s i o no ns i n g l ef r e q u e n c y n e t w o r k t h e n ，o nt h eb a s i so ft h ea b o v et e c h n i q u e s ，m a d ea n a l y s i so f t h es i n g l ep o i n to fe m i s s i o n m u l t i 一仔e q u e n c yn e t w o r ka n das i n g l e f r e q u e n c yn e t w o r kp l a n n i n gf e a t u r e s ，t om a k et h ee u r o p e a nd i g i t a l t e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o n s t a n d a r dd v b ta sa n e x a m p l e p r e s e n t e do u rs t a n d a r ds i n g l e 行e q u e n c yn e t w o r kp l a n n i n gp a r a m e t e r s s u c ha sm i n i m u mr e c e i v e ri n p u ts i g n a la n d p r o t e c t i o nr a t e ，a n dm a d et h e c o r r e s p o n d i n gl a b o r a t o r y s f ns i m u l a t i o n t e s t s f i n a l l y ,s t u d y d i s t r i b u t i o np l a n n i n gm e t h o do ft h ei t ua n dt h ee u r o p e a nd i g i t a l t e r r e s t r i a lt e l e v i s i o n i nc o n n e c t i o nw i t ho u rs t a n d a r df e a t u r e sa sw e l la s i i l 北京邮电大学研究生学位论文 t h es t a t u so fd o m e s t i cd i g i t a lt e r r e s t r i a l t e l e v i s i o n b r o a d c a s t i n g ， p r e s e n t e d o u rs t a n d a r ds f 】nn e t w o r kp l a n n i n gr e f e r e n c ep l a n n i n g c o n f i g u r a t i o n sa n dr e f e r e n c en e t w o r k s t h er e s e a r c hr e s u l t sh a v et h e a c t u a ls i g n i f i c a n c ef o rc o n s t r u c t i n gs f n ，a n dp r o v i d ear e f e r e n c ef o r c h i n a s d i g i t a lt e r r e s t r i a l t e l e v i s i o nc o v e r a g eo fn e t w o r kp l a n n i n g s t a n d a r d s a tt h ee n do ft h i sp a p e r ，w es u m m a r i z e dt h ew o r kt h a th a db e e n c o m p l e t e da n d m a d es o m ea d v i c e sf o rt h ef u t u r ew o r k k e yw o r d s ；d t t b t r a n s m i s s i o ns t a n d a r ds f n p l a n n i n gp a r a m e t e r p l a n n i n gm e t h o d i v 哼 卜 目录 第一章绪论l 1 1 课题的背景。l 1 2选题的意义3 1 3 论文的结构和安排4 第二章单频网系统及网络规划6 2 1 地面数字电视广播概况6 2 1 1 地面数字电视广播传输标准。7 2 1 2 国内地面数字电视的最新发展状况9 2 2 单频网系统。1o 2 3 单频网的关键技术及特点1 3 2 3 1 单频网的关键技术1 3 2 3 2单频网的特点1 4 2 3 3 单频网存在的问题l5 2 4 单频网的国内外应用状况1 7 2 4 1 基于d v b - t 的单频网应用1 7 2 4 2 基于i s d b - t 的单频网应用1 8 2 4 3基于d t m b 的单频网应用1 9 2 5单频网的网络规划l9 2 6 研究目标。2 0 第三章d t m b 单频网网络规划的规划参数2 1 3 1单点发射m f n 与s f n 的区别2 l 3 2最小场强2 2 3 2 1 概：念2 2 3 2 2固定接收2 3 3 2 3移动接收2 6 3 2 4实例计算2 8 3 3保护率2 9 3 3 1概念2 9 第四章单频网的规划方法4 5 v 4 1参考规划配置( r p c ) 4 5 4 1 1 d v b t 的参考规划配置。4 5 4 1 2d t m b 的参考规划配置4 7 4 2 参考网络( i u m 5 0 4 2 1d v b t 参考网络5 0 4 2 2 d v b t 小业务区s f n 或密集s f n 的参考网络( r n 2 1 5 2 4 2 3d t m b 的s f n 参考网络6 0 第五章总结与展望6 5 5 1 总结6 5 5 2 展望6 5 参考文献6 7 附录l 信道模型。6 9 附录2 地面数字电视保护率7 l 致谢7 3 攻读学位期间发表的学术论文目录7 4 v i 北京邮电大学研究生学位论文 符号说明 a c ha d j a c e n t c h a n n e li n t e r f e r e n c e 邻频干扰 a t s c ：a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e 先进电视制式委员会 a 、矾3 n ：a d d i t i v ew i l i t eg a u s s i a nn o i s e 加性高斯白噪声 b e r ：b i te r r o rr a t e 误比特率 b p s k ：b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g 二进制相移键控 c m m b ：c h i n am o b i l em u l t i m e d i ab r o a d c a s t i n g 中国移动多媒体广播 c n ：c a r r i e r - n o i s er a t i o 载噪比 c c hc o c h a n n e li n t e r f e r e n c e 同频干扰 d t t b t d i 舀t a lt e r r e s t r i a lt e l e v i s i o nb r o a d c a s t i n g 地面数字电视广播 d v b t ：d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l 数字视频广播一地面 e p g ：e l e c t r o n i cp r o g r a mg u i d e 电子节目指南 e r p ：e f f e c t i v er a d i a t e dp o w e r 等效辐射功率 e i r p ：e f f e c t i v ei s o t r o p i cr a d i a t e dp o w e r 等效全向辐射功率 f e c ：f o r w a r de r r o rc o r r v c f i o n 前向纠错 g hg u a r di n t e r v a l 保护间隔 g p s ：g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m 全球定位系统 h d t v ：h i g hd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n 高清晰度电视 i f ：i n t e r m e d i a t ef r e q u e n c y 中频 i f f t ：i n v e r s ef a s tf o u r i e rt r a n s f o r m 快速傅立叶逆变换 i s d b t - t e r r e s t r i a li n t e g r a t e ds e r v i c ed i 西t a lb r o a d c a s t i n g 综合业务数字广播 l d p c ：l o wd e n s i t yp a r i t yc h e c kc o d e 低密度奇偶校验码 m e n ；m u l t i f r e q u e n c yn e t w o r k 多频网 m p e g ：m o v i n g p i c t u r ee x p e r t sg r o u p 活动图像专家组 o f d m ：o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 正交频分复用技术 p a l ：p h a s ea l t e r n a t i n gl i n e 逐行倒相制式 p c r ：p r o g r a mc l o c kr e f e r e n c e 节目时钟参考 r f ：r a d i of r e q u e n c y 射频 p n ：p s e u d o r a n d o mn o i s e 伪随机噪声 p r ：p r o t e c t i o nr a t i o 保护率 q a m - q u a d r a t u r ea m p l i t u d em o d u l a t i o n 正交幅度调制 q p s k ：q u a d r a t u r ep h a s es h i f tk e y i n g 正交相移键控 v n 北京邮电大学研究生学位论文 s d h ：s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 s d t v ：s t a n d a r dd e f i n i t i o nt e l e v i s i o n 标准清晰度电视 s f ：s e c o n df r a m e 秒帧 s f n - s i n g l ef r e q u e n c yn e t w o r k 单频网 s i p ：s e c o n df r a m ei n i t i a l i z a t i o np a c k e t 秒帧初始化包 t s ：t r a n s p o r ts t r e a m 传送流 u h f tu l t r a - h i g hf r e q u e n c y 特高频 v h f ：v e r yh i g hf r e q u e n c y 甚高频 v s b ：v e s t i g i a ls i d e - b a n d 残留边带调制 v i i i 一 ； j r - 申 ， 卜 北京邮电大学研究生学位论文 1 1课题的背景 第一章绪论 数字电视地面广播系统作为一种无线覆盖传输平台，可以完成多种业务，目 前可以开展的业务范围有： 1 车载移动接收，如公交车、个人用轿车等，收视人群众多，广告收益大； 2 移动接收，如便携式接收，便携式电视机，笔记本电脑等，未来还可以 升级到手机电视； 3 家庭定点接收，每个家庭可以收看到多套数字电视节目； 4 公众场合分众定点接收，如宾馆、车站、医院、旅游点等。 系统建设完成后，可以开展的增值业务有： 1 可以同时转播多套立体声广播； 2 可以通过该平台发送数据等移动多媒体服务，如i p d c ( i p - i ) a t ac a s t ) 广义数据广播系统，该i p i ) c 系统能提供多样化的商业业务：即时新闻与股市、交 通旅游数据、多媒体传输、交互式网页主题式内容搜索影院电影数据与预告 片、电子股票、电子商务、交互式广告等。 总之，该系统不仅是一个电视广播系统，同时还是一个多媒体广播系统，在 这个系统平台上，未来可以逐步发展很多增值业务。随着数字电视技术的飞速发 展，该系统还可以升级为带回传的双向传输系统，业务范围将不断拓展。 数字电视至少是以省、市为一个独立的网络，由多个发射台站组成，播出相 同的节目。与原来模拟电视发射系统相比，系统化设计变得尤为重要，所以在建 设初期必须考虑网络规划。 二十世纪6 0 年代至今，世界各大区域和相关国际组织对地面模拟电视和数 字电视开展了大量的规划工作。 为了国家和地区电视广播的协调发展，自1 9 6 1 年以来，欧洲、非洲对地面模 拟电视和数字电视开展了大量的工作，通过召开规划会议，达成了地面电视规划 协议。欧洲、非洲区域性地面广播电视规划主要有斯德哥尔摩协议( s t 6 1 ) 、 日内瓦协议( g e 8 9 ) 、切斯特协议( c h e s t e r 9 7 ) 等。 2 0 0 4 年至2 0 0 6 年期间，国际电信联盟( i t u ) 计划召开欧洲、非洲及部分亚洲 国家的区域性无线电会议( r e g i o n a lr a d i oc o n f e r e n c e ，r r c 0 4 - 0 6 ) ，为1 区国家 北京邮电大学研究生学位论文 ( 1 7 0 。e 以西和4 0 。s 以北的欧洲、非洲和前苏联解体后的部分亚洲国家，不包 括蒙古国) 和伊朗在1 7 4 - , 2 3 0 m h z 和4 7 0 - 8 6 2 m h z 频带内进行地面广播电视新规 划。 r r c 大会根据各主管部门提交的数字广播需求，研究地面数字电视技术基础、 区域性场强预测方法、广播业务之间及广播业务与其他业务之间的兼容分析方 法、v h f v h f 频段规划原则和方法、添加修改规划等规则程序。2 0 0 6 年6 月，在 n u 总部日内瓦召开的1 1 r c - 0 6 会议，为欧洲、非洲及部分亚洲的1 2 0 个国家制定 了地面电视和广播新规划( r r c - 0 6 规划) 。在r r c - 0 6 规划工作中，规划工作组首先 提出并确定了规划需求、规划原则以及规划方法，这是规划的基础性工作，具有 重要的指导作用。 英国、澳大利亚等已开始提供地面数字电视业务的国家，也已根据各自国家 的不同情况，研究模数过渡问题，制定国家数字电视频率规划。我国于“八五 期间即开始了地面数字电视频率规划研究工作，并在部分试点地区进行规划试 算。同时，许多专家已经针对地面数字电视规划做了专题研究，包括不同国家的 地面数字电视频率规划的案例分析，覆盖网规划方法等。2 0 0 6 年8 月，具有我国 自主知识产权的地面数字电视传输国家标准终于出台，这无疑将推动我国地面数 字电视频率规划的发展。 广电总局在“十一五规划中明确指出，十一五期间要全面推进广播影视从 模拟向数字的过渡，推进地面无线广播电视数字化，巩固和扩大无线广播电视的 有效覆盖。完成从地面模拟电视到地面数字电视的过渡( 以下简称“模数过渡) 需要1 0 年或者更长的时间。在未来这段时间里，地面模拟电视和地面数字电视是 共存同播，地面数字电视逐渐发展。 但是在全国很多省市的系统的建设及试验中，普遍存在下列问题： 1 注重单台发射机的性能，忽略系统整体的性能，不利于系统扩展； 2 对模拟电视了解比较多，而对数字电视的“网络一性能了解少，所以没 有进行网络规划； 3 对系统的使用要求没有明确的认识，对移动覆盖和固定覆盖的差别认识 不够： 4 对未来数字电视取代模拟电视没有足够的认识，所以系统建设多为短期 行为。 未来的地面数字电视是一个“网络，而不是单个“发射台站”，如单频网 ( s f n ) 、多频网( m f n ) ，强调网络概念，所以设计思想产生了革命性变化。 未来的数字电视至少是以省、市为一个独立的网络，由多个发射台站组成， 播出相同的节目。与原来模拟电视发射系统相比，系统化设计变得尤为重要，所 以在建设初期必须考虑网络规划。 2 北京邮电大学研究生学位论文 地面数字电视广播单频网技术为促进地面数字电视广播的发展和应用提供 了极为重要的技术保障，但是目前单频网技术在国际和国内的应用都尚未成熟， 在应用过程中单频网技术仍然存在一些关键问题有待研究解决。这些问题在很大 程度上影响了单频网的实际性能，对地面数字电视广播的顺利发展造成了一定的 障碍。 1 2选题的意义 地面数字电视广播系统是我国广播电视综合覆盖体系中的重要组成部分，其 与卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统以及其他辅助系统一起相互 协同提供全面的受众覆盖。 据统计，在全国3 7 8 亿户家庭中，有线电视用户为1 4 亿户，其余2 3 8 亿户 家庭主要通过无线方式接收广播电视，如加上车载移动电视、个人便携终端的收 视用户，采用无线接收广播电视的用户规模将更为庞大 单频网是目前地面数字电视广播系统覆盖最好的方法之一。单频网相对于传 统的多频网而言，由于不需要频率重用，在服务区域内传送一路信号只需要一个 频段，因此节省了大量的频率资源，对于我国频谱资源有限且需要较大带宽的电 视广播而言，这一优点更为突出。其次，由于无线电信号本身的特性，在高楼林 立的城市中，无论单个数字电视发射站点的发射功率多大都会有很多信号覆盖不 到的区域，这些覆盖不到的区域被称作覆盖盲区或盲点，单频网则可通过多点同 频发射的办法来解决覆盖盲区问题，获得较好的覆盖率。多个发射台同时工作所 带来的分集效果，也使得接收的可靠性得到增强，获得更好的节目覆盖率。还有， 单频网技术还可降低发射机设备的成本i 通过优化和调整单频网发射网络( 基站 数量、分布、发射天线高度、发射功率等) ，可以使用多个较小功率发射机代替 一个大功率发射机，以降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度，也可 以根据需要随时改变覆盖意图。 随着我国地面数字电视广播标准的逐步推广，全国范围的地面数字电视广播 应用将迅速开展起来，为了解决模数过渡期间频谱资源紧张的问题，单频网会作 为提高频谱利用率的最重要的组网方案。开展全国地面数字电视广播是促进广播 电视数字化建设、适应技术发展、满足人民日益增长的精神需求的必然要求；是 加快我国广播电视数字化、实现广播影视“十一五规划 和“2 0 2 0 年远景目标 的技术保障。 我国自主知识产权的地面数字电视广播传输标准g b 2 0 6 0 0 - 2 0 0 6 数字电视 地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制已经于2 0 0 6 年8 月1 8 日正式发 3 北京邮电大学研究生学位论文 布，2 0 0 7 年8 月1 日正式实施。但是目前单频网技术在国际和国内的应用都尚 未成熟，在实际应用过程中单频网技术仍然存在一些关键问题有待研究解决。 而其中的关键技术之一，单频网的网络规划，对于单频网的实际应用性能极为 关键。 因此开展单频网技术网络规划的研究对推动我国地面数字电视广播的迅速 发展有着非常重要的现实意义。 1 3论文的结构和安排 本论文从国内地面数字电视广播单频网的发展特点入手，分析了目前存在 的几种地面数字电视广播标准，单频网系统的组成、关键技术、存在的一些问 题及地面数字电视单频网的网络规划等，深入研究了地面数字电视单频网的网 络规划的规划参数以及规划方法。根据地面数字电视广播单频网的技术要求、 技术特性，跟踪国际单频网技术相关研究进展，参考国际上的有相关标准研究 成果，分析欧洲的地面数字传输标准d v b - t 单频网的网络规划，通过理论分析、 实验室测试、现场测试以及实际工程调研，针对单频网的网络规划问题进行了 研究： 研究包括两部分d t m b 单频网网络规划的规划参数以及规划方法的研 究。在分析地面数字电视广播网络规划的概念和要求的基础上，对比分析研究 了单点发射多频网与单频网的规划特点，根据理论分析与实验室测试数据提出 了单频网的规划参数。分析研究了国际相关地面数字电视广播标准的参考规划 配置与参考网络，初步提出了我国地面数字电视广播传输标准的参考规划配置 和参考网络。 论文结构安排： 第一章绪论：本章主要介绍课题的背景和选题意义。简要分析地面数字电 视广播单频网的网络规划国内外的研究背景，然后介绍了在国内模数同播时期 开展单频网网络规划的意义，以及论文的结构和安排。 第二章单频网系统及网络规划：简要介绍地面数字电视广播的概念，分析 了目前存在的几种地面数字电视广播标准，为开展我国地面数字电视广播单频 网的网络规划提供依据和要求。介绍国际上地面数字电视广播的发展状况，重 点研究国内的最新发展状况。介绍单频网系统的组成、关键技术、特点、以及 存在的一些问题，各标准的单频网在国内外的应用状况并对其作了深入的比较 以及地面数字电视单频网的规划方法，深入研究了地面数字电视单频网的网络 规划方法，并在以上各章的研究基础上分析国内开展单频网技术的研究中仍需 4 北京邮电大学研究生学位论文 研究解决的工作，给出本论文的重点研究目标。 第三章单频网网络规划的规划参数：以欧洲的地面数字传输标准d v b - t 为 例，介绍地面数字电视广播覆盖网规划所涉及的各项参数。参考d v b t 的网络 规划中的各项参数，针对我国标准中各个典型模式研究提出给出我国标准中单 频网的最小场强和保护率等相应的规划参数，并进行相应的实验室单频网模拟 测试，分析单频网相关技术参数。利用在国家广播电影电视总结规划院实习的 机会，使用规划院国家地面数字电视系统实验室设备以及不同接受终端，根据 初步研究结果进行单频网的现场验证测试，将理论与实践进行对比分析，研究 单频网的基本技术参数要求，形成对单频网的实际建设具有指导意义的研究结 论，为标准制定提供参考，从而应用到我国的地面数字电视覆盖网规划制定中。 第四章单频网规划方法：本章主要研究了国际电联与欧洲地面数字电视分 配规划方法，深入的介绍了参考规划配置( r p c ) 和参考网络( r n ) 两种规划方法。 分析研究国际已有相关标准，参考其研究成果，针对我国自主提出的数字电视 地面广播标准的特性以及国内的地面数字电视广播现状，利用c h i r p l u s b c 软 件仿真单频网覆盖，得到相应参数和模拟的覆盖效果，提出我国标准的单频网 网络规划的规划方法的具体方案，包括不同的接收方式下的参考规划配置和参 考网络，为相关的标准制定提供参考。 第五章总结与展望：总结本论文所做的工作，并展望进一步地面数字电视 广播单频网的网络规划研究工作。 5 北京邮电大学研究生学位论文 第二章单频网系统及网络规划 2 1地面数字电视广播概况 在现代通信中，通信传物手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无 线电广播电视发射构成信息传输主体。按传输介质的不同，数字电视广播可以分 为地面( t e r r e s t r i a l ) 、有线( c a b l e ) 和卫星( s a t e l l i t e ) 3 种方式。一般认为，卫 星广播着重于解决大面积覆盖；有线电视广播着重于解决“信息用户一，特别是 在城镇等人口居住稠密地区；地面无线广播作为电视广播传统的和最为基本的手 段，由于地面接收独具的接收便利和移动接收的能力，能够满足现代信息化社会 所要求的“信息到人的基本需要。在卫星、地面、有线3 种数字电视广播方式 中，地面广播是最基本的，使用最广泛的传输形式。地面数字电视广播通过发射 台发射无线电波而覆盖服务区，用户通过各种形式的接收天线和接收终端收看电 视节目。 地面数字电视广播是在3 种数字电视广播方式中使用最广泛的、最基本的传 输形式，但是同时，地面数字电视广播信道面临的传输条件也是最为恶劣的：干 扰多，也最严重，尤其是多径的时延和幅度的变化速度远比卫星和有线电缆信道 复杂。地面数字电视广播信道的主要特点： 1 传播的开放性 一切无线信道都是基于电磁波在空间传播来实现信息传播的 2 接收点地理环境的复杂性与多样 一般可将地理环境划分为下列三类典型区域； 高楼林立的城市中心繁华区； 以一般性建筑物为主的近郊小城镇区； 以山丘、湖泊、平原为主的农村及远郊区。 3 用户的随机移动性，针对地面电视广播的移动接收 慢速步行时的通信； 高速车载时的不间断通信。 在地面环境中，信道传输的环境显然不满足理想的加性白高斯噪声( a w g n ) 信道定义，系统方案的选择面临极大挑战。国际上已有的地面数字电视广播系统 反映出这一特点：即在实验室白噪声环境下与处于实际的地面广播环境下的系统 6 北京邮电大学研究生学位论文 性能会有明显的差距。例如：美国高级电视委员会( a t s c ) 系统虽然在白噪声性 能方面优于欧洲数字视频地面广播( d v b - t ) 系统，但其在实际应用中接收地面广 播信号的能力则逊于后者。事实上，现有系统在白噪声条件下具有增益的编码在 实际环境中不但可能无助于提高性能，实际应用中反而可能加剧系统性能的恶 化。因此在进行地面数字电视广播技术研究时，必须在充分考虑a w g n 信道下系 统性能的同时还要对多径干扰信道下的性能予以足够的重视。考虑模拟、数字广 播的并存和兼容，这就要求系统还必须具备较强的抗模拟邻频和同频干扰能力， 从而确保系统的总体性能和用户的正常使用。 地面数字电视广播传输系统是广播电视系统的重要组成部分，不但必须具有 支持传统电视广播服务的基本功能，而且还要具有适应广播电视服务的可扩展功 能。数字电视地面广播系统支持固定( 含室内、外) 接受和移动接收两种模式。 在固定接收模式下，可以提供标准清晰度数字电视业务、高清晰度数字电视业务、 数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务；在移动接收模式下，可以提供 标准清晰度数字电视业务、数字声音广播业务、多媒体广播和数据服务业务。 2 1 1 地面数字电视广播传输标准 数字电视地面广播( d t t b ) 目前在国际上主要有3 个标准，即美国的a t s c ( a d v a n c e dt e l e v i s i o ns y s t e m sc o m m i t t e e ) 标准，欧洲的d v b - t ( i ) i g i t a lv i d e o b r o a d c a s t i n gt e r r e s t r i a l ) 标准，以及日本的i s d b - t ( t e r r e s t r i a li n t e g r a t e ds e r v i c e d i 西t a lb r o a d c a s t i n g ) 标准。由我国科研单位自主研制的d t t b 标准是d t m b 标 准。 这4 种标准的最主要区别在于调制方式。其中欧洲的d v b t 标准、日本的 i s d b t 标准和我国的d t m b 都采用了基于o f d m 的多载波技术，而美国的a t s c 标准则使用了单载波方式。 各国地面数字电视广播标准对比如表2 1 所示。 表2 1 各国地面数字电视广播标准 a t s cd v b tl s d b td t m b 标准标准标准 标准 调制方式 8 v s b l6 v s b2 k 8 k c o f d m 分段c o f d m t d s o f d m 视频编码方式 m p e g 2m p e g 2m p e g 2m p e g 2 音频编码方式 a c 2m 口e g 2m p e g 2 m 【p e g 2 复用方式m 【p e g 2m p e g 2呼e g 2m p e g 2 一、a t s c 标准 a t s c 数字电视标准是由高级电视系统委员会开发的，最初的设计目标是用 于室外固定接收的地面广播和有限分配系统，不支持便携和移动接收，室内接收 7 北京邮电大学研究生学位论文 效果也不好【2 引。 a t s c 不仅包括了h d t v ，还增加了s d t v 标准，该系统在6 m h z 信道内传输 高质量的视频、音频和辅助数据，能够在一个6 m h z 地面广播频道中发送约 1 9 m b i t s 总容量信息，以及在一个6 m h z 有线电视信道中发送约3 8 m b i t s 总容量信 息，压缩比为5 0 ：1 或更高。 该系统由3 个子系统组成，即信源编码和压缩子系统、业务复用和传送子系 统以及r f 传输子系统，它有两种有效的操作模式：8 - v s b “地面同播模式 ，便 于更好地抵抗n t s c 干扰；1 6 v s b “高码率模式 ，主要用于更干净的有限信道。 对于地面广播，此系统的设计允许在已有的n t s c 发射机上分配一个额外的具有 可比覆盖范围的数字发射机，并且在区域和人口覆盖方面对现存n t s c 节目影响 最小。通过1 8 种视频格式( 标清s d 或高清h d 、逐行或格行以及不同的帧率) ， 可以提供各种质量的图像。 系统提供固定的接收，因此其调制方案采用了具有导频信号的单载波调制， 即8 电平残留边带调制( 8 v s b ) ，用于单发射机多频网( m f n ) 的实现。它是 成熟的现有a m 调制技术的高度发展，其系统性能高度依赖于接收机中的自适应 均衡器。因此，为了抵抗多径回波和各种干扰，需要非常复杂的均衡器。 二、d v b t 标准 d v b t 系统是欧洲数字视频广播( d i g i t a lv i d e ob r o a d c a s t i n g ，d v b ) 组织 开发的，设计目标是室内室外固定接收，并且提供便携接收而非移动接收。因此， 它的移动接收效果也不好。 在信源编码方面，d v b 标准规定数字电视系统使用统一的m p e g - 2 压缩算法 和m p e g 2 传输流及复用方法。对于地面广播，该系统用于地面数字电视服务， 它使用现有模拟电视使用的u h f 波段，这就要求该系统能抵抗很高电平的同频干 扰( c c i ) 和邻频干扰( a c i ) 。这些干扰是由现存的p a l s e c a m 信号产生的。 而且系统在u h f 波段使用时还要满足很高的频谱使用效率，8 m h z 信道内传输的 有效净比特率在4 9 8 , - - 31 6 7 m b i t s 范围内，取决于信道编码参数、调制类型和保 护间隔的选择。 d v b t 规定了一个使用级联纠错码的o f d m 系统，外码编码和外码交织是通 用的，内码编码和卫星基本规范是通用的。为了获得网络拓扑和频率效率的优化 折中，规定了一个灵活的保护间隔。这使得系统能提供对不同网络结构的支持， 如大范围单频网( s f n ) 和单发射机，同时保护最高的频谱效率。和美国的8 v s b 调制技术相比，c o f d m 技术属于能够得到不断发展和提高的新技术。 三、i s d b t 标准 i s d b t 系统是日被无线电工商业协会( a s a o c i a t i o no f r a d i oi n d u s t r i e sa n d b u s i n e s s e s ，a r i s ) 开发的，设计目标是综合业务的室内室外固定、便携和移动 8 北京邮电大学研究生学位论文 广播接收。它系统地综合了各种类型的数