中央覆盖工程第二期培训班-组网技术方案课件

中央广播电视节目无线数字化覆盖工程地面数字电视组网技术方案2015年4月27日龙爪树宾馆主要内容地面数字电视广播单频网技术地面数字电视广播发展概况地面数字电视广播组网技术方案地面数字电视发展进程2006年8月2008年1月2012年12月2014年12月国家标准化管理委员会发布了地面数字电视传输标准GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》国家广电总局批准在北京地区采用地面数字电视传输国家标准正式试验播出地面数字电视广播业务国家广电总局印发《地面数字电视广播覆盖网发展规划》通知（广发【2012】113号）。到2020年，全国地面数字电视广播覆盖网基本建成，提供中央电视台第一套、第七套和本省第一套、本地第一套电视节目等高清、标清公共服务节目总局和财政部联合印发了《关于实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程（以下简称“中央覆盖工程”）的通知》（新广电发【2014】311号）。中央广播电视无线数字化覆盖工程每个发射台站规划了2个地面数字电视频率“省级或区域单频网为主，多频网为辅”的地面数字电视组网方式传统单频网方案地面数字电视广播单频网是由多个位于不同地点、处于同步状态的地面数字电视发射机组成的广播网络，以相同的频率，在可控的时刻发射相同的节目，以实现对特定服务区的可靠覆盖，具有频谱利用率高、网络覆盖质量好等特点，单频网技术得到了广泛的应用地面数字电视广播单频网技术

虽然相对多频网而言，地面数字电视广播单频网的网络结构更加复杂，网络建设和维护成本更高，但是由于单频网具有频谱利用率高和网络覆盖质量好等特点，近年来得到了广泛的应用。

单频网建设的核心内容是TS流分配网络的设计和建设，传统的TS流分配网络可采用光纤和数字微波等链路，近年来随着IP技术的不断发展，基于IP传输的地面数字电视广播单频网组网方案也有了长足的发展。

本次中央覆盖工程更是创新性的提出了基于卫星传输的地面数字电视单频网组网方案，相对于原有的基于地面节目分配网络的单频网组网方案，基于卫星的单频网组网方案更加经济高效，充分节约了传输链路资源适合全国范围内的中央电视节目覆盖。地面数字电视广播单频网技术中央广播电视节目无线数字化覆盖工程系统图中央广播电视节目无线数字化覆盖工程基于卫星的地面数字电视单频网方案优点中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第一阶段：卫星单频网可管可控：统一上行，便于管控操作

简单：单频网组建方式简单高效：适合全国范围覆盖的中央节目经济：节约传输链路资源中央广播电视节目无线数字化覆盖工程技术方案单频网发射系统卫星传输系统单频网适配系统节目复用加扰系统单频网授时系统节目复用加扰系统

为了加强对中央电视节目版权的保护，防止非法接收，中央覆盖工程需要对卫星链路传输的TS码流采用加扰加密措施，即前端AVS+编码器输出的多路TS码流首先送入加扰复用器进行加扰加密和复用，形成1路加扰加密的TS码流再送入地面数字电视单频网适配器。中央覆盖工程中采用的加扰复用器无特殊要求。单频网适配系统单频网适配系统—1增加SIP包的CRC校验考虑到中央覆盖工程实施过程中，全国各个发射站点发射机的配置及正常工作均依赖于卫星传输的TS码流，为此，必须要求接收到的适配码流中的SIP包准确无误。为了进一步加强对适配码流中SIP包的保护，中央覆盖工程地面数字电视单频网适配系统中增加了SIP包的CRC校验功能。0x470x400x150x101234SI_SIP5～6最大延迟时间广播寻址独立调整延时填充字节7～910～1112～1420～188频偏设置15～17功率控制18～190x470x400x150x101234SI_SIP5～6最大延迟时间广播寻址独立调整延时填充字节7～910～1112～1420～184频偏设置15～17功率控制18～19CRC校验字185～188中央覆盖工程地面数字电视单频网适配TS码流中SIP包启用了传统单频网适配TS码流SIP中最后4个填充字节，共计32比特作为SIP包的CRC校验字。4字节校验字CRC32对从SIP包中从第一个字节0x47开始到CRC32校验字之前共184字节内容进行保护，CRC32多项式系数为0xEDB88320。单频网适配系统—2更换输入码流中空包及适配插入空包的格式

中央覆盖工程通过卫星链路将单频网适配后的TS码流传输到全国各个发射台站，考虑到在传输过程中卫星调制器也需要通过插入TS空包对输入的TS码流进行码率适配，为保证地面数字电视单频网的成功构建，各发射站点的卫星解调解扰器需且仅需将卫星调制器插入的TS空包剔除即可。

因此，为了适应卫星链路透明传输的要求，必须将输入单频网适配器TS码流中的空包、单频网适配器插入的TS空包与卫星调制器插入的TS空包区分开，为此，中央覆盖工程地面数字电视单频网适配系统一方面将检测到的输入码流中的TS空包替换为特定填充的单频网适配数据包，另一方面在码率适配过程中插入同样特定填充的单频网适配数据包。如图所示，即将PID更改为0x1FFE，5～188填充字节的数据内容为随机序列，随机序列由PN11算法生成，取前1472比特，PN11的生成多项式为x11+x9+1，初始化值为0x400。0x470x1F0xFF0x1012340xFF～0xFF5～1880x470x1F0xFE0x101234填充字节5～188单频网适配系统—3增加TS码流输出保持功能单频网适配系统—3增加TS码流输出保持功能

对于传统的地面数字电视单频网而言，当外部基准参考信号丢失时，单频网适配器无TS码流输出。然而，中央覆盖工程全国2000多个发射台站均以总前端唯一的单频网适配器输出的TS码流作为信号源，若采用传统的处理方法，外部基准参考信号丢失必将造成全国所有的地面数字电视广播网络无法工作。为此，中央覆盖工程单频网适配系统中增加了TS码流输出保持功能，即在外部基准参考信号丢失后，总前端单频网适配器透传输入的TS码流（此时无SIP包），从而保证TS码流仍能被传送到全国各个发射台站，确保地面数字电视发射机的工作。卫星传输系统-1

用于中央覆盖工程节目分发的卫星传输系统主要包括：卫星调制器、卫星链路和卫星解调解扰接收机。中央覆盖工程卫星传输系统采用DVB-S标准，在整个节目码流传输过程中，卫星调制器首先对单频网适配后的加扰加密TS码流（含SIP）进行编码调制，上变频后通过卫星传输链路分发到全国各个发射站点，各发射站点利用卫星解调解扰接收机在本地直接接收卫星信号，解调解扰解密后得TS码流，然后将TS码流送入本地的地面数字电视发射机进行编码调制发射。卫星传输系统-2在发送端，为了匹配DVB-S传输系统，卫星调制器会在输入的TS码流中插入TS空包进行码速率适配。考虑到送入到卫星调制器的单频网适配TS码流中自身亦带有TS空包，为了防止卫星解调解扰接收机误删单频网适配TS码流中自带的TS空包，单频网适配系统需要对适配码流中的TS空包进行特殊处理，从而确保收端卫星解调解扰接收机删除且仅删除卫星调制器插入的TS空包。卫星调制器在对TS码流进行适配、编码调制过程中不改变输入TS码流中数据包的内容和顺序、不改变TS码流中的PCR信息。可见，中央覆盖工程节目传输用卫星调制器除不得改变TS码流中的PCR信息外无其他特殊要求。卫星传输系统-3中央覆盖工程节目TS码流在传输过程中需要进行解扰解密，导致地面数字电视单频网适配器输出TS码流（含SIP包）与送入地面数字电视发射机的TS码流（含SIP包）内容不同，因此，无法实现TS码流真正的透明传输。为了保证地面数字电视单频网的成功构建，要求送入各地面数字电视发射机的TS码流应保持完全一致，即码流中TS包的内容和顺序完全相同，且包含标准间隔的SIP包，此种情况即可视为“透明传输”。单频网发射系统单频网发射系统-1由于采用基于卫星传输链路的地面数字电视单频网组网技术方案，因此，中央覆盖工程的地面数字电视单频网发射系统与传统的地面数字电视单频网发射系统略有区别。为此，在GB/T28436-2012《地面数字电视广播激励器技术要求和测量方法》基础上，广播电视规划院牵头编制了行业暂行技术文件GD/J067-2015《基于卫星传输地面数字电视单频网激励器技术要求和测量方法》。单频网发射系统-3—在4.3.7监控和报警中补充了单频网状态的报警条件，增加了发射机输出射频指标（MER、带肩）（可选）监控内容和报警条件；监控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外参考时钟有效性失效射频本振失锁温度告警过热单频网状态无法解析SIP、SIPCRC校验错、单频网状态失效发射机输出射频指标（MER、带肩）（可选）异常单频网发射系统-4—在4.3.8自动保护中增加了在激励器通断电、输入码流丢失或错误、输入码流的SIP丢失以及外参考时钟失效时，激励器的相关保护要求。在激励器通断电时，激励器输出的瞬间杂波需要在发射机的容忍范围之内。激励器在单频网状态下，当在输入码流丢失或错误时，激励器可根据要求设置射频输出关断功能，当上述异常状态消除后，激励器自动恢复到正常单频网组网工作状态。激励器在单频网状态下，当在输入码流的SIP丢失时，激励器应转入多频网工作模式，保持调制输出，虽然此时地面数字电视单频网处于失步状态，但是对于所有非重叠覆盖区而言仍可实现有效的覆盖，从而避免了全国地面数字电视广播的大范围停播，提高了安全播出的可靠性。在输入码流的SIP恢复时恢复到正常的单频网工作状态。在外参考时钟失效时，激励器可根据要求设置射频保持功能。单频网发射系统-5—在4.3.10组网方式中增加了基于卫星传输分发链路组建的单频网模式下激励器对输入数据的处理要求。（1）将检测到的MPEG-2空包删除（2）根据检测到的SIP包的内容设置工作状态，并将SIP包更换为标准的TS空包；（3）将检测到的特定填充的单频网适配数据包替换为标准的TS空包，然后再进行编码调制发射单频网授时系统单频网授时系统-1中国北斗卫星导航系统（BeiDouNavigationSatelliteSystem，BDS）是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（BDS）和美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，设计可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10ns。单频网授时系统-2北斗卫星导航系统由空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球轨道卫星、3颗倾斜同步轨道卫星。5颗静止轨道卫星定点位置为东经58.75°、80°、110.5°、140°、160°，中地球轨道卫星运行在3个轨道面上，轨道面之间为相隔120°均匀分布。至2012年底北斗亚太区域导航正式开通时，已为正式系统在西昌卫星发射中心发射了16颗卫星，其中14颗组网并提供服务，分别为5颗静止轨道卫星、5颗倾斜地球同步轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上），4颗中地球轨道卫星（均在倾角55°的轨道面上）。北斗导航系统是覆盖中国本土的区域导航系统，目前覆盖范围东经约70°~140°，北纬5°~55°。北斗卫星系统已经对东南亚实现全覆盖。单频网授时系统-3授时系统为地面数字电视单频网提供统一的时钟参考（秒脉冲）和频率参考（10MHz），是地面数字电视单频网能否成功构建的关键所在。考虑到授时系统的重要性以及工作的稳定性，中央覆盖工程地面数字电视单频网的授时系统需同时支持全球定位系统（GPS）和北斗系统（BDS）两种授时方式，免配置免维护运行，并且两种授时方式可实现自动无缝的切换，当其中一套授时方式失败时无缝切换至另一套授时方式。卫星单频网技术方案总结中央覆盖工程采用了基于卫星传输链路的地面数字电视单频网技术方案，即在节目传输过程首先对中央电视节目进行加密，然后再利用卫星传输链路将加密节目码流高效快捷地传输至全国各个发射台站，最后，各发射台站基于直接解扰解密后的卫星传输节目码流组建省级或区域性地面数字电视单频网。相对传统的地面数字电视单频网而言，无论是在组网方式上，还是在设备功能和性能指标上，中央覆盖工程均提出了更高更严的要求。

如果各地采用多频网或者采用基于本地地面传输链路的单频网，对于第二路4套节目的码流，各地可在第二路4套节目的码流中插入本地节目，根据各自的节目传输链路和频率资源条件开展本地地面数字电视广播组网工作。

如果采用基于本地地面传输链路的单频网组网方式进行覆盖，首先需要剔除掉来自卫星链路的第二路节目中的SIP包、单频网填充数据包以及卫星调制器和解调器加入的MPEG-2空包，然后经过复用器与本地节目进行复用，最后送入单频网适配器适配后发往各发射站点形成射频信号进行发射。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第二阶段：本地单频网本地地面数字电视广播单频网系统结构示意图中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第二阶段：本地单频网单频网组网方案根据节目分配网络的类型可以分为基于光纤、微波或者IP传输的单频网技术方案。基于光纤、微波等链路的传统地面数字电视单频网组网技术方案已经成熟的广泛应用。主要介绍基于IP传输的单频网技术方案。

近年来随着互联网的迅猛发展，IP（InternetProtocol，是Internet最基本的协议）技术日渐成熟，在IP网络传输MPEG-2TS流（即TSOverIP）越来越广泛的应用于数字电视广播领域。TSOverIP的主要功能是实现数字电视传输协议转换和业务模式转换。2000年，DVB组织推出了第一个方案RFC2250，推荐了一种MPEG1和MPEG2用RTP（Real-timeTransportProtocol）协议实现TSOverIP的打包方案。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第二阶段：本地单频网2007年SMPTE组织在RFC2250等相关方案基础上推出了SMPTE2022-2-2007方案，方案主要技术要求如下：每个IP包封装1-7个MPEG2-TS包；利用RTP协议传输TS；RTP包头里打入时间戳信息；增加二维前向纠错编码（FEC）；

在实际组网过程中一方面需要关注相关设备功能和技术指标，开展实验室试验对相关设备进行模拟试验；另一方面还需要关注IP网络的传输带宽，由于SMPTE2022方案中为了提高鲁棒性加入了一些系统开销，因此实际的网络带宽需要大于节目码率，并预留一定的冗余带宽。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第二阶段：本地单频网基于IP传输的地面数字电视广播单频网示意图中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第二阶段：本地单频网

中央覆盖工程地面数字电视广播第三阶段是各地进行大范围覆盖后对覆盖效果进行测试，根据测试结果对小范围进行补点覆盖。小范围补点覆盖工程可以采用直放站技术，由于近年来直放站技术迅猛发展，为了适应各种应用场景，所以出现了多种类型的直放站，直放站的分类可以按如下方式进行：（1）从处理方式上分为模拟处理直放站，数字处理直放站和数字处理再生直放站；（2）从频率使用方式上可分为：同频直放站、移频直放站、选频直放站等；（3）从中继接收方式上可分为：无线直放站、光纤直放站和微波直放站等；（4）从安装位置上可分为：室内型直放站和室外型直放站。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第三阶段：补点覆盖模拟直放站由低噪声放大器、下变频器（可选）、滤波器、上变频器（可选）和功放等元器件和模块组成。模拟直放站工作原理如下：通过施主天线、有线、光纤或者微波传输的地面数字电视广播信号进入直放站后，首先通过低噪声放大器将有用信号进行放大，同时抑制信号中的噪声，提高信号的信噪比；然后下变频至中频信号（可选），通过滤波器滤波后，再上变频至射频（可选），最后经功率放大器放大后，由覆盖天线发射到目标覆盖区。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第三阶段：补点覆盖数字直放站由低噪声放大器、下变频器、模数转换、数字处理、数模转换、上变频器和功放等元器件或模块组成。数字直放站工作原理如下：通过施主天线、有线、光纤或者微波传输的地面数字电视广播信号进入直放站后，首先通过低噪声放大器将有用信号进行放大，同时抑制信号中的噪声，提高信号的信噪比；然后下变频至中频信号，经模数转换、数字处理、数模转换，再上变频至射频，最后经功率放大器放大后，由覆盖天线发射到目标覆盖区。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第三阶段：补点覆盖数字再生直放站由低噪声放大器、解调、数字处理、调制和功放等元器件或模块组成。其工作的基本原理是：通过施主天线、有线、光纤或者微波传输的地面数字电视广播信号进入直放站后，首先通过低噪声放大器将有用信号进行放大，同时抑制信号中的噪声，提高信号的信噪比；经解调后，得到基带TS流后再进行地面数字电视广播调制，形成射频信号，最后经功率放大器放大后，由覆盖天线发射到目标覆盖区。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第三阶段：补点覆盖

由于直放站种类繁多，因此在实际应用中需要根据应用需求选择合适的直放站进行工作。例如，如果进行单频网覆盖需要选用各种形式的同频直放站；如果进行多频网覆盖，可以选用各种形式的移频直放站。

由于用于多频网组网覆盖的直放站相对简单，因此重点介绍可用于单频网组网的数字处理同频直放站。

数字同频直放站根据中继接收方式还可以分为：数字同频无线直放站、数字同频光纤直放站和数字同频微波直放站等多种类型。各种类型的直放站各有优缺点，应用场景也有所区别。中央广播电视节目无线数字化组网技术方案——第三阶段：补点覆盖

数字同频无线直放站，应用场合较广，使用场景限制低，但是由于回波自激问题的存在