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江西地面数字移动电视系统构建与调式

时间:2022-11-22 12:00:04 来源:网友投稿

随着经济的不断发展,生活节奏的加快,人们获取新闻资讯的方式不断变化,从最早的有线广播、无线广播、无线模拟电视、有线模拟电视、到现在有线数字电视、互联网视音频广播(IPTV)、无线数字电视等等,人们的要求越来越高,不再满足于在家里能看到画面清晰的电视节目,还要求能够随时随地能看到电视节目,获取快捷的新闻资讯、观看实时体育赛事、享受赏心的视频娱乐节目。在这样的时代氛围中,一个全新的媒体——江西传媒移动电视应运而生。 

一、系统构成

江西地面数字移动电视系统自办一套电视节目,采用数字技术进行制作、播出,通过无线方式发射传输,支持固定和移动接收。该系统主要由节目制作系统、节目播出系统、编码复用系统、数字电视发射系统、移动接收系统组成。 

1、节目制作系统,节目采集制作存储系统由素材采集上载、节目编辑制作、节目存储及相关网络系统构成(见图1)。

素材采集上载设备提供模拟复合、模拟分量、S-Video、DV/1394、SDI视频、非平衡及嵌入音频等多种数据输入接口,可以接收多渠道节目源,如录像机、摄像机、演播室、卫星、有线、DVD影碟及外来交流节目信号等不同类型数据源的数据信息,接收信息直接送人或经转码系统处理后再送入存储磁盘阵列存储,可供系统内的任何非线性编辑工作站直接进行多种实时编辑和制作操作。

节目编辑制作系统的设备由两台大洋X—9000、D3—EDIT5200 A系列非线性编辑机及蓝盒DV—STORM节目后期制作包装机组成。支持无压缩格式编辑,支持多层视频实时编辑,如YUV、MPEG2、DV25/DV50多格式混合编辑,这套系统还可实时处理四路无压缩(YUV)视频流及三路图文,提供强大的无限层视频图文快速合成。 

节目存储系统实施网络化,构造全面的媒体资产管理系统。主要硬件设备包括服务器、存储体/磁盘阵列及数据流磁带库。其中服务器包括数据库服务器、存储管理服务器、编目服务器、转码服务器、迁移服务器、带库控制服务器、流媒体服务器、Web服务器等等。在线存储体选用容量3.24T、基于RAID技术的磁盘阵列,通过千兆以太网,与非线性编辑网络和硬盘播出系统相连,且阵列上任何一块硬盘都具备热插拔功能。近线存储体选用美国SpectraLogic T50型LT0磁带库,在4U、7英寸标准NEMA机架上拥有4个LTO驱动器和50个磁带槽位,吞吐量可达576 GB/小时,应用LTO-3磁带技术容量高达40TB(压缩)或20TB(非压缩)。根据节目容量情况,目前我们只选用1个LTO驱动器和10个磁带槽位,4T容量。

所有节目制作系统设备以网络Dell 5324交换机为核心构成一个星型封闭结构以太网。

2、节目播出系统。节目播出系统主要硬件设备包括:硬盘播出主机和备机、INFO—TV播出服务器(主备机个一台)、播出资讯服务器(INFOTV)、硬盘塔磁盘存储系统、矩阵切换器、卫星接收机等设备;主要软件包括:多区域硬盘自动播出软件、资讯服务器播出软件等。

“INFO TV”多区域硬盘自动播出系统,能够实现全自动的多路资讯、字幕、动画、台标、时钟、视频同屏播出,适用于图文频道、即时新闻、股票财经信息、运动会现场直播、天气预报、商场购物等众多领域。

“INFO TV”多区域资讯播出系统第一次采用多区域字幕的播出方式,将屏幕划分成若干区域,在这些区域中同时显示不同图文信息、活动视频、文本、时钟等信息,不但丰富了节目表现方式,而且给观众带来全新的视觉感受和更加丰富的信息资源。通过自动播出软件方便组合成新的移动电视节目源,实现移动电视节目的播出。

播出机房配置MVW160多画面分割器一套和一台高分辨率大屏幕投影显示设备用于数字播控系统的视音频信号监播。其中,多画面分割主机为硬件软件结合结构设计、具有丰富监控功能。系统通过这台多画面主机,可实现对多达9路视音频信号质量和状态的监看。 

3、编码复用系统。采用Thomson公司产品,具有统计编码复用功能,一台5U设备,可以实现多路编码(最大支持10路编码),并可根据系统要求,扩展复用功能、DS3/IP适配功能。设备提供双电源供电,以保证设备的稳定可靠运行。双编码板卡的技术招标为:采用MPEG-2 4:2:0MP@ML编码方式,支持视频数据传输率从0.2~15Mbps连续可调;可方便通过软件升级,支持MPEG-2 4:2:2 P@ML编码方式,视频数据传输率从0.5~50Mbps连续可调,自适应格式检测,自适应GOP支持统计复用,使整个编码器组动态共享一个固定带宽,最大效率的利用带宽,有自动降噪功能对输入信号进行预处理,保证低码率输出时图像仍具有良好质量。

在本系统应用中,实际配置了2个电源模块(1+1冗余备份),3个编码模块和2个复用模块(1+1冗余备份),目前,传送三套节目进行编码复用。考虑到第一套节目为自办节目,有些公共固定场所配有大屏幕接收,所以,在优先等级、编码速率、像素分辨率等方面其都优于另外两套转播节目。

4、数字电视发射系统。单频网组网前,江西传媒移动电视广播系统采用多频网方式单点发射,发射系统设备包括:激励器、数字电视发射机、带通滤波器、高增益隙缝发射天线等。(见图3。)

激励器是数字电视发射机的核心,发射机绝大部分技术指标由激励器决定。江西传媒移动电视广播系统采用德国R&S公司原装DMB—T(数字多媒体广播一地面)激励器,型号为SV702,内置非线性校正、线性补偿、PCR校正功能,具备多频网和单频网功能。数字电视发射机功率放大部分及电源部分采用模块化设计,支持热拔插功能。功率放大系统采用原装进口高效率大功率合成器,由12个全固态功放模块合成,功放模块全部采用LDMOS技术,单个功放模块输出平均功率为120W,各功放模块互为备份,可任意替换,便于调试和维护,同时扩大了整机功率空间。整机主要电路由6个开关电源并联均流供电,互为备份,微机监控电源工作状态,自适应调整整机工作状态。控制电路以“电梯停用走楼梯”理念,实现整机自动控制系统和手动控制系统的自由切换。整机设有驻波比过大、过热、过激励、缺相保护和防雷措施,开关电源设有过压、过流、欠压、过温、短路、防雷击等保护措施。数字电视信号(TS流)经激励器进行调制、变频,输出射频信号,再经发射机进行功率放大,通过天馈系统进行无线发射,无

线发射采用44频道(中心频率762MHz)。

5、移动接收系统的组成。江西传媒移动电视目前主要发展移动接收平台和固定接收平台。移动接收平台主要有出租车、公务车、私家车等,固定平台主要有楼宇电视、街道电视、食堂以及公众大厅等场所电视。移动接收终端主要由移动电视专用接收天线、移动电视机顶盒、音频转换器(微型FM发射机)、7英寸液晶显示屏、FM接收机等部分组成。(见图4)

移动电视平台采用移动电视专用接收天线接收由移动电视发射台发射的特定频道的无线射频信号,音频转换器其实就是一个微型简单的小型FM发射器,输入音频信号,输出为调频广播段的射频信号。小型车上选用音频转换器为固定频率,以避开当地调频广播使用的频点,使用时,车主核对音频转换器频率,把FM接收机调到相应的频点收听移动电视伴音,小型车上大部分安装的都是7英寸液晶显示屏。

所有的小型车都有自己的一套音响系统,安装移动电视终端接收系统时很巧妙地利用了FM(调频广播)接收功能,共享小型车自身音响系统(音频功放及扬声器播出),省却了音频连线和音频切换环节,保证了优质的音频播出功能。这种安装方法因没有改装小型车音响系统结构,对小型车音响系统没有任何影响。

固定接受平台包括机架式一体机、壁挂式一体机、大屏幕投影机,根据接受点信号强弱,分别选用固定方向高增益接收天线或全向垂直鞭状接收天线。 

二、单频网的建设与调试

1、单频网的技术优点。首先单频网有利于频率规划,在频谱资源有限的情况下,可以大大节约宝贵的频率资源,提高频谱利用率。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盲区,单频网可通过多点同频发射的办法来解决覆盖盲区的问题,获得较好的覆盖率。另外,单频网技术还可降低发射机设备的成本,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。

2、单频网的组成。江西地面数字电视系统的单频网系统由主、辅两个基站组成。

单频网主站:单频网主站发射机安装在江西省广电局彩电中心大楼20楼,选用1.3KW全固态数字电视发射机(配置DMB—T数字电视激励器),发射频率为44频道(射频中心频率762MHz,频率范围758~766MHz)。发射天线安装在彩电中心大楼楼顶原电视台13CH发射塔上,选用四层四面偶极板数字发射天线,垂直极化方式,发射天线海拔高度121米(地面高度90米),地理位置为北纬:28°40′34″,东经15°55′25″。

单频网(SFN)配套设备包括:ASI信号光端机、单频网适配器、GPS时钟(两路GPS时间基准(1pps)和频率基准(10MHz)接口)、UPS电源、1.3KW全固态数字电视发射机、数字发射天线等。主要技术参数为:QPSK调制,子载波4K模式,内码码率419,保护间隔119(55.56gs),有效载荷为5.414Mbps,单频网适配器延时500μs。

单频网辅站:单频网辅站发射机安装在江西省广播电视局702台发射机房,选用1.3KW全固态数字电视发射机(配置DMB—T数字电视激励器),发射频率为44频道。发射天线安装在梅岭山峰702台微波发射塔上,选用四层四面数字发射天线,垂直极化方式,发射天线海拔高度862米(含地面高度29米),距离南昌市移动电视单频网发射点主站为26.11公里,地理位置为北纬:28°44′53″,东经:115°40′11″。  

3、单频网系统的调试。单频网调试的主要工具为车载移动接收分析系统,接收系统由测试车辆、移动电视接收天线、GPS接收机(含接收天线)、测试机顶盒、液晶显示器、场强仪、自动测试系统和供电系统组成。在车上共安装了2根接收天线,一根给场强仪使用,一根给机顶盒使用;场强仪测试灵敏度为25dB。自动测试系统为基于GPS的测试系统,可以自动记录车辆行驶路线的GPS坐标、与发射台的距离、车速、场强、是否有误码等参数,测试间隔为每秒一个点,测试数据经过处理,可以生成测试轨迹图、场强分布图、误码分布图等非常有用的图表数据,对分析场强和误码分布有很大的帮助。收测系统结构图见图5。

对单频网车载移动接收测试进行分析如下:

单频网组网后,先从单站收测开始,关闭702台发射点单频网发射机,测试省中心发射点信号覆盖情况,记录各典型地段场强分布和误码分布。然后,关闭省中心发射点发射机,开启702台发射点单频网发射机,测试省702台发射点信号覆盖情况,记录各典型地段场强分布和误码分布。测试过程中,重点记录两发射点交叉覆盖区域单点的的场强和误码分布情况。

依据江西移动的信号覆盖要求,必须重点保证城区街道的信号覆盖,即以单频网省中心发射点为半径18公里的范围,根据理论计算,省中心发射点时延设置为28μs,702台发射点时延设置为0μs。计算方法如下(见图6):图中AD两点分别为单频网两个发射点,两点间距离为26.11KM,C点距D点1 KM,为省中心发射点强场强区,大于702台信号10 dB以上,可不考虑干扰。BC两点距离为16.7 KM,属单频网保护间隔距离,E点为BC两点的中点,AB两点距离为8.4 KM,AB区大部分为山区,暂不考虑信号覆盖。当单频网保护间隔为BC长,即16.7 KM时,两个发射点信号必须同时到达E点,此时,702台发射点信号比省中心信号多传输7,4KM(AE-ED=7.4KM),当省中心信号延时27μs(电磁波信号传输速度为300M/μs)时,两个发射点信号同时到达E点。

检测过程中,选择城北沿江北大道、八一大桥、庐山南大道进行路测(该路段与两发射点连线近似平行,702台信号无遮挡覆盖),测试结果显示:庐山南大道、八一大桥接收良好,沿江北大道东段信号干扰比较严重。改变时间延时参数,时延设置分别选定0μs、10μs、20μs、30μs、40μs、50μs、60μs、70μs、80μs、100μs。0~30μs时,昌九高速公路蛟桥段(AB区)、庐山南大道、八一大桥接收良好,沿江北大道东段(CD区)信号干扰比较严重。时延设置60~1000μs时,昌九高速公路蛟桥段(AB区)、庐山南大道、八一大桥同频干扰较严重,沿江北大道东段(CD区)信号接收良好。经过测试,当时延设

置在40-55μs时,庐山南大道、八一大桥沿江北大道(CD区)信号接收良好,昌九高速蛟桥段(AB区)偶尔有干扰现象。经过多次测试,最终将时延设置为43μs。

建成后的发射信号覆盖、盲点分布情况及原因分析如下:

(1)单频网发射信号覆盖。 

市区内:通过组建单频网后使原来发射机在城区覆盖不好的地方接收改善,如南昌大桥、红谷滩等地区,但城区有些地方也曾出现短暂停顿现象

主站发射点正东方向:主站发射点正东方向的城区以及郊区,距省中心发射点5公里范围以内,由于主站发射信号较强,覆盖良好,但部分地区由于物体阻挡以及场形不均度等原因,有受单频网干扰的情况;

主站发射点东南方向:组建单频网后覆盖可延伸到离主站发射点40公里左右(向塘),但部分地段会有接收信号中断现象;

主站发射点正南方向:该地区大部分为丘陵(典型测试路段为温厚高速)。距省中心发射点30公里以内的丘陵地带,信号接收良好,周围有建筑物阻挡的地段,接收会时断时续。距省中心发射点30公里以外,地段有建筑物、山丘阻挡、地势较低等地(比如街道、村落等地),接收偶中断。地势较高平坦、周围无建筑物阻挡的地段接收很好;

主站发射点南西方向:指距省中心发射点南西方向10~40公里范围,该地区为丘陵和山峰(典型测试路段为昌樟高速)。由于地势较高平坦、周围无建筑物阻挡的地段,因此接收情况较好。20公里以外(超过单频网保护距离),两发射点信号略有干扰; 

南昌市正西方向:南昌市正西方向分两个部分,第一部分指距省中心发射点正西方向15~26公里范围(超过单频网保护距离),该地区大部分为丘陵和山峰(典型地段是南昌至新建县和湾里区的公路及街道)。信号覆盖不理想,接收盲区大于40%,部分地区为信号干扰区。第二部分指距省中心发射点正西方向26公里范围以外,即距702台单频网发射点正西方向0~50公里,该地区大部分为山峰和丘陵,702台单频网发射点正西方向0~6公里,接收信号偏弱,6~50公里(典型地段是安义县至靖安县的公路及街道),信号接收良好,少部分山峰脚底道路,由于山体阻挡,接收不到信号;

主站发射点北部地区:覆盖可延伸到75公里左右(德安)。但机场高速公路等地段由于地势较低,两个发射点信号都覆盖不到,该部分地区为信号盲点,未来准备采用同频转发器进行补点。

单频网信号覆盖图见图7—1、7—2、7—3。

(2)单频网盲点及信号干扰地段分布情况。

单频网盲点,即两个发射点都覆盖不到的地方,典型案例:机场高速公路。

城区部分街道因两个发射台发射的信号干扰(在单频网保护距离之内,可能是因某发射站发射信号反射回来,与另一发射站信号相互干扰)而出现接收不良的情况,典型地段为:永叔路部分路段及其周边线路、站前路部分路段、南莲路部分路段、主站发射点正东方向部分地段(高新区公交505部分线路、昌万公路等)。

(3)单频网盲点及信号干扰的原因分析:

两个发射点距离太长(26公里),超过单频网保护距离(16.6公里); 两个发射点海拔高度相差悬殊(891米-121米=770米)。造成两个发射点信号“大环套小环”的特殊现象

梅岭山峰较多,地形复杂,虽然辅站发射天线较高,但低洼地段仍受山体阻挡,信号无法到达。

三、如何提高处置单频网突发事件的能力

虽然单频网在移动电视系统中得到广泛应用,但对于单频网的维护要求也需更加严格和苛刻。不仅仅要做好单个发射机的维护工作,还要做好单频网各发射机之间的网络维护工作。这就对单频网的处置突发能力提出了更高的要求。

为了达到单频网发射点的时间和频率同步,需要向分配前端(SFN适配器)和每个发射点提供一个公共时间参考和频率参考。这些参考可以很容易通过卫星定位系统(GPS)接收机得到准确的10MHz和1pps信号。所以单频网的每个发射机都要配备一台GPS接收机。而单频网各发射机之间的网络有微波、光缆、同轴或者卫星链路等,只有在这些网络正常运行的情况下才能保证单频网的正常工作。 

对于如何提高处置单频网突发事件的能力,江西的经验是可以从这几个方面入手:

1、加强监测,强化管理,及时沟通,消除隐患。监测涉及到两个方面,一个是终端接收的监测,对不同的发射点选择不同的监测点,避免在交叉覆盖区进行监测,否则无法判断是哪个发射点发生故障;第二个是完善发射设备的远程监控系统,对发射设备的主要指标(电源电压、发射功率等)进行远程监控。发现问题及时汇报,通过整体协调,尽快找到问题的关键所在,及时作出处理。在处理故障时,把原因分析透彻,避免类似故障再次发生,彻底消除故障隐患。

目前,江西移动电视公司系统由两台发射机组成单频网,主站设在彩电中心20楼,从站设在梅岭702台,对于终端的接收监测选了三个比较有特色的地点:A、播出机房(南昌近区的监测);B、红谷大厦的终端机(干扰区的监测);C、安义县医院的终端机(南昌外围的监测)。根据监测结果判断单频网是否正常工作(见表2)。

对于从站702台的发射机,安装配备了远程监控系统,播出机房的工作人员随时可以了通过网络解到702台的发射机的工作状况,并能实现远程开关机操作。

2、对于单频网各基站发射机停电的处理。一般基站停电时间不会太长,但GPS接收机在停电后重新恢复时,搜索卫星的时间很长,一般需要1小时以上,而发射机在来电的情况下很快就能开机,所以在GPS接收机前应加一个小功率的不间断电源(UPS),以确保GPS接收机在短暂停电时能正常工作。目前,江西移动电视公司在主站和辅站的GPS接收机的电源上都配备了UPS系统,以确保突发停电时间过长使单频网能够正常工作。

3、由于单频网的发射机(辅站)在没有收到前端(主站)基础网络传送过来的信号时无法正常工作,因此基础网络的选择和维护尤为重要。基础网络有微波、光缆、同轴或者卫星链路等,其不仅仅提供信号源,还提供单频网所需要的适配器参数和时间延时等。基础网络中断会导致单频网无法正常工作。因此单频网的维护不仅涉及到单个发射机的维护,也涉及到基础网络的维护。

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