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1 引言
随着现代信息技术的飞速发展，地面数字电视已经成为当今无线广播电视发展的方向。与模拟电视不同的是，地面数字电视不仅要求在固定状态下能接收到清晰、稳定的电视节目，而且要求在移动状态下仍能正常接收。因此，对无线电视信号的覆盖状况提出了更高的要求。
目前，我国的地面数字电视业务主要在大中型城市开展，接收终端安装在公交车、出租车上或机场、码头等场所。城市高层建筑较多，受地理环境、山体遮挡等原因，地面数字电视信号在传输过程中所受多径干扰的影响较为严重，无论是单点发射，还是组建单频网，都会存在一些覆盖弱信号区和盲区，因此，这些区域的覆盖优化将成为下一步网络建设的重点。对于范围较小的区域，可以采用小功率数字电视同频转发器进行补点，这种方式不仅成本低，而且施工简单、安装便捷，可达到快速见效的目的。无锡发展地面数字电视，仅有东亭地区小范围存在接收欠佳的区域，就是采用了同频转发器进行了覆盖补点，取得了良好的效果。
2 同频转发器原理
同频转发器(Gap filler)通过接收主发射点发射的数字电视信号，对信号进行下变频处理、中频放大、上变频输出，同频信号功率放大，通过定向发射天线对盲区、弱信号区进行发射，实现覆盖区域的补点。Gap filler的主要特点为：结构简单、信号转发时延小，可广泛应用于道路的定向覆盖，小区、乡镇居民区、景区、隧道和地铁的覆盖。
同频转发器的工作稳定性与它的输入信号强度、输出信号强度以及收发信号天线之间的隔离等三个因素有直接关系。Gap filler必须在所接收的数字调制信号动态峰值范围内才具有良好的线性，设备应有足够的频率准确度、频率稳定度和较低的相位噪声，使所传输的信号误码率低、信杂比高。衡量Gap filler的主要技术参数有增益、灵敏度、输出功率、交调及线性。
同频转发器的特点为：采用低噪声电路设计技术，具有较高接收灵敏度，采用的线性功放和增益，功率控制技术能更好地提高频谱利用率，具有良好的带外抑制、带内波动、平坦的群延迟特性及小的输入损耗；利用良好的矩形通带特性进行邻频传输，有效消除信号之间的互相干扰。由于同频转发设备一般安装在室外，工作环境、供电条件较为恶劣；考虑到防盗、防撞击、防雷电以及防辐射等原因，同频转发器采用了较多的大规模集成电路及低功耗器件，以减少工作时的发热，并在布线、结构、屏蔽等多方面采取措施。
3 无锡地面数字电视覆盖情况及补点覆盖设计
3．1无锡地面数字电视覆盖状况
技术参数：在惠山电视发射台进行单点发射，发射功率800W、QPSK调制方式、工作模式4k、保护间隔1／9、信道编码率4／9；发射天线为水平极化，海拔高度412m。
覆盖现状：正北方向35km、西南方向37km、东南方向25km。由于特殊的地理原因，在距发射点东面11 km的东亭部分地区．接收电平处于接收门限左右，属数字电视覆盖弱信号区，难以实现节目的稳定接收。补点前路测情况如图1所示，统计数据如下：
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(2)电平在27dBμV和30dBμV之间的有380个点，覆盖率为9．201％；
(3)电平在30dBμV和40dBμV之间的有2840个点，覆盖率为68．77％；
(4) 电平在40dBμV和50dBμV之间的有900个点，覆盖率为21．79％。从测试和实际接收效果来看，部分地区接收电平处于临界状态．需要进行补点覆盖。
3．2同频转发系统的设计
根据路测情况，我们认为可利用同频转发器在东亭信号弱区进行补点，这样可以实现减少费用，快速解决这一区域的移动电视接收不好的问题。同频转发系统主要由接收天线、同频转发器和发射天线组成，如图2所示．同频转发器的内部结构图如图3所示。
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经过市场调研，系统设备选择情况如下：
①接收天线小型板状天线．增益为8dBi，前后比25dB，中心频率642MHz，
②转发器最大输出功率2W(33dBm)，最大增益93dB，两肩抑制比为－45dB；
③发射天线：中型板状天线，增益8dBi、前后比23dB，带宽630～646MHz，耐受功率200W；
④馈线：1／2¨超柔射频电缆，总长50m(发射馈线长度20m、损耗0．6dB，接收馈线长30m、损耗1．5dB)。
(2)隔离度的计算
隔离度是由接收天线和发射天线的安装位置、方位角及天线指标所决定的，是同频转发器在设置中最需要解决的问题。隔离度的大小决定了转发器增益调整上限，一般隔离度应比转发器增益大15dB以上，否则就有可能产生自激，导致转发器无法正常工作。在实际工程施工中，为了提高收发天线之间的隔离度，可将收发射天线采取不同高度、不同位置进行安装，并且尽量利用建筑物进行遮挡。
天线隔离度的计算公式为
水平方向隔离度Jh＝22＋20log(Dh／Lmd)＋(接收前后比＋发射天线前后比)－(接收天线增益＋发射天线增益)＋遮挡损耗＋多径损耗
垂直方向隔离度lv＝28＋40log(Dv／Lmd)＋遮挡损耗＋多径损耗
上面公式中Dh是水平隔离距离； Dv是垂直隔离距离；Lmd是所传输无线电波的波长。
由于所选同频转发器的最大增益为93db，所以收发天线间的隔离度应大于108dB。在工程中，我们所用接收天线增益8dBi、前后比25dB，发射天线增益8dBi、前后比为23dB，建筑物遮挡、多径损耗分别以15dB、6dB计算，则收发天线在水平、垂直之间的空间距离分别为：
水平隔离距离Dh＝{10^[(108－22－25－23＋8＋8－15－6)／20]}×300／642=20．9m
垂直隔离距离Dv＝{10^[(108－28－15－6)／40]}×300／642＝13．95m
因此，在进行天线安装时收发天线之间的水平距离应不小于21m、垂直距离不小于14m。
(3)补点覆盖范围的计算
由于地面数字电视覆盖模型较少．我们采用了Okumura-Hata模型来计算Gap filler的可传输距离。Okumura／Hata模型是应用较为广泛的覆盖预测模型，链路传输损耗为：
Lb＝69．55＋26．161gfc－13．821ghte＋(44．9－6．551ghte)lgd－a(hre)＋B
式中，fc：发射频率 (MHz)；hte：发射天线高度(m)；
d：覆盖半径(km)。
hre接收天线高度 (m)；a(hre)：移动接收地形修正因子(dB)。
a(hre)＝3．2(lg11．7hre)2－4．97；B：建筑密度修正因子(dB) B＝251gB1－30。
接收机输入电平为：Pin＝Pt＋Gt－L－Lb＋Gr
式中，Pt：发射功率(dBm)；Gt：发射天线增益(dB)。
L发射天馈总损耗(dB)；Gr：接收天线增益(dB)。
由于所选同频转发器最大输出功率为2W(33dBm)，发射天线高度hte＝40m，移动接收天线高度hre＝2．5m，接收天线增益Gr＝6dBi，建筑物密度B1＝20。则：
Lb＝69．55＋26．161g642－13．82lg40＋(44．9－6．55lg40)Igd－a(hre)+B
则： Pt(dBm)＝Pin(dBuV)－(8－0．6)＋Lb－6－107＝31．07+34．49×lgd
覆盖半径d(km)=10^[(Pt(dBrn)－31．07)／34．49]
经计算，当发射功率为Pt＝2w(33dBm)、接收电平Pin＝30dμV时，覆盖距离d＝1．13km，可达到预期的补点目的。
4 同频转发系统的实施
根据理论计算和实地勘测，我们最后将Gap filler安装在东亭地区嘉柏大厦11楼，实现对该区域的进行补点。
4．1设备安装
为了满足隔离度的要求，除了选用方向性好、前后比高的收发天线外，在安装时还应注意以下几点：
(1)接收天线的安装点要保证接收信号的"纯、强、稳"，接收电平要求在50dBμV以上，否则转发器不能稳定工作。
(2)发射天线的覆盖角度最大为120°，收发天线应尽量背对背，距离尽量远；
(3)收发天线间最好有阻碍物来加大隔离，避免引起转发器自激。收发天线中一般有一面在建筑物的墙边安装，利用建筑物做阻碍。
(4)收发天线尽量不要安装在同一水平面上，所以安装收发天线一般是一高一低，增加收发天线间的垂直隔离。
在本次工程安装中，我们将接收天线安装在大楼西侧的墙壁上，天线接收方向指向惠山电视发射台；发射天线安装在大楼顶铁塔上，发射天线方向向东，指向补点覆盖区域。接收与发射之间的隔离度是利用空间距离、建筑物墙体的阻挡实现的，安装时收发天线垂直高度差为18m，水平相距25m，满足相互隔离度的要求，从而确保系统运行稳定可靠。 4．2补点后的覆盖测试与分析
同频转发器安装后，我们又对东亭地区的覆盖情况进行了测试，补点后路测结果如图4所示，同频转发器安装位置在图中用红星表示。
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5 体会
通过理论计算、实施，在无锡东亭地区安装数字同频转发器能很好地对弱信号区进行补点，提高了该区的接收信号电平，达到了预期设计目的。东亭地区有较多的商家和公交线路，移动电视接收质量的提高给运营商带来了更多的广告客户，取得了很好的经济效益。
随着地面数字电视国标的出台，地面数字电视将加快发展。在构建地面数字电视覆盖时，总会存在信号盲区和弱区，如采用数字电视同频转发器进行补点，无疑会达到安装方便、建网迅速、改善明显的效果，具有较高的性能价格比。