地面数字电视前端信号干扰问题分析与对策

樊 鹏

（山西广播电视无线管理中心1125 台，山西 太原 030000）

0 引 言

地面数字电视是我国广播电视的主要传输方式，采用数字编码和数字调制技术对电视信号进行传输，相比模拟电视技术，具有更高的频谱利用效率和更强的抗干扰能力。地面数字电视技术对视频和音频信号进行压缩编码，采用正交幅度调制方式进行信号调制，可以在有限的频带内传输更多的电视频道和数据业务，具有高阶QAM 调制能力和强网络对时性，实现了固定受信机、移动受信机和单频网三种服务的兼容传输[1]。与传统模拟电视信号相比，地面数字电视信号在图像和声音的传送质量上有很大提高。数字电视提供的高清晰度和超高清晰度的节目服务使其图像更加精细逼真，声音也更具沉浸感。

地面数字电视技术的应用，极大地推动了电视行业的进步，为广大观众带来强大的视听体验。但其信号在传输过程中也难免受到各种干扰的影响。地面数字电视的信号质量仍然面临各种人为和自然因素的干扰，导致图像失真、声音异常等问题，严重时会造成长时间的信号中断。为了保证观众的视听体验，必须重视并妥善应对信号干扰问题。

1 地面数字电视信号质量指标及标准

地面数字电视信号质量的评价需要考虑多个技术指标，并结合实际应用环境综合判断。维持良好的信号质量，是实现地面数字电视高质量服务的基础。对此，需要对各影响因素进行监测和管理。常见的地面数字电视信号质量的量化指标如下。

（1）载噪比，表示信号与噪声的功率比，是用于评价信号质量好坏的重要指标。地面数字电视信号的载噪比需要高于20 dB，才能正常解码和播放信号。载噪比测量主要使用矢量信号分析仪，获取信号的功率谱图，读取图中的噪声功率和信号功率，计算其比值。

（2）相位噪声，表示相位扰动的度量。相位噪声过大，会引起解调后的信号频谱增宽，对信号识别造成干扰。相位噪声的测量主要使用矢量信号分析仪，对接收的地面数字电视信号进行相位噪声测量，获取信号的相位噪声谱图，读取相位噪声功率值并计算相位噪声指标。

（3）误码率，表示解码后无法正确还原的比特数量占总比特数的比例。

整体来看，我国上述指标的地面数字电视信号质量参考标准值为载噪比≥32 dB，相位噪声≤-60 dBc/Hz，误码率≤2×10-11。只要达到这些标准值，低阶16QAM 调制方式就可实现高清画面，高阶的64/256QAM 更可以达到超高清的视听效果[1]。

2 前端信号干扰类型与机制分析

2.1 电磁波干扰源与作用机制

电磁波干扰是地面数字电视信号衰减的主要原因之一。来自各种电子设备和用电设施的电磁辐射会对电视信号产生干扰[2]。常见的电磁波干扰源有：高压电力传输线路产生较强的电磁场与电荷，对临近的电视信号接收产生电磁干扰，使电视信号出现噪声及画质下降现象；商用/业余无线设备，如使用相近频段的对讲机、无线麦克风、WiFi 设备等造成电磁干扰，增加数字电视信号的噪声和相位噪声；部分家用电器在工作时也会产生电磁波辐射，如电机、空调等有可能对电视信号接收端的调谐电路和放大器产生干扰，出现画面噪点；电弧焊机等设备，电弧焊接等会产生较大的电磁脉冲，会严重影响电视信号的正常接收，造成短时间的信号丢失和画面消失。

电磁波干扰的产生机制均遵循电磁学中的马克斯威尔方程式（Maxwell Equations），即来自高频电流和电荷在导体和空间中的运动，所产生的电磁场在空间传播，对电视信号接收天线和输入端形成电磁耦合，引入噪声和干扰信号，破坏正常的调谐复用接收过程，使信号质量和画面效果下降[2]。

2.2 多路径干扰的产生原因

多路径干扰是地面数字电视信号在传播过程中无法避免的一种干扰形式，源于电视信号在到达接收机天线前遇到各种障碍物，产生多个衰减和延迟不同的信号分量叠加在一起，造成信号质量下降和画面失真。多路径干扰的主要产生原因有：（1）复杂地形，山地、丘陵等不平坦的地表使电视信号产生多次反射和散射，形成传播路径中的多个分支，这些分支之间的相位差引起信号相消，影响信号质量；（2）高大建筑物会对电视信号进行反射、衍射和遮蔽，造成多个信号分量之间的相位差和延迟差，干扰正常的信号传播；（3）金属隔离物，如金属材料的墙壁、铁塔等，会使电视信号产生较大的反射损耗，并在一定条件下产生屏蔽效应；（4）移动障碍，如高速行驶的车辆、船只等也会对电视信号产生特定多普勒频移和多路径效应，造成短时间的信号中断和画面失真；（5）电离层反射，电视信号在电离层反射时，不同的信号成分产生不同程度的衰减和相移，被反射的多个信号分量会产生一定的干扰。

2.3 气象变化引起的信号衰落

气象变化也是可能导致地面电视信号质量下降的原因之一。气象变化会引起电视信号在大气中的传播衰减，严重时可能造成信号的中断和画面卡顿，主要形式包括：（1）降水对信号的衰减，小到中雨的降水会对微波信号产生一定的衰减作用，大雨会对电视信号造成较强烈的衰减，导致画质下降或画面粒状；（2）雾霾对信号的遮蔽，浓霾和大雾天气会使空气中的水蒸气和颗粒物增加，会吸收和散射电视信号的能量，造成视距缩短和信号衰减，严重时信号被完全遮蔽；（3）气温增减，气温的升高会使大气中的气体密度减小，对电视信号的吸收和散射作用减弱，有利于信号传播，反之，气温降低时，信号衰减，强度下降；（4）大气压强变化，大气压强的上升会压缩大气，增强电视信号频率范围内气体与颗粒物对信号的吸收和散射，引起信号衰减。

3 前端信号干扰的应对策略

3.1 电磁波干扰的屏蔽与抑制

电视信号的发射、传输与接收环节采用屏蔽、滤波、数字信号处理等技术手段，选用抗干扰度更高的设备与方法，监测电磁环境以针对存在的干扰源，是减轻电磁波干扰影响、改善地面数字电视信号质量的关键所在。为减轻电磁波干扰对地面数字电视信号质量的影响，可以采取以下措施：（1）选择相对平坦开阔的站址，远离高压线路、大型电气设备和高频射频传输系统，可以有效避免强电磁场的干扰；（2）采用屏蔽措施，在电视发射机和接收机使用屏蔽机柜及屏蔽电缆，加装滤波器和阻抗匹配装置，对设备本身的电磁辐射进行屏蔽和抑制，或在接收点使用室内屏蔽天线，减少外来电磁波的干扰；（3）优化天线极化方式，根据不同的电磁环境，选择最优的天线极化方式（垂直极化或水平极化），以最小化外电磁波的干扰功率；（4）增加发射功率，适当提高发射功率，可以增强信号抗干扰能力，减少外电磁噪声对信号的影响，改善信号质量；（5）采用数字信号处理，使用数字调制、信道编码、前纠错编码等技术，可以在一定程度上抑制传输过程中的电磁噪声，提高信号的误码率性能，改善信号抗干扰能力[3]。

3.2 多路径效应的技术抑制

为减轻多路径效应对地面数字电视信号质量的影响，可以采取以下措施：（1）站址选址远离高大建筑物群，以减小信号抵达接收点的传播路径和产生的回波，缓解多路径效应；（2）使用方向性更强的天线，采用更窄的信号发射波束和更高的天线增益，减少信号向周边区域的扩散；（3）将接收天线放置在水平较高且开阔的位置，减少地面和建筑物造成的多路径回波，并采用定向至主信号源的方式放置，提高天线的方向增益；（4）使用均衡器、序列估计与信道均衡等数字信号处理技术，可以估计信道的多径效应，补偿不同路径信号之间的相位与幅度差异，减轻多路径干扰对信号的影响，提高系统的抗多径性能；（5）定期对电视信号到达接收点的各信号路径进行监测，记录路径损耗、相移等参数的变化，为采取针对性措施提供参考依据。

3.3 气象条件引起干扰的应急措施

在气象条件变化导致地面数字电视信号质量下降的情况下，对信号传输与服务质量必须使用技术手段，以最大限度地减小气象因素对电视广播的影响[4]，具体包括以下措施。

（1）增加发射功率。在气象条件变差期间提高电视信号的发射功率，加大信号功率在所覆盖区域内的余量，以抵抗气象条件引起的额外损耗，保障信号质量。

（2）设置备用频点。预先规划电视信号的备用频点，在主频点信号质量受到气象条件影响无法满足需求时，将信号快速切换至备用频点，恢复正常服务。

（3）增加发射站点。在电视信号覆盖网络内增加备用发射站点，当某一发射站点的信号传播受到气象条件影响时，可启用备用站点的发射，将高质量信号提供给受影响区域。

（4）临时调整发射方向。根据气象条件变化对电视信号覆盖的具体影响区域，临时调整发射天线的波束方向，将信号重点覆盖至受影响最严重的地区，保证优先服务。

（5）加密与差错纠正。使用数字调制和信号前向纠错技术，可以在一定程度上提高电视信号抗衰落的能力，当信号传播过程受到气象引起的影响出现误码时，可以对误码进行纠正，保证信号的正确解调[5]。

（6）提供跨地区备援。与相邻区域的电视台联网，当本地电视信号服务因气象条件受到严重影响时，采用跨地区的信号对本地覆盖区域进行备份覆盖，保证区域内基本的电视信号接收需求。

4 结 语

随着地面数字电视技术的快速发展，信号传输质量的重要性日益凸显。高质量的信号服务不仅确保电视节目的清晰流畅，也关系到广电系统的工作效率。未来，地面数字电视信号传输将向更加智能化、灵活化和高清化方向发展，信号质量管理也将更加自动化和精细化，抗干扰能力也将更强，日益成为广播电视服务效率提升的关键所在。