一.  概述

           随着全国农村中央广播电视无线覆盖工程的建设实施，以及地面数字电视无线覆盖工程的全面展开，无线电视频道资源紧缺的矛盾日益突出，已成为严重制约无线电视广播发展的瓶颈，亟待采用先进的电视覆盖技术手段实现高效配置频道资源，抑制电视同频干扰，降低电视同频道保护率和最低可用场强，优化无线电视覆盖的组网格局，提高无线电视广播的有效覆盖率。

应广播电视公共服务体系工程建设的亟需，广播科学研究院于2005年紧急立项开展电视精密同步广播技术的研究。现已完成从理论研究，技术开发，系统参数确定，现场开路试验，直至关键设备的生产制造等全部工作,并形成了一系列具有我国自主知识产权的专利技术，为实现高效无线覆盖规划，突破频道资源瓶颈，奠定了全新的技术基础。

电视精密同步广播技术独创性地采用 图像载频精密锁定+节目信号精确时统同步 的方法，在相同节目同频道组网覆盖的条件下，突破性地实现了RFPR=10dB的同频保护率（普通电视广播RFPR=52dB，非精密载频偏置RFPR=45dB，精密载频偏置RFPR=27dB），支持构建单频网。

电视精密同步广播扩大现有覆盖的典型工程案例

原有发射台1座       发射功率10KW

覆盖范围6624Km²

新增同步发射台6座      增加总发射功率13.3KW

有效覆盖扩大至14460Km²

二.   电视精密同步广播技术原理 

电视同频干扰的研究实践证明：电视同频干扰对接收图像的损伤来自两个方面：①同频台之间图像载波频差形成的拍频干扰，即接收图像上的“百叶窗”滚动条纹干扰；②同频台之间的图像内容相互叠加，因图像信号行/场频率与相位的不同步，形成运动的“鬼影”。

人的视觉，对“百叶窗”滚动条纹干扰最为敏感。通过控制同频台间的图像载频，并使其精密同步。可以完全消除“百叶窗”滚动条纹的干扰，但仍然存在“鬼影”，且是运动的。此时，可以使同频道射频保护率降低至22dB。进一步控制同频台之间图像信号的行频与场频（行/场相位随机），“鬼影”静止下来，干扰可见度得到进一步的改善，同频道射频保护率进一步降低至15dB。如果再让图像信号的行/场相位完全一致，即收看的图像与“鬼影”完全重合，同频道射频保护率最终降低至10dB。电视精密同步广播的技术核心就是：①精密锁定各同步发射机的图像载频，消除图像载频差拍干扰的“百叶窗”；②精确时统控制各发射台图像节目的行/场频率与相位，消除运动的“鬼影”。

同频道工作的两部电视发射机，在它们的共同覆盖区内，有任意接收点P，P点与主收发射机（A）的距离为Sd，P点与干扰发射机（B）的距离为Su。当两部发射机同步工作时，即载频相对频差⊿F→0时，两部发射机的载波在接收点P的相位差：

载频完全同步时，相位差ψ是一个非时变的空间位置函数。

 位置P点的主收电视信号：

位置P点的干扰电视信号：

位置P点的合成场强信号：

式中：

合成场强信号的振幅为：

由于，

从而解得干涉度α与驻波场强衰落深度η的关系：

电视接收机具有自动增益控制(AGC)功能，其控制能力约60dB～70dB，只要合成场强的变化范围（即：驻波衰落深度η）在AGC的作用范围内，由于载频的微小频差导致驻波相位漂移所产生的接收信号场强波动即可以被抑制。干涉度α与驻波场强衰落深度η关系见下图。

计算结果表明，主（欲）收台电视信号与干扰台电视信号的场强比为10dB（即D/U=10dB）时，电视机的AGC即使工作於动态范围的边缘，只要还有5.687dB（对应的η=1.9248）的AGC控制余量，电视接收机的AGC适应能力即可满足合成载波的场强波动。典型的商品电视接收机，在高频头输入信号电平小于55dBuV时，仍然有5~10dB的AGC控制裕量。

电视精密同步广播技术的实现，就是基于上述理论分析结果。电视精密同步广播发射台之间同频干涉区的合成电波近似为稳定的驻波形态，微小的载频偏差将导致驻波相位的缓慢漂移。当驻波的场强衰落深度小于电视接收机的AGC控制范围，且驻波相位漂移衍生的接收场强波动速率远小于电视接收机AGC的响应速率，则因载频偏差而导致的接收点场强波动，将不再对接收机重现的图像产生影响。图像载波精密锁定同步后，与非同步电视广播相比，射频保护率改善30dB,即保护率降低至RFPR=22dB。

在电视精密同步广播中，电视同频干扰的图像损伤主要来自于图像载频的差拍干扰，即“百叶窗”滚动条纹干扰。精密同步广播的发射机播送相同的节目内容（包括行频/场频完全同步），因传输路径差异形成的稳定“鬼影”不是造成图像损伤的主要因素。但是，节目传输分配的路径主要是数字卫星链路或数字光缆传输链路，数字卫星接收机或数字电视解码器“再生”的行频/场频，有可能使节目的时基产生很大的偏差（5X10^-5量级），这将使“鬼影”飘动起来，从而增加了人眼对“鬼影”干扰的敏感度。尤其是行、场逆程的 “消隐十字”，在移动中会相当程度地影响图像质量。解决这个问题的措施是对节目信号进行精确的时统同步控制，锁定同步发射机间图像信号的时序相关性。

经过电视节目信号时统均衡的电视精密同步广播系统，在D/U=0dB的完全等场强区接收电视图像，其干扰“鬼影”与欲收图像是重合的，这种“鬼影”的干扰几乎不可见。随着接收点偏离等场强区，“鬼影”与图像逐渐错位，但由于这种“鬼影”是静止的，其敏感性极低。随着偏离等场强区距离愈远，D/U亦随之提高，“鬼影”亦在随之变淡。干扰“鬼影”与欲收图像锁定了时序相关性后，在原来单纯的图像载频锁定的基础上，可以进一步改善射频保护率约12dB，即降低至RFPR=10dB。

三.  电视精密同步广播实验室保护率测试

电视精密同步广播保护率实验平台为三通道模拟系统。通过射频混合器对三路发射机的射频输出信号叠加，实现空间电波混叠的模拟。其中，模拟两路干扰信号的发射机，输出端接有精密可调射频衰减器和精密可设定空间传输延迟网络，模拟空间电波的传输衰耗和传输延迟，精确地再现等场强交叠覆盖区的合成驻波场强分布及偏离等场强区一定距离内的电视精密同步广播合成信号。三路发射机的输出电平，在混合器输出端经过标定后，衰减器的读值，实际就是射频保护率数值。电视精密同步广播试验发射机的载频（图像中频与上变频本振），锁定于北斗/GPS双路径溯源同步的铷原子基准源，实现了三路模拟发射机射频载频的精密同步。图像节目信号，则经过程图像信号时统同步机重构时基同步序列，将行/场相位精确同步于北斗/GPS溯源的UTC标准时间的1PPS。实现了三路模拟发射机节目信号的精确时统同步。不同发射机的节目图像信号取自于完全独立的卫星接收链路。各路卫星接收机输出的节目信号之间，存在着严重的行/场相位摄动（卫星接收机解码器初始状态的随机性造成）以及行频与场频偏差（卫星接收机PAL编码器的时基误差造成）。其节目信号特征，已非常接近工程实际。

电视精密同步广播射频保护率实验平台

电视精密同步广播射频保护率（RFPR）试验平台框图

电视精密同步广播保护率实验数据：

试验数据表明：

1. 非同步状态（普通电视广播）的RFPR=52dB，与ITU和国标的参数相符；

2. 单纯载波锁定同步，“百叶窗”消除，存在运动“鬼影”，RFPR=22dB；

3. 载波锁定同步，节目信号的行频与场频同步，行/场相位随机定位，即“鬼影”固定的准电视同步广播状态，RFPR=15dB；

4. 载波锁定同步，同时节目信号实现精确时统同步控制，即“鬼影”与接收图像重合的电视精密同步广播状态，RFPR=10dB。

四.  电视精密同步广播现场开路试验

电视精密同步广播现场开路试验在江西702、705、708台之间进行。参加试验的发射机均为10KW，工作于DS-22频道。

收测点位于三台的等场强交叠覆盖区：南昌市进贤县的金山寺山顶（北纬：28�12′45.1″东经：116�14′48.7″海拔：217m）。收测点距离702台82公里，距离705台108公里，距离708台81公里。接收天线采用普通家用室外定向接收天线。

接收点信号场强：

主收信号：702台

主收信号：705台

主收信号：708台

五.  基于电视精密同步广播技术的单频覆盖网（SFN）

严谨的实验室主观评价保护率试验与现场开路收测试验证明，普通彩色电视机在RFPR=10dB的条件下接收，可以获得满意的图像质量。而采用电视精密同步广播技术构建单频网时，相邻同频电视台发射台之间的等场强交叠覆盖区（D/U=0dB），处于各自发射台的边缘覆盖区。通常在这些区域的覆盖场强已接近覆盖规划标准的最低可用场强，需要使用定向接收天线才能完成正常接收，而定向接收天线一般可以提供10dB左右的方向选择性。接收天线的方向选择性增益，恰恰提供了电视精密同步广播所需的10dB射频同频保护率。所以，电视精密同步广播在的完全等场强的交叠覆盖区，可以提供良好的服务质量。从覆盖角度来说，已可以做到单频组网的无缝连续覆盖。

在Ed=Eu的完全等场强区：接收天线方向选择性提供D/U=10dB的同频保护率

六.电视精密同步广播专用设备

电视精密同步广播专用设备包括：北斗/GPS溯源时频基准源和电视精密同步广播时统同步机。在电视同步广播网与载频精密偏置网混合应用时，还需要配置载频精密偏置控制器。

    标准电视激励器的图像中频与上变频本振，均要求锁定于北斗/GPS溯源同步的时频基准源（内置可训练铷原子振荡器或可训练高稳晶体振荡器）。同步后的发射机载频稳定度优于10mHz。

时频基准源的主同步溯源采用我国完全自主的“北斗导航”卫星系统，其同步准确度优于美国NASA的GPS系统，GPS系统则作为备份同步溯源。完全地避免了美国军方对GPS系统施加SA加扰控制的影响，以确保广播电视对高可靠性的要求。正常情况下，精密偏置系统跟踪同步於我国的北斗导航卫星系统。当出现意外情况，本溯源路径中断，系统自动切换至GPS系统继续同步工作。如果GPS系统再失效，造成系统无法跟踪溯源，可训练铷原子振荡器（或高稳晶体振荡器）则自动进入非跟踪保持状态。此时，可训练铷原子振荡器（或高稳晶体振荡器）不仅保持了跟踪溯源中断时刻的同步精度，还可以依据既往的跟踪修正历史，智能化地继续修正老化漂移误差，其漂移率优于1X10^-9/年。在北斗导航卫星系统、GPS两个系统均失效的情况下，可以满足精密偏置同步继续工作2~6个月以上。

电视精密同步广播的图像信号时统同步控制，由电视精密同步广播时统同步机完成。不同路径传输至各同步发射台的图像节目信号，经由时统同步机数字化处理和存贮，在北斗/GPS溯源时频基准源复现的高精度时间基准（1PPS）与频率基准（10MHz）的时钟驱动下，准确地将图像信号的帧相位和行相位，分别与1PPS 信号和10MHz时钟粘滞同步，从而实现各同步发射台之间图像节目信号的时统同步（行/场频率与相位的精密同步）。在电视精密同步广播时统同步机中，还可以进行精确的固定延时调整，以满足不等功率发射台间等场强区位置偏置情况下的传输时延补偿修正。

七.电视精密同步广播覆盖技术参数建议

 覆盖网技术参数

电视精密同步广播专用设备技术参数

电视精密同步广播覆盖技术的工程实践

转载自《电视技术》杂志2011年第一期

 关键词：电视 无线覆盖 同步广播

内容摘要：荆州电视台为扩展延伸目前DS-27的覆盖区域，基于国家广电总局广播科学研究院的《电视精密同步广播技术白皮书》和国家广电总局科技委7-4-7号《关于加快实施电视精密同步广播》的建议书,建立了我国第一个电视精密同步广播覆盖网工程。工程实践证明，电视精密同步广播技术是解决同频干扰，实现电视广播高效联网覆盖的全新技术手段。本文介绍了电视精密同步广播的技术原理、工程实施方案，以及覆盖效果的实测。

一.  电视精密同步广播技术原理

电视同频干扰的研究证明，电视同频干扰对接收图像的损伤来自两个方面： = 1 \* GB3 ①同频台之间图像载波频差形成的差拍干扰，即接收图像上的“百叶窗”滚动条纹干扰； = 2 \* GB3 ②同频台之间的图像内容相互叠加，因图像信号的行/场频率与相位的不同步，形成运动的“鬼影”。

完全等场强交叠覆盖区接收示意图

电视精密同步广播的核心技术：①精密锁定各同步发射机的图像载频，消除图像载频差拍形成的“百叶窗”条纹干扰；②精确同步各发射台节目图像的行/场频率，使运动的“鬼影”静止下来变成“重影”。并且通过时统均衡控制，让各发射台节目图像的行/场相位在完全等场强交叠覆盖区一致，将接收的图像信号与干扰“鬼影”完全重合。

电视精密同步广播，同步发射机的图像载频和节目图像的时统均衡控制，需要高精度时间与频率的同步。在工程实践中，是通过GPS授时系统的溯源获得10MHz频率基准和1PPS时间基准。

电视精密同步广播原理框图

10MHz频率基准和1PPS时间基准，在电视同步信号序列发生器中，合成出各发射台严格同步的电视复合同步信号。该电视复合同步信号再在时统同步机中重新构建节目视频信号的时基，从而实现各同步发射台图像信号的时统同步。

电视发射机载频的锁定同步对于电视精密同步广播的实现，至关重要。为此，电视发射机激励器的图像中频和上变频本振，必须具备外锁相同步功能。为保证等场强交叠覆盖区同步驻波的相位稳定，电视发射机激励器的相位噪声指标必须满足Phase Noise (SSB)≤-90dBc/Hz@10kHz offset。

二.  工程技术方案及实现

荆州电视台，现有DS-27荆州发射台，功率10kw（北广发射机），天线基础海拔37米，天线挂高170米，天线增益10dBi。为解决荆州南部地区的无线电视覆盖，拟在荆州以南80Km的黄山头设立同步发射台进行延伸覆盖。新建的黄山头同步发射台，功率5kw（吉兆发射机），天线基础海拔和挂高分别为265米和70米，天线增益10dBi。根据国家广电总局科技委《关于加快实施电视精密同步广播》建议书（第7-4-7号）和广播科学研究院的《电视精密同步广播技术白皮书》推荐的技术参数，电视精密同步广播所需的射频同频保护率为10dB（电视接收机天线端口电平的保护率）。而实际的覆盖中，在ED/EU=0dB的完全等场强区，计及接收天线的方向选择性（F/B≈8～16dB）后，能够获得LD/LU→10dB的等效同频道射频保护率。所以，电视精密同步广播的等场强交叠覆盖区是能够提供有效覆盖的。

频率规划软件LS Chirplus依据ITU-R P.370 delta H模型进行覆盖分析，接收场强的门限取58dBμV/m，接收天线高度按4米计算，并计及接收天线的方向性。计算的结果显示，电视精密同步广播的覆盖预期非常理想。

LS Chirplus 软件分析计算的覆盖图

如采用传统的技术扩展覆盖，则必须启用新的频道资源或提高发射天线高度和发射功率。目前，根本就没有新的频道资源可供启用。而提高发射天线高度和发射功率，将会严重地扩大同频干扰的范围。就一般情况而言，同频干扰的距离约为有效覆盖距离的6倍。由此可见，天线拔高和发射机扩功都将极大地增加频率协调的难度，甚至根本不允许。而电视精密同步广播则既不需要启用新的频道资源，也没有将同频干扰的范围随覆盖距离的增加而放大6倍的弊端。按照目前的频率协调规则，对现状台的覆盖进行同步广播扩展延伸，其覆盖距离的增加与同频干扰范围的扩大是等值变化的，基本无需考虑再作新的频率规划协调。

本同步覆盖网的节目信号传输，可以基于目前的模拟光纤传输、SDH网络、数字微波链路等平台，没有特别要求。当然，也可以通过卫星、MMDS等其它链路进行传输。

荆州电视台节目信号传输框图

三.     电视精密同步广播专用设备与电视发射机改造

电视精密同步广播专用设备包括： GPS精密时频基准源和电视同步广播适配器。目前，电视发射机的主流制造商均能够提供该设备的配套。

GPS精密时频基准源内置人工智能溯源同步引擎，能够根据GPS接收模块实时解析UTC国际标准时间的秒脉冲（1PPS）信号对内置的智慧型高稳定度晶体振荡器模块进行驯服控制，实现高精度的溯源跟踪和训练同步（Precision Tracking/Discipline）。当GPS系统因受到人为加扰或其它因素而中断溯源时，双槽恒温型高稳定度晶体振荡器，在工智能溯源同步引擎的测控伺服下，可以高精度地保持（Holdover）输出时间与频率的准确度，并且能够根据自身的溯源修正历史记录，预测高稳定度晶体振荡器的老化漂移趋势，并自动补偿未来的老化漂移误差。经过溯源同步的10MHz频率基准精度优于5X10-12量级，1PPS时间基准的准确度优于�20nS，完全能够满足电视精密同步广播对定时精度和频率准确度的要求。

GPS精密时频基准源原理框图

电视精密同步广播图像信号的时统同步，是在电视同步广播适配器中完成。通过不同路径传输至各同步发射台的图像节目信号，经由电视同步广播适配器的数字化处理和存贮，将图像信号的帧相位和行相位与1PPS和10MHz时钟进行严格的粘滞同步，从而实现各同步发射台之间图像节目信号的时统同步。

电视同步广播适配器原理框图

在电视同步广播适配器中，还可以进行固定延时调整设定，以满足不等功率发射台间等场强区偏置情况下的时延均衡修正。

关于发射机的改造，主要涉及的是提高电视激励器相位噪声指标。普通的模拟电视广播，对相位噪声指标并不敏感，所以也没有对发射机的相位噪声提出特别的要求，一般在-70dBc/Hz @10KHz offset量级。但是，发射机的相位噪声却直接影响着电视精密同步广播等场强交叠覆盖区中同步驻波的相位稳定，也就直接决定着等场强交叠覆盖区的收视质量。发射机的相位噪声主要由本振的相位噪声决定。为此，需要对发射机的本机振荡器进行改造，以提高相位噪声指标。通过对本振VCO进行防震悬浮处理，能够有效地降低因风机振动而产生的影响。同时，辅以改变本振锁相环的时间参数，可以将相位噪声指标提高至-90dBc/Hz @10KHz offset量级。

四.     覆盖效果现场测试

本次覆盖测试，使用德力DS1283B电视场强仪配900E型对数周期标准天线进行场强收测。接收电视图像的主观评价使用康佳LC-TM2011S电视机，使用001型定向电视天线（F/B→8dB）进行接收。

 同步覆盖等场强区预测图

测试的重点，是等场强交叠覆盖区的收视主观评价。根据场强预测，收测地点选择在ΔE≤1dB的预测等场强区（图中红色和黄色区域）。 

五.     结论

荆州电视台基于电视精密同步广播技术，构建了我国第一个模拟电视单频网，为城市地区延伸无线电视覆盖，进行了重要的探索性实践，并取得了理想的覆盖效果。未来，将电视精密同步广播技术用于中央台节目或省台节目，在一个地区，省际范围，或更大区域的覆盖，以单频组网来释放现已占用的频道资源。这将为地面数字电视的发展体现出极其重要的意义。

参考文献：

电视同步广播技术研究《广播电视信息》2009年第03期

作者：戚武 杨明 李锦文 李薰春 高鹏 于新（国家广播电影电视总局广播科学研究院）

作者：

郭南（荆州电视台技术总监 15926610266）

鲁方林（荆州电视台发射部副主任 13593880629）

薛文 （荆州电视台发射部主任 13507263378）

王振宇（北京工田电子科技发展有限公司技术总监 18910253598）

国家广电总局科技委2007年第7-4-7号建议书：《关于加快实施电视精密同步广播的建议》