成都新光微波工程有限责任公司　汤旭光 享受政府津贴的高级工程师

3、单频网技术

    移动数字系统扩大覆盖范围的途径目前主要有三种：差转(Distribute Translator)，同频转发(On Channel Repeater, OCR)和单频组网(Single Frequency Network， SFN)。在此我们只讨论单频网。

   所谓单频网，即在一定的地理区域内若干部发射机同时在同一个频段上发射同样的信号，以实现对该区域的可靠覆盖。由于接收机可以接收来自不同发射机的信号，多点发射的单频网将在覆盖区产生强多径效应。这对模拟电视系统就会导致重影问题，因此只能采用极其消耗频谱资源且频谱规划复杂的多频网组网方式(MFN)，对信号在频率上隔离，避免覆盖区重叠。对于数字电视系统来说，由于它具有强大的抗干扰能力和数字处理能力，单频网却是非常有利的扩大覆盖的方式。它允许覆盖区的重叠，将大大改善原有覆盖边缘的峭壁效应，提高覆盖质量，扩大覆盖范围。

3.1 DVB-T 单频网技术

    单频网的提出是和OFDM这样的多载波调制方式紧密联系在一起的。OFDM调制方式的一个特点是符号带有保护间隔(Guard Interval)，落在保护间隔内的多径信号，在经过处理以后，不但不会产生前后符号间的干扰，甚至可以加强有效信号的功率。使用OFDM调制，可以较容易地处理这些复杂的多径干扰，使单频网的应用容易实现。目前单频网已经广泛应用于数字音频广播(DAB)、数字电视地面广播(DVB-T)中[5]。

    单频网应用中最重要的技术，就是要求各个发射机所广播的信号在频率和时间上都保持同步。频率同步即要求每个单频网发射机的工作频率都相同；对于多载波调制而言，还要求每个子载波的频率相等。频率同步可以通过与同一个参考频率(一般使用来自GPS卫星的10MHz参考频率)锁相同步来实现。

    OFDM调制中保护间隔的长度决定了系统所能处理的多径信号的最大延迟时间，超出保护间隔的多径信号，对于接收机而言是干扰，将影响系统性能。保护间隔越长，发射机间的距离就可以越大，但是系统的传输效率就越低，这就限制了单频网发射机之间的最大距离。在DVB-T和ISDB-T标准中，都提供了保护间隔大的8k模式以实现大规模的单频网，从而覆盖一个国家或者一个地区。表2列出DVB-T标准中不同保护间隔下能处理的最大延时与最大发射机间距离。为了让保护间隔在处理多径干扰上发挥作用，而不是消耗在补偿发射机之间的同步误差上，要求发射机在相同的时间发射完全相同的OFDM符号，以实现时间同步。在DVB-T系统中，发射机之间的时间同步是通过与一个共同的参考信号(一般使用来自GPS卫星的秒脉冲信号—pps)同步来实现。

表2 不同保护间隔下的最大延时扩展和发射机距离（DVB-T）

    在单频网的实际应用中，还有一类称为“补点器”(Gap Filler)的发射台。它们主要分布在由于距离远或者信号衰减严重而无法接收信号的较小区域，对这些区域“弥补”覆盖。出于经济方面的考虑，这些补点器在同步的要求上与一般的发射机相比不是很严格，在发射功率上往往也比一般的单频网发射机低得多。
    
3.2 DMB-T单频网技术

    前文已经提到，我国自主提出的地面数字电视传输方案DMB-T采用时域同步的TDS-OFDM技术，系统的信号帧与绝对时间同步，系统帧结构在同一绝对时间是相同的。由于系统采用OFDM调制及信号帧与绝对时间同步这两个特点，因此在实现单频网上具有先天的优势。DMB-T的单频网系统主要由单频网适配器、GPS接收机、支持单频网的调制器三部分组成。在中心发射站，单频网适配器在MPEG-2码流中插入控制包，控制包中携带与GPS接收机相关的同步时间标签和到各个中继站的系统最大延时等信息。在各个中继站，同步系统检测控制包，从中读出时间标签和最大延时，同时测量接收信号延时，计算出附加延时，并按照附加延时适当延迟码流，调整发射机的发射时间，使得所有发射机在同一时间发射信号。DMB-T单频网系统的结构框图如图5所示。在中心发射站，DMB-T的单频网适配器每隔一个大帧(560ms)在传输流中插入一个控制包，控制包包含同步时间标签和到下一级发射站的最大延时。在每一个辅助发射点，DMB-T调制器检测控制包，并与本地GPS的1pps信号相比较(测量pps延时)。在单频网系统中，同步系统能够处理的不同中继站的最大延时为0.999s。