郑宇堃 1 ，卞鑫 2 ，梁芳域 1 ，李银莹 2
广东省广播电视技术中心1、中国科学院上海高等研究院2
第一作者简介：
郑宇堃，生于1997年，女性，任职于广东省广播电视技术中心越秀山电视调频发射台，拥有硕士学位。她专注于数字电视及调频广播无线传输与覆盖领域的技术管理工作，并深入进行研究。郑宇堃曾参与国家重点研发项目“智能媒体融合网络试验与示范”，具体负责课题一“系统架构与协同覆盖技术研究及试验验证”。
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引言
在国家广电总局的引领下，我们构建了基于无线增强广播激励器和接收装置的4K超高清数字电视地面广播传输系统。这一系统已在广东省越秀山电视调频发射台顺利实施kaiyun全站网页版登录，且信号覆盖测试已证实其超高清视频传输的可行性。
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系统工作原理
本次实践旨在对广播增强技术的初始模型进行测试，这包括了对发射与接收设备的研究。系统原理图1详细描绘了无线增强广播系统的运作步骤，其中包括了五个关键模块：输入数据处理、编码与信号调制、物理层信号编码与调制、帧构建以及OFDM符号生成。不同的业务信道（TCH）分别承载着不同的网络层协议数据流，它们各自进行独立的数据处理和编码调制。输入处理模块位于物理层与网络层之间，负责对输入数据进行处理，并将其封装成基带帧。同时，该模块还支持MPEG传输流、互联网协议数据流等多种数据格式。关于广播信道基带信号的生成原理，可参考原文中的图2。
图1 基于增强广播技术的超高清数字电视地面广播传输系统
为了适应不同业务对服务质量的不同要求，无线广播的传输帧结构被设计成能够通过多个TCH来传输满足不同QoS需求的业务。业务或组件可以被分配到某一个或多个TCH上，每个TCH会根据所承载业务的QoS需求独立选择编码方式、星座映射、时间交织以及多天线编码技术。通过动态调整调制器的配置参数，可以实现对多个通道的动态传输分配，使得接收端能够接收到不同的视频码流。
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现场测试
2.1验证设计目标
为了检验4K超高清视频能否通过无线增强广播进行有效传输，我们开展了一系列实验，包括对发射端的连通性进行检测、对固定接收点的信号品质进行评估，以及对移动接收点的信号品质进行测试。
2.2测试方法
进行发射端连通性检测，调整无线增强广播激励器的频率与输出功率，将其与地面数字电视发射机连接，并监测发射功率及频谱状况。
在指定地点进行定点接收测试，确保在无干扰的环境中进行，同时记录下信号的强度、错误码的比例以及图像的接收情况。
进行移动接收测试时，需对调制器进行传输模式和参数的设定，同时，测试车辆需以30公里每小时的速度行驶，并在此过程中记录信号的电平值。
2.3测试结果
发射端连通性测试结果表明，4K超高清视频源经过激励器和发射机的传输，接收机成功实现了对原始视频的解码与播放。具体测试数据如下：发射信号带宽为8MHz，带肩比约为-31dB，邻信道泄漏比约为36dBc开yun体育app官网网页登录入口，发射功率达到217W。
测试结果显示，在采用1024QAM调制技术的情况下云开·全站体育app登录，远端接收点的误码块率达到了90%，导致解码无法成功。同时，信号的肩宽比超过了-28dB，且带外干扰及噪声水平显著偏高。
定点接收地理位置分布图
接收位置的无线传播环境
第3和第6个误块率超过40%，观察画面可以发现，这部分受限于视距路径不清晰以及环境干扰的影响。而第4和第7个误块率较低，能够成功解码4K视频，画面质量表现不错。在第7个位置，信号电平降至-60dB，带肩比大约为-34dB，画面依然流畅。尽管第8个位置存在视距路径，但画面却无法正常显示，周围电磁辐射情况复杂。在256QAM调制下，第1和第2个位置的误块率依然较高。16QAM调制下，接收机可正常解码播放视频。
移动性测试结果表明，当设备接近发射塔时，接收到的信号平均功率通常超过-50dBm，而距离发射塔较远时，该功率可能降至-80dBm以下。在16QAM和256QAM两种调制方式下，信号的平均功率要求分别不得低于-80dBm和-70dBm。此外，在移动接收过程中，信号功率的波动较为频繁，这表明多径衰落效应对其产生了显著影响。
2.4链路预算分析
Hata模型作为一种普遍应用的路径损耗模型，涵盖了城市、郊外以及开阔地带等多种不同环境。图中呈现了Hata模型与实际测试数据相结合，所揭示的距离与接收信号功率之间的关联。具体来看，图中所示8个测试点的信号功率与郊区环境下的Hata模型曲线呈现出良好的一致性。
定点接收的距离-接收信号功率示意图
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问题分析及优化措施
在测试过程中，我们确认了在8MHz的频带宽度下，运用1024QAM调制技术进行4K超高清电视节目传输的可行性。然而，这种技术的应用范围相对较窄，大约只能覆盖至1.2公里，并且还面临一些技术挑战。影响因素涵盖：发射能量的强弱以及功率放大器的频率范围，能量强大时，频率范围可能会变差；传播条件复杂，天线高度不够会引起多条路径的干扰和符号间的相互干扰；电磁污染加剧使得信号与噪声的比值降低；接收天线与系统不匹配，进而影响了接收信号的质量。
优化措施:
优化发射设备的频率特性，特别是在功率较高的情况下，适度减少输出功率，从而增强信号的频谱品质。
确保满足接收的适宜条件。1024QAM的调制技术需要较高的信噪比和带肩比，因此建议将天线放置在较高的位置，以提升接收效果并扩大信号覆盖区域。
对无线广播系统的各项参数进行调整，并对接收算法进行优化。同时，对更多的配置参数进行测试，并着重提升接收机的信道估计算法，以增强其跟踪性能。
提升接收天线的性能，对天线进行优化匹配，以降低对接收信号与噪声比的不利影响。
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结束语
超高清视频在数字电视地面广播传输领域的应用案例相对较少。为此，我们通过搭建一个基于无线增强广播技术的4K超高清数字电视地面广播传输系统，并开展了一系列测试，成功证明了其应用的可能性。这一成果为广电发射台站开展类似项目提供了参考，同时也为我们积累了宝贵经验。
