数字电视地面广播系统及其组建方法与流程

本发明涉及数字电视地面广播技术领域，特别涉及数字电视地面广播系统及其组建方法。

背景技术：

在数字电视地面、有线、卫星传输方式中，数字电视地面传输系统环境最为复杂，也因其技术要求最高、受众广而备受关注。地面系统的标准已有美国高级电视系统委员会(atsc)、欧洲数字视频地面广播(dvb-t)和日本地面综合业务数字广播(isdb-t)。1999年我国设立数字电视研发及产业化重大专项并成立国家数字电视领导小组，明确自主制定技术标准。针对中国数字电视应用的具体标准，2006年推出了中国数字电视地面标准dtmb。

地面数字电视传输国家标准已于2007年8月1日正式实施。2008年，8个奥运城市开通数字地面电视。

2016年，国标dtmb全国覆盖计划，促进了dtmb数字机顶盒、dtmb数字移动电视、地面波接收手持设备、9寸dtmb移动数字电视、dmb-th地面波数字电视以及手持便携dtmb移动电视等多样式的接收设备的发展。

中央广播电视节目无线数字化覆盖工程涵盖全国31个省、市、自治区、直辖市，除了2500多个广播电视骨干发射台，还有广西、青海的500多个50瓦小功率补点站，共涉及到6200多部发射机。

中央覆盖工程地面数字电视频率规划方案涉及各省现有的地面发射台站、转播台站和补点台站共计3117个，按照每个台站分配两部发射机的原则(个别台站为1部发射机)，发射机的数量总计6230部。发射机的建设性质可分为2类：一类是改造性质，即该频点的发射机原本采用dtmb方式播出中央节目，为符合中央覆盖工程的电视节目播出要求，必须对发射机进行技术改造，共计384部；另一类是新建性质，即需要对该频点所使用的频率进行新的规划并购买新的dtmb发射机，共计5846部(其中广西的578部发射机有特殊要求尚未招标)。本次频率规划主要针对新建的5846部发射机开展频率指配规划工作。

目前组网方式采用大功率、高山发射台站结构。基站之间距离远，受地形地貌影响比较大且组网复杂。网络中存在很多信号干扰区域。而且，建筑物遮挡产生很多信号盲区。另外，因为发射功率高而对发射点有一定要求，在基站之间可能存在很多覆盖区域的缝隙，甚至有很多地区根本无法被覆盖。在现有资源和技术方案的基础上，改进困难。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种数字电视地面广播系统及其组建方法，以补充dtmb信号覆盖，自由弹性延伸已有的dtmb覆盖区域。

第一方面，本发明实施例提供了一种数字电视地面广播系统，该系统包括至少一个发射机，所述发射机包括依次连接的第一滤波电路、第一前级放大单元和功放单元，其中，所述发射机用于从空中接收数字电视地面广播网络信号并对其处理后发射出去，所述第一滤波电路基于所接收信号的频率而得到，以及所述发射机的功率和数量根据需要覆盖的面积、地形和所接收信号的信号值而定。

一个实施例中，所述发射机还可以包括依次连接的第二滤波电路、第二前级放大单元和切换单元，所述切换单元连接在第一滤波电路和第一前级放大单元之间，以便在第一滤波电路与第一前级放大单元之间的连接和第二滤波电路与第一前级放大单元之间的连接进行切换，所述第二滤波电路基于所接收信号的频率而得到。

一个实施例中，所述发射机可以是功率从8毫瓦到50瓦的小功率发射设备，单点覆盖范围从5米到20公里。

一个实施例中，第一滤波电路和第二滤波电路均可以包括低通滤波器和高通滤波器，对于目标信号衰减3dbm以下，对于非目标信号抑制30dbm以上。

一个实施例中，第一前级放大单元和第二前级放大单元均可以包括低噪声放大器。

上述方案的有益效果在于：由于发射机功率小、基站之间距离近，所以对发射点的选择要求低，可以灵活布置发射点。再者，经过滤波和放大的信号在保护间隔内进行补充发射，可以修补主覆盖信号盲区，自由弹性延伸已有的dtmb覆盖区域。

第二方面，本发明实施例提供了一种数字电视地面广播系统的组建方法，该系统包括至少一个发射机，所述发射机包括依次连接的滤波电路、前级放大单元和功放单元，所述发射机用于从空中接收数字电视地面广播网络信号并对其处理后发射出去，该方法包括：

测试并分析所接收的信号，得出目标信号的频率和信号值以及需要补充信号的区域的面积；

基于目标信号的频率来设计所述滤波电路；

根据所述面积和所述目标信号的信号值并结合地形情况来设计发射机的功率和数量，以得到覆盖需要补充信号的区域的射频覆盖网络。

一个实施例中，所述设计滤波电路的步骤可以包括基于目标信号的频率设计出滤波电路，然后测试其性能是否满足预定要求，如果不满足，则调整滤波电路的结构和/或内部器件的参数。

一个实施例中，设计所述发射机的功率和数量的步骤可以包括根据所述面积和目标信号的信号值以及地形情况确定发射机的功率和数量，然后根据实际测量结果判断该广播系统发射的射频信号的强度是否达到要求和/或完全覆盖需要补充信号的区域，如果判断结果为否，则根据测量结果调整发射机的功率和/或数量。

优选的，发射机是功率从8毫瓦到50瓦的小功率发射设备，单点覆盖范围从5米到20公里。

优选的，所述滤波电路包括低通滤波器和高通滤波器，对于目标信号衰减3dbm以下，对于非目标信号抑制30dbm以上，所述前级放大单元包括低噪声放大器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

第一，组成网络的空中电磁波污染范围小，网络覆盖区域内电磁污染小。

第二，组网的发射点选择要求低，容易组成多发射点的同频网络。

第三，网络延伸采用已有的空中射频信号，不必单独提供发射用的信号源，降低了成本。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的滤波电路的原理模型图；

图2是根据本发明一个实施例的发射机10的结构性示意图；

图3示出了图2中滤波电路110的一个具体例子；

图4是根据本发明另一实施例的发射机40的结构性示意图；

图5给出了根据本发明实施例的一种数字电视地面广播系统的组建方法的示意性流程图；以及

图6示出了根据一个例子的广播系统的发射机的配置方案。

具体实施方式

鉴于现有技术中存在的问题，发明人提出了一种采用小功率发射组网的思路。本发明是一种在dtmb网络中，用小功率发射补充信号和组网的技术。设计滤波电路处理空中电磁波，控制小的插入损耗，过滤出有用信号，然后设计小功率的发射设备，在反射信号可接收到的保护间隔内实现小功率多点发射的组网。

dtmb(digitaltelevisionterrestrialmultimediabroadcasting)是数字电视地面多媒体广播的英文缩写。在dtmb系统中，采用时域同步正交频分复用(ofdm)的调制方式，支持8mhz带宽内的数据传输。ofdm在副载波中的每个符号之间加上保护间隔，减小码间干扰，能很好地支持移动通信。只要不同信号的时间差小于保护间隔，就不会构成同频干扰。

根据本发明实施例1，提供了一种数字电视地面广播系统，该系统包括至少一个发射机。所述发射机包括依次连接的滤波电路、前级放大单元和功放单元。其中，发射机从空中接收数字电视地面广播网络信号并对其处理后发射出去，所述滤波电路基于所接收信号的频率而得到，以及发射机的功率和数量根据需要覆盖的面积、地形和所接收信号的信号值而定。

本实施例的发射机是功率从8毫瓦到50瓦的小功率发射设备，单点覆盖范围从5米到20公里。例如，前级放大单元可以采用低噪声放大器，功放单元可以采用两级或者多级功率放大器。由于基站之间距离小，所有基站的发射信号及它们的反射信号都在终端的保护间隔内。因此，发射点的选择容易，布置灵活。

一个实施例中，滤波电路采用5阶低通滤波器与5阶高通滤波器相结合的方式，来实现窄带滤波。带外干扰点抑制在30到50dbm。其原理模型图如图1所示。

图2是根据本发明一个实施例的发射机10的结构性示意图。如图2所示，发射机10包括依次连接的滤波电路110、前级放大单元130和功放单元140。滤波电路110包括低通滤波器111和高通滤波器112，以便实现带宽例如为8mhz的窄带滤波。滤波电路110根据各地频点来设计，要求对于目标信号衰减3dbm以下，对于非目标信号抑制30dbm以上。

北京地区使用626mhz、666mhz和674mhz三个dtmb频点，图3示出了图2中滤波电路110应用于北京地区的一个具体例子。图3中，电阻r0、电容c1至c6以及电感l1和l2组成了低通滤波器111，电阻r1、电容c6至c11以及电感l3和l4组成了高通滤波器112。其中，电阻r0的阻值为75ω,电容c1至c5的容值分别为2pf、100pf、2.2pf、3.3pf和3.3pf，电容c6至c11的容值分别为2.2pf、2.7pf、3.6pf、1.5pf、1.8pf和4.7pf，电感l1和l2的电感量分别为12nh和10nh。

上述例子中的滤波电路110为模拟滤波器，本领域技术人员可以理解，滤波电路110也可以采用数字滤波器，通过对数字滤波器的存储器编写程序，就可实现各种滤波功能。

图2中，天线接收的数字电视地面广播网络信号经过滤波电路110的过滤后，被前级放大单元130放大，以满足下级功放对输入电平的要求。为了减小噪声，保证信号的线性度，前级放大单元130例如为低噪声放大器lna，功率放大为16dbm左右。功放单元140可以采用ab类线性放大器，例如横向扩散金属氧化物半导体(即ldmos)器件，以满足ofdm对于功放的线性、稳定性和动态范围等的较高要求，从功放单元140输出指定功率(例如300mw)的信号至天线发射出去。根据实际情况，本领域技术人员可以进一步增加末级功放和与之连接的带通滤波器，以便输出最大50w的射频信号。

另外，发射机10可以包括给设备供电的电源和监控单元，以实现远程遥测和监控。进一步，发射机10可以包括与功放单元140连接的定向耦合器，以便将入射、反射信号耦合出供监控用。

图4是根据本发明另一实施例的发射机40的结构性示意图。图4中，第一滤波电路410、第一前级放大单元430和功放单元440可以与图2中的滤波电路110、前级放大单元130和功放单元140相同，在此省略对其的详细说明。例如，第一前级放大单元430和功放单元440能够共同实现30db的增益，此参数的条件为1db压缩点测量值。

发射机40还包括第二滤波电路420、第二前级放大单元450、功率调节器460和切换单元470。第二滤波电路420和第二前级放大单元450可以分别与第一滤波电路410和第一前级放大单元430相同。切换单元470例如为开关，当控制切换单元470使空中射频信号经由第二滤波电路420、第二前级放大单元450和功率调节器460输入到第一前级放大单元430时，可以对信号进行二级放大。相比于信号从第一滤波电路410传输的情形，可以改善信号的功率和线性。在实际应用中，当监测到射频信号的电平衰减较大或者发生故障时，可以手动操作切换单元470实现切换，以保证系统的稳定性。

为了防止信号过强，可以设置功率调节器460，其例如为可调衰减器，可以使信号衰减0db、3db、6db或9db。本领域技术人员能够理解，也可以在两级放大之间暂时用外部功率调节器进行调节。

上述实施例的数字电视地面广播系统中，滤波电路基于信号的频率而得到，以及发射机的功率和数量根据需要覆盖的面积、地形和所述信号的信号值而定。也就是说，首先测试空中信号，得出网络中目标信号的频率、强度等特征和需要补充信号的区域的面积，根据信号的频率设计滤波电路，再根据所述面积和信号的强度并结合地形情况来设计发射机的功率和数量。本实施例的发射机是功率从8毫瓦到2瓦的小功率发射设备。利用本系统构建的网络延伸采用已有的空中射频信号，不必单独提供发射用的信号源，因此可以降低成本。经过滤波和放大的信号在保护间隔内进行补充发射，可以补充dtmb信号覆盖，自由弹性延伸已有的dtmb覆盖区域。

上述实施例中的数字电视地面广播系统采用小功率的发射机，对发射点的选择要求低，因此可以灵活布置发射点。另外，由于功率小，可以灵活调整频率。

另一方面，本发明提供了一种本发明实施例1的数字电视地面广播系统的组建方法，该方法的执行主体可以是服务器。该组建方法包括以下步骤：

s10，测试并分析空中信号，得出网络中目标信号的频率和信号值以及需要补充信号的区域的面积；

s20，基于目标信号的频率来设计滤波电路；

s40，根据所述面积和所述目标信号的信号值并结合地形情况来设计发射机的功率和数量，以得到覆盖需要补充信号的区域的射频覆盖网络。

图5给出了根据本发明实施例的一种数字电视地面广播系统的组建方法的示意性流程图。在步骤s511，使用频谱仪测试空中电磁波频谱。在步骤s512，对于电磁波频谱进行分析，得出网络中目标信号的频率、强度和信噪比数值，以及频带内其它非目标信号的频率和强度，同时得到需要补充信号的区域的面积。

接下来，在步骤s521，根据频谱设计滤波电路。要求滤波电路对于目标信号衰减3dbm以下，对于非目标信号抑制30dbm以上。在步骤s522中，进行滤波电路的投板、焊接和调试，并测试其性能。此后，过程前进到步骤s523，对于滤波电路的性能是否满足指标要求进行判断。例如，测试滤波电路的截止频率、插入损耗、通带滤纹、阻带衰减等是否满足预定要求。如果满足指标要求，过程前进到步骤s541。否则，过程返回到步骤s521，调整滤波电路的结构和/或内部器件的参数，迭代一遍设计。

在步骤s541，根据步骤s512中获得的面积和目标信号的强度并结合地形情况来设计发射机的功率和数量。

此步骤中，根据需要覆盖的面积、地形和信号值设计小功率发射版图。例如，对于体积为30米*30米*30米的楼宇结构，设计发射机的功率为300mw，采用单个发射机组建数字电视地面广播系统。

在典型的覆盖设计模型中，在1万平方米的范围内采用单发射点，安装300mw的功率设备。图6示出了根据一个例子的广播系统的发射机的配置方案。图6中，a＝100米，b＝50米。如图6所示，在9万平方米的范围内采用了9个以上的发射点p，每个发射点p采用一部300mw发射设备，从而组成一个由9个以上发射点覆盖9万平方米的网络。由于每个发射点p的功率控制在300mw,因此对于网络覆盖范围内的非本点区域和非覆盖范围内的其它区域产生的电磁干扰很小。

针对特殊地形、楼宇结构等，在一个发射点覆盖范围内可能出现局部信号被屏蔽的情况。为了解决此问题，可以选取合理位置增加一个发射点。如图6所示，在图中右上方的高山区域中增加了一个发射点p，从而实现目标覆盖区域内是一个全覆盖的网络。此组网方式不存在于大功率网络中，解决了同频网不可补点的问题。

然后，在步骤s542，进行发射机的投板和组网调试，测试实际效果。如果目标区域内电磁波信号的强度达到预定要求，并且目标区域被完全覆盖，设计完成。否则，过程返回到步骤s541，根据测量结果调整发射机的功率和/或数量，以补齐信号功率和/或消除信号盲区。

本发明实施例中，各发射点的信号是同源、同步、同相位的射频信号，也就是同频网信号。但是，在补点高塔强信号时(有信号但是存在同频不同步的情况)，可以采用小范围功率压缩，以解决高塔信号的临界区不好信号部分。

本发明相比于现有技术至少具有以下有益效果.

第一，组成网络的空中电磁波污染范围小，网络覆盖区域内电磁污染小。

第二，组网的发射点选择要求低，容易组成多发射点的同频网络。

第三，网络延伸采用已有的空中射频信号，不必单独提供发射用的信号源，降低了成本。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，所揭露的装置和方法可以通过其它的方式实现。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，即，本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一起，可以是单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不应理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行修改、替换和变型。