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随着5G、人工智能等新技术快速发展，超高清视频产业迎来爆发期，用户对高质量视听体验需求激增。但传统地面广播传输技术存在瓶颈，难以满足超高清视频传输要求。本文基于越秀山发射台构建的无线增强广播技术 4K 超高清数字电视地面广播传输系统，介绍其工作原理，通过发射端连通性、定点及移动接收等测试，分析覆盖情况与问题，并提出优化措施。该研究验证了超高清视频地面广播应用可行性，为广电行业开展类似项目建设部署提供借鉴，推动超高清视频在地面广播传输领域的发展。

本文作者：

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（1997—），女,广东省广播电视技术中心越秀山电视调频发射台，硕士。主要从事数字电视和调频广播无线传输与覆盖领域的技术管理及其研究工作，曾参与国家重点研发项目“智能媒体融合网络试验与示范”课题一“系统架构与协同覆盖技术研究及试验验证”。

NO.0

引言

在国家广电总局主导下，基于无线增强广播激励器和接收机构建了4K超高清数字电视地面广播传输系统。该系统在广东省越秀山电视调频发射台成功部署，并通过信号覆盖测试验证了超高清视频传输的可行性。

NO.1

系统工作原理

本次实践的核心是验证广播增强技术的原型样机，包括发射端和接收端设备。系统原理图1展示无线增强广播系统的工作流程，涵盖五个模块：输入处理、编码与调制、物理层信令编码与调制、成帧和OFDM、符号生成。不同业务信道（TCH）承载不同网络层协议数据流，各自独立处理和编码调制。输入处理模块作为物理层与网络层接口，处理输入数据并封装为基带帧，支持MPEG传输流、互联网协议数据流等多种格式。广播信道基带信号生成原理见原文图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

为满足不同业务服务质量差异化，无线广播传输帧结构设计为通过多个TCH传输不同QoS需求的业务。业务或组件可映射至一个或多个TCH，每个TCH根据承载业务的QoS需求独立选择编码、星座映射、时间交织、多天线编码方式。通过动态调整调制器配置参数，实现多通道动态分配传输，接收端可接收不同视频码流。

NO.2

现场测试

2.1验证设计目标

为验证4K超高清视频通过无线增强广播传输的可行性，进行了以下测试：发射端连通性测试、定点接收信号质量测试和移动接收信号质量测试。

2.2测试方法

1、发射端连通性测试，配置无线增强广播激励器频率和功率，接入地面数字电视发射机，观察发射功率和频谱。

2、定点接收测试，在避免干扰的地点进行，记录信号电平、误码率和图像接收状态。

3、移动接收测试，设置调制器传输模式和参数，测试车辆以30公里/小时速度行进，记录信号电平。

2.3测试结果

1、发射端连通性测试显示，4K超高清视频源通过激励器和发射机传输后，接收机成功解码并播放原始视频。测试结果包括发射信号带宽8MHz，带肩比约-31dB，邻信道泄漏比约36dBc，发射功率217W。

2、定点接收测试表明，在1024QAM调制下，远距离位置的误块率高达90%，解码失败。信号带肩比大于-28dB，带外干扰和噪声水平高。

定点接收地理位置分布图

接收位置的无线传播环境

位置3和6误块率超40%，画面部分显示，受视距路径不明显和环境干扰影响。位置4和7误块率低，能解码4K视频，画面显示良好。位置7信号电平低至-60dB，带肩比约-34dB，画面流畅。位置8虽有视距路径，但画面无法显示，周围电磁辐射复杂。256QAM调制下，位置1和2误块率仍高。16QAM调制下，接收机可正常解码播放视频。

3、移动性测试显示，靠近发射台时接收信号平均功率大于-50dBm，远离时可小于-80dBm。16QAM和256QAM调制下，信号平均功率分别不低于-80dBm和-70dBm。移动接收时信号功率变化快，显示多径衰落影响。

2.4链路预算分析

Hata模型是广泛使用的路径损耗模型，适用于城市、郊区和开阔地等多种环境。下图展示了基于Hata模型和实际测试数据得出的距离与接收信号功率的关系。图中显示，选定的8个测试点的信号功率与郊区环境下的Hata模型曲线相吻合。

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

在测试中，我们验证了使用1024QAM调制在8MHz带宽内传输4K超高清电视节目的可行性，但覆盖范围有限至约1.2千米，并存在技术问题。影响因素包括：发射功率和功放频谱，发射功率大时频谱可能恶化；传播环境复杂，天线高度不足导致多径效应和符号间干扰；电磁环境污染导致信噪比下降；接收天线匹配不佳影响接收质量。

优化措施:

1. 改善发射机频谱特性。在发射功率较大时，适当降低功率以提升信号频谱特性。

2. 确保适宜接收条件。1024QAM调制要求高信噪比和带肩比，建议将天线置于高处以增强接收效果和扩大覆盖范围。

3. 调整无线广播系统参数和接收算法。测试更多配置参数，并优化接收机的信道估计算法以提高跟踪能力。

4. 改进接收天线特性。优化天线匹配，减少对接收信噪比的负面影响。

NO.4

结束语

超高清视频在数字电视地面广播传输覆盖的应用实例不多。因此，我们利用构建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和一系列测试工作，验证了其应用的可行性，为广电发射台站开展类似项目提供了借鉴，并积累了经验。

end

参考文献

[1] HATA M. Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 1980, 29(3): 317-325.

[2] AHMAD I, KALEEM Z, CHANG K. Block error rate and UE throughput performance evaluation using LLS and SLS in 3GPP LTE downlink"[EB/OL]. 2018: arXiv: 1810.01162. https://arxiv.org/abs/1810.01162.pdf".

[3] 杨知行. 地面数字电视传输标准研究与产业化进展[J]. 电视技术, 2014, 38(22): 16-17.

[4] 国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制: GB 20600—2006[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.

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