北京地面数字电视单频网的测试与分析

肖晓初 李明亮 何剑辉

（国家广电总局中央电视塔）

[摘 要] 本文对地面数字电视单频网同频干扰问题进行了理论计算，分析了来自不同发射点的信号场强和延时对单频网同步区域的影响，并对北京地面数字电视单频网实际测试结果进行讨论，最后就北京地面数字电视单频网进一步优化提出了解决方案。[关键词] 地面数字电视 单频网 场强 时延 同频干扰 测试 1 引言单频网是由多个不同地点的处于同步状态的无线电发射台，在同一时间、以同一频率发射同一信号，以实现对一定服务区的可靠覆盖。对于在单频网中的接收机，由于来自不同发射机的直射信号，或者由于地形地貌、道路建筑等因素造成的反射信号，因此可接收到多个不同相位的同频信号，产生同频干扰。单频网采用OFDM调制方式，OFDM多载波调制方式使传送符号带有保护间隔，落在保护间隔内的多径信号经处理后不但不会产生前后符号间干扰，而且可加强有效信号功率，提高信号质量。单频网的组建遵循以下基本原则：

其中和是接收点接收发射站1和发射站2的场强，是保护场强；和是接收点到发射站1和发射站2的距离，GI是保护间隔。即任意点接收到的来自不同发射站的信号场强差足够大，或者来自不同发射站信号的时延在保护间隔之内，则不产生相互干扰。干扰边界的理论分析综合了场强干扰边界和延时干扰边界，推算出可能存在干扰的重点区域，并根据理论推导对各区域进行测试，以实现对北京地面数字电视单频网覆盖效果的优化。 2 场强差对单频网同步的影响假定单频网中的2个发射点位于坐标（-c，0）和（c，0）处，各站点均采用全向天线。地面任意点接收信号场强可按下式计算：

其中G为天线增益，P为发射功率，为波长，d为接收天线到发射天线的水平距离，为发射天线高度，为接收天线高度，均取=10米。设第一个发射站在某点的场强为，第二个发射站的场强为。对于城市密集区，可按瑞利分布计算，假设同频保护率为11dB，即任意点接收到两发射站发来的信号场强差超过11dB，则相互不受干扰，即取=11dB=12.58倍。

由以上推导可看出，场强差同频干扰区的边界是由2个圆组成。当其中一个发射点功率加大时，同步区边界变为2个大小不等的园，功率大的一侧的圆较大。由于各发射站天线高度和增益都不同，所以场强干扰边界均是不等的圆。北京地面数字电视单频网由中央电视塔、名人广场、沙河地球站和491台四个发射站组成，由于中央电视塔相对其他三个站点天线高度和增益都高一些，所以场强同频干扰区边界，中央塔为较大的圆，其他三站点为较小的圆。 3 延时对单频网同步的影响北京单频网播出的国标数字电视信号最大保护距离为16.7公里，只有中央塔和名人广场的站间距为12.0公里，在保护间隔之内。中央塔与沙河地球站的距离为21.3公里，中央塔与491台距离为22.3公里，沙河地球站与名人广场距离为17.2公里，名人广场与491台距离为18.5公里，站间距都超过了最大保护距离。根据文献^[4]，超保护间隔发射站数学模型如下：设单频网中的2个发射站位于坐标（-c，0）和（c，0）处，单频网的保护间隔为2a，（a<c）。如果给发射点（c，0）人为设置一个静态时延2t，则同步区边界为

即时延可改变双曲线左右半轴的顶点位置和开口大小。因此，在实际的单频网组网与优化过程中，合理地设置静态时延是消除干扰区的重要方法。 4 北京地面数字电视单频网干扰区分析综合以上分析，在地面数字电视单频网中，场强因素和时延因素共同决定了同频干扰区域的分布。在模拟开路电视中，两个间距过小的同频发射台之间会有大范围同频干扰区，但对于地面数字电视单频网，就可以利用OFDM调制方式中的保护间隔技术很大程度地减少同频干扰的区域，通过合理设置各个发射点的静态时延，在同频干扰区内不但不会造成信号衰落，反而会使信号加强，从而达到良好的覆盖效果。北京单频网各台站参数如表1：

4.1 各站点不设置静态延时的干扰区分析以中央塔和491台为例。

设测试点接收到中央塔的场强为，接收491台场强为把两站天线增益、海拔高度各值带入式（5）

以上推导说明，干扰区域边界是两个大小不等的圆，圆心分别在中央塔附近和491台附近，由于圆心到发射站的距离非常近，为方便计算，该段距离可忽略不计。中央塔一侧圆的半径大概为，491台一侧圆的半径大概为图中黄色圆圈为非干扰区，黄色圆圈外面均为干扰区。图中数据均为距中央塔的距离。4.2 各站点设置静态时延后的干扰区分析以中央塔与491台为例：中央塔静态时延为0，491台静态时延为50，由于最大保护距离为16.7km，则a=16.7km/2=8.35km，把时延差带入式（7）得出，2t=50，d=v*t=7.5km，a-d=8.35-7.5=0.85km，且c=22.3km/2=11.15km，所以，即干扰边界的左半轴为双曲线的左半轴。由于a+d=8.35+7.5=15.85km>c=11.15km，所以中央塔与491台中点的右半轴无时延干扰区。所以干扰边界距中央塔11.15-0.85=10.3km。

图2中紫色部分为时延干扰区。同时考虑场强和时延的单频网干扰区，中央塔和491台之间应该有小部分干扰区，大概在距中央塔9.52km至10.3km之间。图3中紫色部分为综合了场强、时延的干扰区。根据以上推导方法，分别得出中央塔与沙河地球站、名人广场与491台、沙河地球站与名人广场的场强、时延干扰区。

图4、5、6中紫色部分为综合了场强、时延的干扰区。4.3 北京地面数字电视单频网综合干扰区分析中央塔与名人广场相距12km，小于保护间隔16.7km，构成了标准单频网模型，两发射点场强可叠加，大大减小中央塔与491台、中央塔与沙河地球站、沙河地球站与名人广场、沙河地球站与491台干扰区。同时考虑到在中央塔西南侧10km以外，沙河地球站与491对此处的覆盖可忽略不计，所以此处也无干扰。综合分析北京单频网干扰区应如下。

图7中紫色部分为北京单频网综合干扰区。以上干扰区的形成是因为491台和沙河地球站设置的时延过大造成，大时延虽完全消除了491台和沙河地球站周围的同频干扰区，但给中央塔与491台和中央塔与沙河地球站中间区域留下了狭长的同频干扰区。建议设置491台和沙河地球站时延由50变为45，可减小甚至消除此狭长干扰区。5 实际测试情况为了充分验证北京地区地面数字电视单频网的覆盖效果，本次测试试验在DS-32频道单频网各发射机重叠覆盖区域内共选取10个市区及郊区测试点进行固定接收性能测试。图8给出测试点分布示意图。表2是DS-32频道单频网固定点室外接收测试结果的汇总。

表2　DS-32频道单频网固定点室外接收测试结果汇总 编辑：中国新闻技术工作者联合会