科研管理工作计划-广播电视规划院课件

2022/11/23地面数字电视单频网优化设计及监测分析探讨广播科学研究院无线技术研究所陈颖2022/11/22地面数字电视单频网优化设计及监测分析探讨内容提要1地面数字电视单频网发展情况地面数字电视单频网组网技术2地面数字电视单频网优化设计3地面数字电视单频网监测分析4内容提要1地面数字电视单频网发展情况地面数字电视单频网组网技2022/11/23广播科学研究院3

一、地面数字电视单频网发展情况2022/11/22广播科学研究院32022/11/23广播科学研究院4发展情况-1总局、财政部《关于实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的通知》全国范围内启动无线数字广播电视节目覆盖总局《全国地面数字电视频率规划（征求意见稿）》地面模拟电视信号停止后全数字规划

2022/11/22广播科学研究院4发展情况-1总局、财政2022/11/23广播科学研究院5发展情况-2中央广播电视节目无线数字化覆盖工程中电视节目部分：2572个发射台站、545个乡镇补点台站每个台站2部，6230部发射机单频网总数504个（省级12个、跨市级221个、市级12个、跨县级26个、县级108个、乡级125个）数量规模2022/11/22广播科学研究院5发展情况-2中央广播电发展情况-3发展情况-3发展情况-4发展情况-4一、方案描述DTMB台站分布示意图一、方案描述DTMB台站分布示意图2022/11/23广播科学研究院9发展情况-5《全国地面数字电视频率规划》全数字阶段，全国统一规划规划原则：统筹规划、兼顾需求规划方法：基于四色图论的四级单频网结构（全国、省级、地市级、跨县级）发展趋势2022/11/22广播科学研究院9发展情况-5《全国地面2022/11/23广播科学研究院10二、地面数字电视单频网组网技术2022/11/22广播科学研究院10由多个位于不同地点、状态同步的发射机组成的地面数字电视覆盖网络单频网中各发射机以相同的频率、在相同的时刻、发射相同的节目，实现对特定服务区的可靠覆盖。频率同步时间同步比特同步保证强度单频网基本要素单频网组网-1由多个位于不同地点、状态同步的发射机组成的地面数字电视覆盖网10MHzClkSIP包Secondpulse1PPSInAdaptorSIP包Tdelay_transmittedInTransmitter单频网组网-210MHzClkSIP包Secondpulse1PP当时辅径信号不会对主径信号产生干扰当时辅径信号将对主径信号产生干扰接收机可以正常解调接收理论推导下无法正常解调接收单频网组网-2当时辅径信号不会对主径信号产生干扰

多频网单频网组网-3

单频网多频网单频网组网-3单频网单频网组网-4地面数字电视单频网基本构成：信源系统、同步设备、传输分发网络、发射系统、接收设备、监测设备单频网组网-4地面数字电视单频网基本构成：信源系统、同步设单频网组网-5基于卫星传输的地面数字电视广播单频网系统单频网组网-5基于卫星传输的地面数字电视广播单频网系统网络优化预期目标理想覆盖三同一保单频网组网-6网络优化是单频网组网不可或缺的部分同频干扰是单频网组网面临的最大问题区域性单频网中单一站点状态的改变将对整个网络同步效果产生影响，导致覆盖劣化由于多径传播、回波干扰等原因，发射参数同步无法保证良好接收，需要对网络进行整体优化设计网络优化预期目标三同一保单频网组网-6网络优化是单频网组网2022/11/23广播科学研究院18三、地面数字电视单频网优化设计2022/11/22广播科学研究院18基本思路网络优化不仅仅是消除网内干扰的过程，更是实现干扰管理的过程基本方法结合地面数字电视业务的实际需要，针对目标区域综合权衡覆盖网性能和代价，科学合理选择优化方法，对地面数字电视单频网的组网方案进行组合优化，给出多组可供选择的优化设计建议总体目标有效地提升地面数字电视单频网覆盖效率，降低工作复杂度，保障地面数字电视业务的顺利开展与实施单频网优化设计-1基本思路单频网优化设计-1字符间干扰（ISI）字符间相互叠加、衰落、接收机误判载波间干扰（ICI）接收机调谐器相位噪声、多普勒频移白噪声干扰（AGWN）高斯噪声、信号叠加邻频干扰（ACI）模拟对数字、数字对数字同频干扰（CCI）网内乘性干扰，重新优化配置单频网参数（功率、时延、天线）单频网优化设计-2字符间干扰（ISI）单频网优化设计-2明确单频网优化方案技术参数技术参数对于网络优化的影响不同时延优化不改变可覆盖区域，算法搜索快；功率和天线方向图优化影响可覆盖区，迭代次数多；技术参数的优化步进和搜索空间不同时延优化，优化步进为1µs，优化区间为[0,ts]功率优化，优化步进为0.5dB，优化区间为[0,Ps]发射天线方向图优化，优化步进为1˚，优化区间为[Ω1,Ω2]单频网优化设计-3明确单频网优化方案技术参数单频网优化设计-3功率优化利用电磁兼容分析工具，对网络进行初步干扰分析试算；根据台站可选功率范围，建立一组可选配置；从初始配置开始通过性能评估（面积覆盖率，人口覆盖率）和比较，利用一定的策略（局部梯度策略、局部立即策略）选择某个相邻配置为当前配置，继续下一步搜索，直到性能不再提升或者满足需求时即为对应台站的最优功率配置单频网优化设计-4功率优化单频网优化设计-4时延优化模拟退火算法，是基于Monte-Carlo迭代求解策略的一种随机寻优算法，其出发点是基于物理中固体物质的退火过程中固体分子从高温无序状态趋向常温基态的渐趋过程与一般组合优化问题之间的相似性单频网优化设计-5时延优化单频网优化设计-5天线优化天线场型、下倾角、方位角等技术参数的单独或组合调整单频网优化设计-6天线优化单频网优化设计-6基于目标区域的单频网优化设计改变传统单频网优化设计时无明确特定目标区域的概念，为服务区内各格点赋予不同的加权值，使得优化算法的搜索可以兼顾扩大覆盖区域与减小干扰区域，从而将干扰区调整至非目标服务区，使得工程试算结果可用实用改变了国内外规划软件普遍采用反复调整发射台站的各项技术参数，通过主观比对评价覆盖效果，进而选取出较为合理的组网方案技术参数的流程，实现了复杂网络的快速寻解在单频网设计过程中引入经典优化算法，采用优化的思想对单频网进行分析，可以有效减轻工作量，缩短单频网分析的设计周期，对推进我国地面数字电视单频网建设具有重要的意义单频网优化设计-7基于目标区域的单频网优化设计单频网优化设计-7

针对特定覆盖区域，综合考虑多种因素，设计可以满足单频网组网需求的目标函数（网格化）

达到覆盖门限同时网内自干扰的C/N没有超过同频保护率，可以正常接收的格点，即可接收点；达到覆盖门限但是由于网内的自干扰导致C/N超过同频保护率，而不能正常接收的格点；未达到覆盖门限场强值的不可覆盖点。单频网优化设计-8针对特定覆盖区域，综合考虑多种因素，设计可以满足单频网组网单频网组合优化过程单频网组合优化过程单频网优化设计-9交叠区调整通过单频网内各发射机功率、时延等参数的组合优化，实现将交叠覆盖区（未达理想覆盖）调整至非目标服务区覆盖增补遮挡、多径导致无法完成目标区全域覆盖根据功率大小，分为辅助增补覆盖、同频转发器增补覆盖两类辅助增补覆盖，需要考虑功率设计、台址选择、频率兼容等同频转发器增补覆盖：线性性能、隔离度单频网优化设计-9交叠区调整单频网优化设计-10单频网优化设计-10河南省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程单频网优化为提高频率使用率，河南省覆盖工程共涉及11个单频网、156个频率；其中，中一大部分台站使用DS-43组成全省单频网，中七有15个地级市使用了地市单频网在已有地面数字电视频率规划技术方案基础上，通过调整单频网各台站功率、延时、天线方向图等发射技术参数，反复进行大量的试算，实现单频网有效覆盖最大化单频网优化设计-案例河南省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程单频网优化单频网优单频网优化设计-案例驻马店DS-39中七优化前后对比单频网优化设计-案例驻马店DS-39中七优化前后对比理想覆盖面积：142604.00平方公里实际覆盖面积：134736.00平方公里；实际覆盖面积占比：94.48%干扰面积：7868.00平方公里理想覆盖人口：8239.82万人实际覆盖人口：7881.28万人干扰人口：358.55万人理想覆盖面积：142604.00平方公里理想覆盖面积：141716.00平方公里实际覆盖面积：137832.00平方公里；实际覆盖面积占比：97.26%干扰面积：3884.00平方公里理想覆盖人口：8195.26万人实际覆盖人口：7933.69万人干扰人口：261.57万人理想覆盖面积：141716.00平方公里2022/11/23广播科学研究院34四、地面数字电视单频网监测分析2022/11/22广播科学研究院34为保障地面数字电视广播系统和网络正常、安全、可靠运行，及时发现异常状态，有必要开展实时、全面、有效的监测监测点选取代表性、网络结构、覆盖情况监测内容根据网络类型不同：多频网监测、单频网监测根据监测信号节点不同：信道层面监测、码流层面监测监测方法内容监测、质量监测、安全监测、信息采集、覆盖监测相关技术标准《ETSITR101290》TS流测试标准-ETSITR101290单频网监测分析-1为保障地面数字电视广播系统和网络正常、安全、可靠运行，及时发监测方法内容监测实时回传、录像管理、频道变化（SI、EPG）质量监测射频指标、信道指标、码流指标、频谱监测、图像质量监测安全监测内容监测、质量监测、安全监测、信息采集、覆盖监测信息采集监测设备硬件、采集控制软件覆盖监测信号交叠区的实时状态单频网监测分析-2监测方法单频网监测分析-2单频网监测点选取---交叠区选点监测点类型独立覆盖区监测点：覆盖网络中各发射机单独覆盖区域（主站、副站信号强度相差10dB以上）交叠覆盖区监测点：有两个或两个以上预收信号同时覆盖且信号强度之差小于射频保护率（根据发射机工作参数确定）的区域基本方法通过对地面数字电视广播网络进行覆盖及电磁兼容性分析，必要时结合实地测试的方法，确定独立覆盖区及交叠覆盖区沿等场强线（中心点）设置监测点在相干区临界点（±保护率）设置监测点单频网监测分析-3单频网监测点选取---交叠区选点单频网监测分析-32022/11/23广播科学研究院38交叠区监测选点示意等场强监测点2022/11/22广播科学研究院38交叠区监测选点示意等场2022/11/23广播科学研究院39交叠区监测选点示意监测点场强+保护率

≥

覆盖接收门限2022/11/22广播科学研究院39交叠区监测选点示意监测单频网监测点选取---面向故障选点单频网常见故障类型发射机无功率或功率输出明显降低：单频网内部分覆盖区域接收效果普遍恶化时间不同步：产生一定程度的同频干扰现象，单频网内部分覆盖区域接收电平较高，仍无法正常解调接收比特不同步：产生较为严重同频干扰现象，单频网内部分覆盖区域接收电平较高，仍无法正常解调接收单频网监测分析-4单频网监测点选取---面向故障选点单频网监测分析-4单频网接收端故障分析单频网接收端故障分析2022/11/23广播科学研究院42频谱监测完成信号解调，实现对频率、功率、载噪比、MER、BER、回波等指标的实时监测及报警单频网监测分析-52022/11/22广播科学研究院42频谱监测单频网监测分析2022/11/23广播科学研究院43单频网监测分析-6报警级别幅度（dB）延时（μS）严重报警0-15~15一般报警-5-25~25轻微报警-10-30~302022/11/22广播科学研究院43单频网监测分析-6报2022/11/23广播科学研究院44单频网设备监测主要包括对码流输入、单频网状态、发射机输出射频指标、参考时钟、射频本振、温度告警等单频网监测分析-7监测内容报警条件码流输入输入中断、非TS流格式、输入码率大于最大净码率单频网状态无法解析SIP、SIPCRC检验错误、单频网状态失效发射机输出射频指标(MER、带肩)异常外参考时钟有效性失效射频本振失锁温度告警过热2022/11/22广播科学研究院44单频网设备监测单频网监关于系统架构(1)与单频网各发射点设备相连接的设备监测前端；(2)与设置在单频网内（相干区）的各监测点的覆盖监测前端；(3)与各前端相连接的单频网监测管理系统设备监测前端、覆盖监测前端将采集的各设备的实时状态信息通过相应通信模块（GPRS、4G）回传至单频网监测管理系统，由监测管理系统完成数据的统一接收、统一存储、统一分析，实现基于数据库的分布式监测系统架构关于系统功能基于地理信息系统的监测数据矢量展示，使故障位置一目了然；基于数据分析规则的监测数据智能化分析处理，实现单频网运行状态、故障类型自动化分析判定及通知功能，具备数据库管理、用户端设备管理、维护管理、日志管理、设备查询、参数设定、故障统计等辅助功能，实现对地面数字电视单频网的全方位实时监测单频网网络实时动态优化（传输协议、系统接口）关于监测手段固定点监测+移动监测相结合（组网结构变化）单频网智能化监测系统设想关于系统架构单频网智能化监测系统设想2022/11/23广播科学研究院46非常感谢！2022/11/22广播科学研究院462022/11/23地面数字电视单频网优化设计及监测分析探讨广播科学研究院无线技术研究所陈颖2022/11/22地面数字电视单频网优化设计及监测分析探讨内容提要1地面数字电视单频网发展情况地面数字电视单频网组网技术2地面数字电视单频网优化设计3地面数字电视单频网监测分析4内容提要1地面数字电视单频网发展情况地面数字电视单频网组网技2022/11/23广播科学研究院49

一、地面数字电视单频网发展情况2022/11/22广播科学研究院32022/11/23广播科学研究院50发展情况-1总局、财政部《关于实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的通知》全国范围内启动无线数字广播电视节目覆盖总局《全国地面数字电视频率规划（征求意见稿）》地面模拟电视信号停止后全数字规划

2022/11/22广播科学研究院4发展情况-1总局、财政2022/11/23广播科学研究院51发展情况-2中央广播电视节目无线数字化覆盖工程中电视节目部分：2572个发射台站、545个乡镇补点台站每个台站2部，6230部发射机单频网总数504个（省级12个、跨市级221个、市级12个、跨县级26个、县级108个、乡级125个）数量规模2022/11/22广播科学研究院5发展情况-2中央广播电发展情况-3发展情况-3发展情况-4发展情况-4一、方案描述DTMB台站分布示意图一、方案描述DTMB台站分布示意图2022/11/23广播科学研究院55发展情况-5《全国地面数字电视频率规划》全数字阶段，全国统一规划规划原则：统筹规划、兼顾需求规划方法：基于四色图论的四级单频网结构（全国、省级、地市级、跨县级）发展趋势2022/11/22广播科学研究院9发展情况-5《全国地面2022/11/23广播科学研究院56二、地面数字电视单频网组网技术2022/11/22广播科学研究院10由多个位于不同地点、状态同步的发射机组成的地面数字电视覆盖网络单频网中各发射机以相同的频率、在相同的时刻、发射相同的节目，实现对特定服务区的可靠覆盖。频率同步时间同步比特同步保证强度单频网基本要素单频网组网-1由多个位于不同地点、状态同步的发射机组成的地面数字电视覆盖网10MHzClkSIP包Secondpulse1PPSInAdaptorSIP包Tdelay_transmittedInTransmitter单频网组网-210MHzClkSIP包Secondpulse1PP当时辅径信号不会对主径信号产生干扰当时辅径信号将对主径信号产生干扰接收机可以正常解调接收理论推导下无法正常解调接收单频网组网-2当时辅径信号不会对主径信号产生干扰

多频网单频网组网-3

单频网多频网单频网组网-3单频网单频网组网-4地面数字电视单频网基本构成：信源系统、同步设备、传输分发网络、发射系统、接收设备、监测设备单频网组网-4地面数字电视单频网基本构成：信源系统、同步设单频网组网-5基于卫星传输的地面数字电视广播单频网系统单频网组网-5基于卫星传输的地面数字电视广播单频网系统网络优化预期目标理想覆盖三同一保单频网组网-6网络优化是单频网组网不可或缺的部分同频干扰是单频网组网面临的最大问题区域性单频网中单一站点状态的改变将对整个网络同步效果产生影响，导致覆盖劣化由于多径传播、回波干扰等原因，发射参数同步无法保证良好接收，需要对网络进行整体优化设计网络优化预期目标三同一保单频网组网-6网络优化是单频网组网2022/11/23广播科学研究院64三、地面数字电视单频网优化设计2022/11/22广播科学研究院18基本思路网络优化不仅仅是消除网内干扰的过程，更是实现干扰管理的过程基本方法结合地面数字电视业务的实际需要，针对目标区域综合权衡覆盖网性能和代价，科学合理选择优化方法，对地面数字电视单频网的组网方案进行组合优化，给出多组可供选择的优化设计建议总体目标有效地提升地面数字电视单频网覆盖效率，降低工作复杂度，保障地面数字电视业务的顺利开展与实施单频网优化设计-1基本思路单频网优化设计-1字符间干扰（ISI）字符间相互叠加、衰落、接收机误判载波间干扰（ICI）接收机调谐器相位噪声、多普勒频移白噪声干扰（AGWN）高斯噪声、信号叠加邻频干扰（ACI）模拟对数字、数字对数字同频干扰（CCI）网内乘性干扰，重新优化配置单频网参数（功率、时延、天线）单频网优化设计-2字符间干扰（ISI）单频网优化设计-2明确单频网优化方案技术参数技术参数对于网络优化的影响不同时延优化不改变可覆盖区域，算法搜索快；功率和天线方向图优化影响可覆盖区，迭代次数多；技术参数的优化步进和搜索空间不同时延优化，优化步进为1µs，优化区间为[0,ts]功率优化，优化步进为0.5dB，优化区间为[0,Ps]发射天线方向图优化，优化步进为1˚，优化区间为[Ω1,Ω2]单频网优化设计-3明确单频网优化方案技术参数单频网优化设计-3功率优化利用电磁兼容分析工具，对网络进行初步干扰分析试算；根据台站可选功率范围，建立一组可选配置；从初始配置开始通过性能评估（面积覆盖率，人口覆盖率）和比较，利用一定的策略（局部梯度策略、局部立即策略）选择某个相邻配置为当前配置，继续下一步搜索，直到性能不再提升或者满足需求时即为对应台站的最优功率配置单频网优化设计-4功率优化单频网优化设计-4时延优化模拟退火算法，是基于Monte-Carlo迭代求解策略的一种随机寻优算法，其出发点是基于物理中固体物质的退火过程中固体分子从高温无序状态趋向常温基态的渐趋过程与一般组合优化问题之间的相似性单频网优化设计-5时延优化单频网优化设计-5天线优化天线场型、下倾角、方位角等技术参数的单独或组合调整单频网优化设计-6天线优化单频网优化设计-6基于目标区域的单频网优化设计改变传统单频网优化设计时无明确特定目标区域的概念，为服务区内各格点赋予不同的加权值，使得优化算法的搜索可以兼顾扩大覆盖区域与减小干扰区域，从而将干扰区调整至非目标服务区，使得工程试算结果可用实用改变了国内外规划软件普遍采用反复调整发射台站的各项技术参数，通过主观比对评价覆盖效果，进而选取出较为合理的组网方案技术参数的流程，实现了复杂网络的快速寻解在单频网设计过程中引入经典优化算法，采用优化的思想对单频网进行分析，可以有效减轻工作量，缩短单频网分析的设计周期，对推进我国地面数字电视单频网建设具有重要的意义单频网优化设计-7基于目标区域的单频网优化设计单频网优化设计-7

针对特定覆盖区域，综合考虑多种因素，设计可以满足单频网组网需求的目标函数（网格化）

达到覆盖门限同时网内自干扰的C/N没有超过同频保护率，可以正常接收的格点，即可接收点；达到覆盖门限但是由于网内的自干扰导致C/N超过同频保护率，而不能正常接收的格点；未达到覆盖门限场强值的不可覆盖点。单频网优化设计-8针对特定覆盖区域，综合考虑多种因素，设计可以满足单频网组网单频网组合优化过程单频网组合优化过程单频网优化设计-9交叠区调整通过单频网内各发射机功率、时延等参数的组合优化，实现将交叠覆盖区（未达理想覆盖）调整至非目标服务区覆盖增补遮挡、多径导致无法完成目标区全域覆盖根据功率大小，分为辅助增补覆盖、同频转发器增补覆盖两类辅助增补覆盖，需要考虑功率设计、台址选择、频率兼容等同频转发器增补覆盖：线性性能、隔离度单频网优化设计-9交叠区调整单频网优化设计-10单频网优化设计-10河南省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程单频网优化为提高频率使用率，河南省覆盖工程共涉及11个单频网、156个频率；其中，中一大部分台站使用DS-43组成全省单频网，中七有15个地级市使用了地市单频网在已有地面数字电视频率规划技术方案基础上，通过调整单频网各台站功率、延时、天线方向图等发射技术参数，反复进行大量的试算，实现单频网有效覆盖最大化单频网优化设计-案例河南省中央广播电视节目无线数字化覆盖工程单频网优化单频网优单频网优化设计-案例驻马店DS-39中七优化前后对比单频网优化设计-案例驻马店DS-39中七优化前后对比理想覆盖面积：142604.00平方公里实际覆盖面积：134736.00平方公里；实际覆盖面积占比：94.48%干扰面积：7868.00平方公里理想覆盖人口：8239.82万人实际覆盖人口：7881.28万人干扰人口：358.55万人理想覆盖面积：142604.00平方公里理想覆盖面积：141716.00平方公里实际覆盖面积：137832.00平方公里；实际覆盖面积占比：97.26%干扰面积：3884.00平方公里理想覆盖人口：8195.26万人实际覆盖人口：7933.69万人干扰人口：261.57万人理想覆盖面积：141716.00平方公里2022/11/23广播科学研究院80四、地面数字电视单频网监测分析2022/11/22广播科学研究院34为保障地面数字电视广播系统和网络正常、安全、可靠运行，及时发现异常状态，有必要开展实时、全面、有效的监测监测点选取代表性、网络结构、覆盖情况监测内容根据网络类型不同：多频网监测、单频网监测根据监测信号节点不同：信道层面监测、码流层面监测监测方法内容监测、质量监测、安全监测、信息采集、覆盖监测相关技术标准《ETSITR101290》TS流测试标准-ETSITR101290单频网监测分析-1为保障地面数字电视广播系统和网络正常、安全、可靠运行，及时发监测方法内容监测实时回传、录像管理、频道变化（SI、EPG）质量监测射频指标、信道指标、码流指标、频谱监测、图像质量监测安全监测内容监测、质量监测、安全监测、信息采集、覆盖监测信息采集监测设备硬件、采集控制软件覆盖监测信号交叠区的实时状态单频网监测分析-2监测方法单频网监测分析-2单频网监测点选取---交叠区选点监测点类型独立覆盖区监测点：覆盖网络中各发射机单独覆盖区域（主站、副站信号强度相差10dB以上）交叠覆盖区监测点：有两个或两个以上预收信号同时覆盖且信号强度之差小于射频保护率（根据发射机工作参数确定）的区域基本方法通过对地面数字电视广播网络进行覆盖及电磁兼容性分析，必要时结合实地测试的方法，确定独立覆盖区及交叠覆盖区沿等场强线（中心点）设置监测点在相干区临界点（±保护率）设置监测点单频网监测分析-3单频网监测点选取---交叠区选点单频网监测分析-32022/11/23广播科学研究院84交叠区监测选点示意等场强监测点2022/11/22广播科学研究院38交叠区监测选点示意等场2022/11/23广播科学研究院85交叠区监测选点示意监测点场强+保护率

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覆盖接收门限2