单频网覆盖

2024-05-10

单频网覆盖（共7篇）

单频网覆盖篇1

1 CMMB覆盖概述

天津市总面积1.1万平方公里, 南北长约186公里, 东西宽约101公里。疆域周长900公里, 海岸线长153公里。天津的地势西北高, 东南低。有山地、丘陵和平原三种地形。平原面积占总面积的94%。天津市的常住人口约为1042.53万人。

天津作为CMMB覆盖奥运城市于2008年在天津广电集团技术中心天塔机房设立1部发射机对天津进行覆盖, 该站点位于天津天津城区的西南端位置, 很难实现全境覆盖要求。为此我们提出天津CMMB单频网覆盖的总体设想, 我们围绕这一总体设想分阶段分步骤实现天津的全境优质覆盖。

2 覆盖规划的总体设想

我们在充分考虑天津地区经济发展整体战略的前提下, 在结合天津目前的区域经济发展现状的基础上, 提出了天津整体覆盖设想。天津的全境覆盖将以中心城区覆盖为基础, 实现一轴两带的覆盖模式, 示意图如图1所示。一轴是指:武清→中心城区→滨海新区核心区的主轴。两带是指:沿渤海湾西岸展开的宁河→汉沽新城→滨海新区核心区→大港新城, 构成滨海新区覆盖带和蓟县→宝坻→中心城区→静海, 构成的南北覆盖带。这样可实现天津CMMB单频覆盖网络, 实现路面90%和室内50%以上的覆盖率。

2.1 中心城区覆盖设计

我们按照对市区的覆盖进行了全面理论试算, 由于在接收端, 多径反射到达接收端的信号延时最大长度不超过保护间隔的时间, 接收到的数字信号就不会被破坏, 系统就能正确解出发射端的数据信号。在重叠区, 接收端收到的直射或反射信号的时延差小于保护间隔, 所收到的信号就不会造成干扰, 两个分站的直线距离和单频网的保护间隔应遵守公式:DB=TB×C

其中, DB:两个台站的直线距离:

TB:保护间隔时间

C:电波传播速度3×108

在行标中规定保护间隔为51.2μs, 两站最小距离为15.36km。所以中心城区在提出了以天塔站为主站在其周边15km左右建设3-4个分站点解决市区全面覆盖的方案。这四个站分别是红桥区与北辰区交界处选择一个分站点1, 在河北区与北辰区交界地选择一个分站点2, 在河东区与东丽区交界处选择一个分站点3, 在东丽区选择一个分站点4。这几个站点和天塔形成对高楼林立的天津市区形成交叉覆盖, 以保证市区路面90%和室内50%以上的覆盖率。分站点具体位置如图2所示。目前已建成三个站点, 经收测达到了设计要求。

2.2 一条主轴的覆盖设计

这是一条横穿天津东西的主轴, 覆盖区涉及武清、北辰、中心城区、东丽区、滨海新区。这条轴线连接京津冀, 这条线上有京津塘、唐黄和津滨等多条高速公路, 还有京津高速铁路运行在其间。我们根据中心城区的选站原则, 在武清城关镇附近选择一处分站点作为站点1, 在武清开发区选择一处分站作为站点2, 在武清与北辰交界地区选择一个站点作为站点3, 在津南区选择一个站点作为站点4, 在东丽与滨海新区之间选择一个站点作为站点5, 在滨海新区核心区靠近市区选择一个站点作为站点6。分站点具体位置如图3所示, 这六个分站将构成天津CMMB单频网覆盖的主轴线。在京津塘这条经济, 交通大动脉和滨海新区-天津经济的龙头区域实现CMMB信号的覆盖。目前该设计已完成3个基站建设, 初步形成京津塘这条主轴覆盖线。

2.3 两条覆盖带的设计

(1) 滨海新区覆盖带的规划设计

这条覆盖带沿渤海湾展开, 包括宁河和滨海新区的汉沽、滨海核心区、滨海新区大港等天津最具活力的热点地区。我们在宁河选择一个站点作为站点1, 汉沽选择一个站点作为站点2, 滨海新区开发区选择一个站点作为站点3, 核心区与大港之间选择一个站点作为站点4, 滨海新区大港区选择一个站点作为站点5, 滨海新区大港油田附近选择一个站点作为站点6。分站点具体位置如图4所示, 这六个站点将构成滨海新区覆盖带, 实现沿渤海湾的天津经济最具活力的滨海新区实现CMMB信号的覆盖。目前该设计中的站点已完成两个, 其他站点正在建设中。

(2) 南北覆盖带的规划设计

这是一条纵贯天津南北的覆盖带, 它包括北部的蓟县、宝坻穿过市区连接南部的静海地区, 期间有津蓟高速、京沪高速等多条高速公路。我们在蓟县选择一个站点作为站点1, 在蓟县与宝坻之间选择一个站点作为站点2, 在宝坻选择一个站点作为站点3, 在宝坻与武清中心城区之间选择一个站点作为站点4, 在静海选择一个站点作为站点5, 在静海唐官屯选择一个站点作为站点6。分站点具体位置如图5所示, 这六个站点将构成贯穿天津的南北覆盖带, 实现天津西部地区的CMMB信号覆盖。

2.4 系统构成的设计

CMMB单频网系统规划框图, 如图6所示, 下面分别加以说明:

(1) 信号传输链规划

天津CMMB单频网信号链路, 设计由两种传输手段来完成信号的传输。即:CMMB信号在天津广电集团技术中心传输机房经过复用器复用后的PMS流信号, 通过两个路由的光纤传送CMMB主站点, 再由主站使用原有的MMDS系统发射CMMB信号作为信号源, 各分站点再接收作为发射机的信号源。另外考虑到CMMB信号通路的安全, 我们计划在主站另外使用点对点微波系统传送CMMB信号作为信号源, 各分站点再接收微波信号作为发射机的备用信号源;同时利用点对点微波回传通道作为各站点监控及监测平台回传通路。

(2) 发射系统的规划设想

发射系统采用UHF四层四面四偶极子发射天线, 采用Φ40馈缆, 发射机采用数字1kW电视发射机。发射天线安装高度不低于70米。分站点接收MMDS信号作为信号节目源。分站点发射系统图如图7所示。

2.5 系统的优化设计

由于该规划是在理论上的覆盖规划。在实施组建单频网的选址过程中, 由于多方面的原因在选择站点位置、站点高度等方面不能完全符合设计要求, 这样就可能需要通过单频网的调整来规避同频干扰的情况。可能在某些区域不能实现很好的覆盖。另外随着城市的发展高大建筑越来越多、越来越集中对于单频网覆盖构成恶劣影响, 这些都需要我们根据具体情况对单频网进行优化, 增加或更改基站以实现全面优质的覆盖效果。

3 结束语

天津CMMB单频网覆盖规划力求在整体上对天津的覆盖做以规划, 有利于天津整体覆盖的实现。避免出现重复建设, 利用现有资源最大限度的发挥它的功能实现在天津全境的CMMB单频网优质覆盖。

单频网覆盖篇2

关键词：单频网,信号质量测算,Okmura-Hata模型,蒙特卡罗算法

1 引言

随着我国地面数字电视的不断推进及移动多媒体广播应用的全面开展，使得原来就较为紧张的频率资源更加稀缺，在进行地面数字电视规划时仍旧使用原评估模拟系统覆盖范围的简单分析方法并不能满足要求，需要采取更科学的评估方法进行仿真计算。

在进行地面数字电视规划时，要对信号的服务区范围进行分析和评估。这些评估是通过对欲收信号及干扰信号的电平测算统计，即对台站的覆盖、干扰情况进行分析完成的。

目前我国还没有商用的地面广播电视信号质量预测系统。广电相关管理部门在进行频率规划、信号质量评估时多使用国外的通用系统，但是这些系统接口固定、价格昂贵, 使用有许多不便之处。

2 系统总体设计

2.1 功能结构

系统功能模块包括台站信息管理模块、场强测算分析模块、信号合成分析模块、地理信息处理模块和系统设置模块。系统采用模块化方式编写，具体的模块及模块间的调用关系如图1所示。

2.2 系统流程

系统流程如图2所示。

第1步：系统启动，自动加载数据库中台站数据和地图数据。

第2步：用户选择需要进行分析的单频网。用户选择了某个单频网后，系统根据所选单频网将单频网中包含的台站及与该单频网有关的相关台站的从数据库中筛选出来，并将其显示在地图上。

本系统中规定符合下列条件A或者条件B的台站即为相关台站。

(A）距所选单频网中心距离小于设定的干扰半径的台站。

(B）台站频率与所选单频网频率相同，或与该单频网频率相差+/-8MHz。

第3步：用户根据需要设置计算精度，即地图栅格网格的大小，地理信息处理模块自动按照地图栅格底图范围计算出网格数量，生成栅格网格图层。

第4步：计算所选单频网中的每个台站到每个栅格网格中心点的场强。根据栅格网数量、所选单频网台站数量及相关干扰台站数量循环调用场强测算分析模块，算出每部发射机到每个栅格网格中心点的预测场强值以及它们之间的距离值，并进行保存。

第5步：计算每个栅格网格的合成场强并统计覆盖概率值。根据预先设置的仿真合成精度，将场强测算分析模块算出的每个网格中心点场强值，输入到场强合成算法模块计算出合成场强值，并根据最低场强值计算出每个网格最后的场强覆盖概率值。

第6步：根据信号合成分析模块计算出的场强覆盖概率值，对照场强信号覆盖颜色表对每个栅格进行染色。不同的颜色表示不同的场强覆盖概率值范围。完成染色后，就可以根据染色结果图分析出该单频网的信号覆盖情况。

3 系统功能实现

3.1 台站信息管理模块

该模块主要处理单频网台站信息和其他台站信息，能够进行台站信息的新增、删除、修改等操作，并能够将台站的信息实时地显示在地图上，为场强计算模块提供计算参数。

3.2 场强测算模块

场强测算模块从数据库中获取需要计算的单频网台站数据和相关台站数据，向地理信息处理模块发出设置计算范围及计算精度的消息，并获取地理信息数据；结合台站数据计算单频网各台站到每个栅格的场强值，将计算的场强值结果发送给信号合成分析模块。图3为场强测算模块的流程示意图。

本系统选用了Okmura-Hata电波传播模型对所选单频网台站进行场强计算。目前数字电视单频网的运用和实施尚处在不断的研究阶段，还没有在全国广泛开展，大部分集中在我国的省会城市及部分经济较发达、人口密集的地级城市，选用Okmura-Hata模型充分考虑了城市建筑覆盖物、接收区域对电波传播的影响，该模型适合城市及人口密集地区场强预测。

3.3 信号合成分析模块

场强计算完成后，信号合成分析模块运用蒙特卡罗算法根据系统计算精度的要求，对每个栅格点的场强值进行抽样仿真，并根据仿真样本对每个栅格点的各场强值进行合成分析，最终得到该栅格点的覆盖概率，最后将栅格点的覆盖概率值发送给地理信息处理模块进行栅格点染色处理。

本系统运用蒙特卡罗算法进行信号合成分析，充分考虑了场强随地点变化成正态分布的统计特性及单频网信号多径等特点，运用该方法能够直接统计出信号覆盖的地点概率，直观、准确。

3.4 地理信息处理模块

地理信息处理模块运用地理信息技术（GIS）技术显示地形数据、行政边界、城镇、街道等地理信息；根据场强测算分析模块所发消息中包含的计算范围及计算精度等信息在计算范围的地理区域内生成栅格网，并从地理信息数据库中调取栅格网中每个栅格中心点的高度、经纬度、地物等地理信息给场强测算分析模块；按照信号合成分析模块计算的覆盖率值计算各栅格中的颜色值，并逐个栅格进行着色；最后输出栅格网，并将输出结果在终端中进行显示。

本系统运用GIS技术在地理信息处理基础平台上进行运算和分析, 系统采用MAPGIS的基础地理平台进行地图等地理信息数据的存储、显示、获取和分析。采用GIS技术能够更精确的获取单频网台站及相关台站的地理数据，使场强计算更加准确，并且结合地图和栅格图层进行显示，使计算分析结果更加清晰、直观。

图4所示是一个由三个台站组成的单频网台站信号叠加覆盖效果图。从图中可以看出信号在三个台站中间区域信号有明显的叠加效果 (多数地区的覆盖概率处于80%-85%的范围) 。三个台站中间区域绿色带（80%-85%绿色带）比单个台站的绿色带更宽。

3.5 系统设置模块

为用户提供参数设置的人机界面接口，包括干扰半径参数和分析半径参数。系统自动获取参数进行场强计算。

4 数据库设计

系统数据库主要包括台站信息数据结构表、保护率对照表和频率对照表等数据表，表设计如下。

4.1 台站信息数据结构表（表1)

4.2 保护率对照表（表2)

4.3 频率对照表（表3)

5 结论

本系统运用蒙特卡罗算法进行信号合成分析，并与地理信息技术相结合，能够提高单频网信号预测的准确率，并能够在电子地图上用栅格网着色的方式直观的显示出分析测算结果。

参考文献

[1]概率论与数理统计.清华大学出版社.

[2]VHF/UHF频带内数字地面电视业务规划准则.ITU-R BT.1368-7建议书.

单频网覆盖篇3

关键词：CMMB,单频网,同步保护距离

为保证城市内CMMB信号的均匀覆盖, 以及用户在移动状态下的便利接收, 建设C M M B单频覆盖网是个必然的趋势。单频网的组网方式大大减少了城市内由于高大建筑物阻挡产生的信号阴影区, 这对信号的覆盖将产生网络增益, 其本质是信号发射的空间分集所带来的信号覆盖的空间分集增益。

单频网的网络增益出现在不同站点信号覆盖范围的交叉区域内。仿真测试得到的单频网理论网络增益如表1所示。

1 网络建设背景情况介绍

湖南省内的CMMB覆盖网络于2008年3月份开始建设, 在2008年8月6日前完成了省会长沙市内4发射站点CMMB单频网。各发射站点采用数字发射功率1k W发射CMMB信号, 天馈均采用4层4面面包板天线, 以获取较高的发射增益和良好的覆盖场形。

整个网络的信号总前端设在省广电中心, 前端复用器输出的PMS流经过相应的传输方式发送到各发射基站, 系统框图如图1所示。

长沙市区由于采用单频网组网方式进行CMMB无线信号的覆盖, 覆盖效果良好, 2008年9月广电总局规划院派专人携带专业仪表在长沙市内进行了详细的测试, 根据RS误码的情况, 长沙市区车载移动成功接收概率为99.21%, 覆盖效果良好。测试结果见图2、图3。

2 建设覆盖长株潭三市CMMB大单频网的必要性和可行性

(1) 组建的必要性

长株潭三市是湖南省的政治经济中心, 是典型的中南部城市群落, 城市间距离较近, 并有高速、国道、省道相连, 交通便利。长株潭三市互相间距30-40km, 半小时左右的路程, 城市间人员往来频繁。

2009年1月1日, 长株潭三市在全国首开先河, 相互通信突破行政区域限制, 试点进行通信一体化。2009年6月28日, 中国电信统一了三市的长途区号实现了电信统一一张大网。

长株潭三市人口1600万左右, 占湖南省总人口近1/4, GDP占湖南省1/3以上, 手机用户680万左右, 约占湖南省手机总用户2800万的1/4。

组建覆盖长株潭三市统一的CMMB单频网, 对于三市间流动人群便利的接收CMMB信号来说无疑是非常有意义的, 这样可以避免三市间的流动人群在行车路上频繁的更换CMMB接收频点, 提升其CMMB收视的体验。

同时, 国内象长株潭这样相聚很近的城市群还有很多, 特别是在长三角和珠三角区域, 长株潭CM M B大单频网的组建, 对其他类似城市群以后CM MB覆盖网络的建设也是有着重要的实践指导意义。

(2) 站点选择

CMMB的发射站点为保证较好的覆盖范围, 往往选择较高的发射站点, 并采用较大的发射功率, 以实现单站8~12km的有效可靠的覆盖半径。这对于站点的选择有一定的难度, 面临着站点高度、电力、传输、物业等的协调难度。因此, 一般CMMB的发射站点均选在广电系统现有的发射台站, 以充分利用现有发射台站高度、电力、传输等优势。

对于长株潭单频网的组建, 在保留长沙原有4个发射站点的同时, 株洲市利用株洲广电局某电视发射塔进行株洲CM MB信号的覆盖, 湘潭市利用湘潭市广电局的电视发射塔进行湘潭市区的覆盖, 因为株洲和湘潭相聚较近20k m左右, 因此这两个发射站点CM M B信号的交叠区域应该能够较好的覆盖株洲和湘潭之间的道路。长沙和株洲、湘潭相距较远 (40km左右) , 为使这三个城市的CMMB网络能够连接成一个统一的单频网, 还需在长株潭的中心区域设置一个发射站点, 用以覆盖长沙到株洲、湘潭之间的高速、国道、省道和湘江的水路。

所选的新建CMMB发射站点都有一定的高度优势, 并且水电传输等基础设施齐备。为保证良好的覆盖, 各站发射功率也采用1k W的数字功率, 天线采用可方便调节下倾角的4层4面面包板天线, 以便在获取良好的覆盖场形, 以及日后方便网络覆盖的优化。

(3) 新建站点覆盖预测

预测模型采用OM模型 (OkumuraHata) , 湘潭和株洲地形为为中小城市, 长株潭的中心区域的发射站点地形为丘陵林地, 信号覆盖路径衰耗中值的预测公式如下:

F——工作频率MHz;

h1——基站天线高度m;

h2——移动台天线高度m;

D——到基站的距离km;

a (h2) ——移动台天线高度增益因子d B;

a (h2) = (1.1lgf-0.7) h2-1.56lgf+0.8 (中小城市)

=3.2[lg (11.75h2) ]2-4.97 (大城市) ;

s (a) ---市区建筑物密度修正因子d B。

根据经验值, 对于中等城市s (a) ≈0d B。

约束参数:

f=642MHz, 天线增益12d B。

终端在移动状态下的稳定接收门限为-70d Bm (考虑了接收天线衰减、车体的衰减, 以及运动状态下信号的损伤) , 湘潭站馈管衰减2.5d B, 株洲站馈管衰减2.3d B, 中心区域的发射站点忽略不计。

据上面参数可得:

E I R P (等效的全向辐射功率) d Bm=10lg106-馈管衰减+天线增益, 详见表2。

根据公式计算的各站预测覆盖半径, 见表3。

(4) 单频网干扰分析

在长株潭新建的大单频网中, 因为条件的限制, 新建站点与相邻站的间距将超过C M M B理论上的同步保护距离15.36km, 按照惯常的认为这在单频网的覆盖交叠区域将产生同频干扰, 导致交叠区域中用户对CMMB信号接收失败。

实际上, 是否存在同频干扰, 仅在于接收点的主用信号和相邻站传来信号 (多径信号) 的时延差是否超过了CMMB所要求的时延极限51.2μs, 或者说, 主用信号和临站多径信号在接收点的路径差是否超过了15.36km。 (注:按光速计算, 1μs电磁波的传输距离为300m。)

另外, 就算在某个接收点产生了主信号和多径信号的同步干扰, 终端是否能够成功接收, 还要看主信号和干扰信号的电平差是否小于同频干扰保护率, 若主信号很强, 干扰信号很弱, 由于存在强信号的压制作用, 此时尽管在信号的交叠区存在多径信号对主信号的同步干扰问题, 但是终端也可成功的接收CMMB信号。

在C M M B的相关系列标准G Y/T220.7—2008《移动多媒体广播第7部分:接收解码终端技术要求》中有这方面的描述, 见表4。

在实际单频网的组网中, 根据DVB-T和DAB单频网组建的经验值, 同频保护率选12~13d B比较合适。

需要注意的是, 在同频网中的多径信号除了有相邻站的信号外, 还存在大量的由于反射而产生的多径。但这种情况产生的多径信号会因反射本身造成信号很大的衰减, 因此该多径信号强度很弱, 在实践中此种多径信号带来的附加时延一般很小, 所以此种多径信号不是导致接收端同频干扰的主要原因, 一般不作为分析单频网同频干扰的主要因素。

下面通过2站点的单频网对此做一个简要概念上分析, 如图4所示。

图4中, 站间距L>CMMB的同步保护距离15.36km, 此时两站信号的路径差小于15.36km的区域为c~d区域, 在该区域不存在信号的同步干扰现象。路径差超过15.35km的区域分布在A站和B站的附近a~c、d~b, 长度基本一致 (因L远大于各站的高度) , 在这两个区域将产生临站多径信号对主用信号的同步干扰。但是, 这两个区域是否能正常接收则取决于主用信号与多径信号的电平差。

为简化分析, 假设A站和B站之间的地形为平坦地形并且均可视, 覆盖为均匀的可视覆盖, 假设各站的EIRP相同。信号的覆盖模型采用简单的无线电波视距覆盖模型, 信号传播的衰减采用自由空间衰减的计算公式, 如下:

其中:f为传播频率, 单位MHz, d为发射天线至接收天线距离, 单位km。

计算同步干扰区域主信号对多径信号的电平差是否满足同频保护率的要求, 只需要计算干扰区边界点处即可, 比如c点、d点。随着边界点往主站的方向移动, 主信号和多径信号的电平差将会进一步加大。下面以c点为例计算。

c点接收主信号 (A站信号) 的电平为:

c点接收多径信号 (A站信号) 的电平为:

选同频保护率为12d B, 此时要满足在同步干扰区, 例如a~c区域内信号的正常接收, 则要求c点处的主信号-多径信号>12d B, 即:

由此得出L<25.67km。

当然, 为了进一步加大L的距离, 可以采用发射天线下倾的措施, 以此进一步加强发射站点近场主信号的场强, 同时减少远场多径干扰信号的电平。

长株潭超过同步保护距离的相邻站站距都还在L的范围之内, 因此长株潭CM M B大单频网具备组建的可行性。在实际组建中, 对部分站点4层4面面包板发射天线做了下倾处理, 如下:

长沙站:1.5度电气下倾+2.5度机械下倾。

株洲站:1.5度电气下倾+2度机械下倾。

广电中心、三市中心区域站点、湘潭站:1.5度电气下倾

实测证明, 通过天线的下倾方式, 实现在信号的同步干扰区内提升主信号进一步压制多径干扰信号, 对长距离单频网的同步也起到了较好的作用, 这在长株潭CMMB大单频网的实测中也得到了的验证。

上述的分析仅仅是基于理想情况下的简单计算模型分析, 在实际的组网中往往要根据实际的地形地貌, 选用业界常用的Okumura-hata模型进行覆盖的分析预测。

(5) 信号的传输分配方式

新建的站点中, 因三市中心区域站点位置较偏僻, 光缆铺设上去较困难, 目前采用数字微波的方式将省广电中心CMMB前端信号传输上去。株洲和湘潭跟省广电中心有省广电SDH的光缆干线网相通, 采用在SDH传输平台上开专用电路时隙的方式解决信号的传输问题, 详见图5。

通过SDH光缆干线网传输CM MB信号时, 考虑到CMMB信号的有效码率, 采用DS3的传输带宽成本太高, 为此省广电中心到株洲和湘潭的信号传递采用多个E1带宽捆绑的方式进行信号的传递。业界常用的E1-ASI适配器多为4E1的, 对于目前C M M B信号调制方式采用Q PSK是绰绰有余, 但是考虑到日后随着信号覆盖的进一步完善, 节目套数的进一步增加, 有可能采用16QAM的调制方式。为此, 长株潭单频网采用了8E1的网络适配器, 以应对日后CMMB扩容的需要。

3 网络的建设和测试分析

覆盖长株潭的C M M B大单频网与09年7月4日正式建成开播, 成为即中国电信长株潭地区统一区号之后的第二张覆盖长株潭地区的统一的一张大网。7月20日中广传播公司派专人携带日本芝测公司的专业测试仪表对这张网络进行了为时一周的详细测试。测试内容包括:覆盖电平、信噪比、接收同步状态、LDPC误码率、LDPC迭代次数、RS误码率、MER和EVM等相关指标。较全面的反映了长株潭CMMB单频网的运行状态。

测试条件为车载移动接收, 接收天线置于车顶, 为了模拟车内外的电平差, 接收天线到测试仪表做了10d B的衰减。

测试结果表明, 长株潭CM M B大单频网尽管存在相邻站间距离大大超过C M M B理论约束15.3 6 k m的现象, 但是信号同步状况良好, 与前面的理论计算分析基本吻合。网络信号电平覆盖良好, 说明了站点的选址符合网络覆盖的实际要求。 (注:测试期间省发射塔因电力改造未开机发射, 可以预期的是该站开机发射后, 网络的覆盖效果会更加优良。)

因接收端RS纠错是最后一级的纠错, RS纠错后将信号流直接送给终端进行解密解码, 因此可用RS误码率来衡量网络的成功接收概率。长株潭CMMB单频网测试统计数据见图6。

从测试数据的统计看出, 长株潭CM M B大单频网的组建比较成功, 实现了三市间比较好的信号覆盖, 避免信号之间的同步干扰。

不过, 由于新建站点的站距较远, 导致了站间信号覆盖的强度略显不足, 在一定程度上影响了用户在低场强区信号稳定的接收。特别是在长沙市南部区域尤为明显, 这个问题的解决可以通过补点站的方式予以解决, 毕竟建设个补点站比新建发射站要简单得多。同时, 单频网大的网络架构建立起来后, 补点站的信号肯定是符合单频网的整体覆盖框架的。

当然, 为减少因补点站引入的时延影响, 补点站接收信号的选取需尽量选择距离最近的发射站点所发射的CMMB信号, 以此避免补点站信号干扰覆盖区域内主用信号的情况发生。

4 总结

单频网覆盖篇4

经过国家广电总局和各省市地广电局的共同努力，CMMB目前已开通了200多个城市的U波段地面覆盖网络，信号覆盖效果良好，取得了很好的社会效益。

下面以某个中型城市为例探讨对于城市内的CMMB网络补点优化思路，并通过实际补点站的建设和测试说明移频传输和同频发射补点站在城市CMMB覆盖网的优化建设中的可行性。

CMMB网络的建设大概分为了三个阶段，前期先完成CMMB信号有覆盖的工作，建立1到2个点发射站点；中期要增强覆盖效果，进行5到6个发射站点的建设工作，并对CMMB单频网进行调试和完成测试工作；后期依据测试结果和城市实际情况进行市内CMMB网络的补点优化工作。一般在中期的单频网建设调试完成后市区内信号整体覆盖效果会基本良好。当然，我们考虑CMMB的服务宗旨和针对的服务人群，以及用户对CMMB网络的覆盖要求有其自身的特点，例如手机/手持U波段天线的增益较低、接收信号高度较低1.5m左右、接收信号的信道环境复杂（室外的慢速移动、车内的高速、浅室/深室的稳定接收）等方面，而这些方面的需求就对CMMB网络覆盖的建设和优化提出了更高的要求，为此本文以某个城市的CMMB覆盖网络为例，探讨CMMB网络的优化思路。

1 终端稳定接收CMMB信号的电平要求

用户终端接收CMMB信号的环境基本上分为：室外慢速移动、车内快速移动、浅室和深室固定接收几种，所对应的信道模型为恶劣的瑞利信道模型。终端的U波段拉杆天线增益一般为-3dBi～-5dBi，为便于预测，采用-5dBi，室外接收的高度为1.5m。

室内接收高度分为一层、二层、三层及以上等几种情况。为便于预测信号的覆盖，室内接收以最恶劣的一层接收环境进行评估，一层能够接收了，二层、三层也就能够接收了。注：按经验值二层的空间电平要比一层高6dB左右，三层比二层高6dB左右，三层以上空间电平变化不大。

因目前还没有CMMB终端在实际应用中依据不同信道参数给出接收的电平门限值，考虑到CMMB和DVB-T两种标准有一定的可比性，故在这里将依据国外DVB-T条件下终端的接收接收电平门限值为参考。注：从信道编码上看，CMMB在理论上应该比DVB-T在类似的信道参数条件下的接收门限电平更低。

前期德国柏林实验室进行过DVB-T终端在车载和固定条件下的接收门限测试，信道参数为QPSK、16QAM、64QAM，接收天线高1.5m，天线增益0dBi，子载波模式2K，保护间隔1/4，测试数据如表1所示。

DVB-T在2K模式下各种信道参数所需的C/N见图1。

注：因CMMB只有QPSK和16QAM调制模式，因此对于表1的6 4QA M数据不作考虑；dBuV和dBm的换算关系为：1dBm≈107dBuV；考虑到移动接收的门限要比固定接收高6～7dB，此处以移动接收的电平门限为参考，移动能够稳定接收了，固定情况下肯定能够稳定接收。

考虑到CMMB手机/手持的U波段拉杆天线的增益为-5dBi，因此对表1的移动接收电平门限需修正为：（QPSK, 1/2内码）=27d Bu V/-80d Bm； (16QAM、1/2）=34dBuV/-73dBm。

CMMB终端的不同接收环境也会对空间的接收电平带来一定的衰减，诸如：车内接收时车体的屏蔽、室内接收时墙体的屏蔽等等，根据前期实际测试和参考通信运营商相关的测试数据，可得表2所示的经验数据。

由此可得出为了稳定接收CMMB信号，在（QPSK, 1/2）、（16QAM、1/2）信道参数条件下，所要求室外/车外的无线空间电平的经验门限值如表3所示。

表3的数据为后续覆盖评估分析的参考数据，该数据以DVB-T的测试经验数据为蓝本推出，并非是理论计算的结果，但在CMMB网络覆盖分析中具有一定的参考价值。

考虑到CMMB的深室使用环境没有必要完全进行覆盖，绝大多数的用户使用环境是室外/车载、车内移动和浅室，对于深室使用环境仅需对重要地点进行针对性的覆盖即可，因此其电平门限值在网络优化中不具备普遍性的指导意义，所以网络覆盖建设和优化中仅需将空间场强满足浅室覆盖的电平需求即可较好的满足绝大多是用户的信号稳定接收的需求了。为日后更加充分的利用CMMB的信道带宽资源，16QAM的调制模式最终必将采用，为此若该城市的网络覆盖分析以（16QAM、1/2）的信道参数条件下的电平门限值为参考数据，即会有47dBuV/-60dBm。

2 CMMB网络覆盖现状分析

以建成的市内N (N>3）个发射站点单频网结构为例。注：各站点发射功率为1000W数字功率。

经过测试人员携带专业测试仪表对CM M B单频网进行详细路测，市区内测试里程近500km，较全面的反映了市区内CMMB信号的覆盖情况，测试如图2所示。

在实际测试中接收天线采用的是-10dBi增益，天线置于车外侧距地1.5m高处，为此图3中的实际测试电平需增加10dB增益进行修正。

从图3的测试电平统计分析可看出，市区内能够满足（16QAM、1/2）的信道参数条件下稳定接收信号的区域所占测试区域的百分比分别如下：

室外/车载（34d Bu V/-73d Bm）>92.96%；

车内（42dBuV/-65dBm）=80.45%；

浅室（47dBuV/-60dBm）=65.17%；

所上述区域评估，市区内在（16QAM、1/2）的信道参数条件下信号的覆盖还有较大的优化空间，特别是对于浅室的接收环境。

3 CMMB单频覆盖网补点优化思路

网络的补点覆盖往往占网络总投资的大头，按照经验数据，发射站点和前端的建设占网络整体建设的30～40%，而补点站的建设基本上占了网络建设投资的60～70%，并且补点建设的复杂性很高，需协调方方面面的资源，这对通信运营商来说也是很棘手的问题。因此，选择正确的思路、恰当的方法、合适的设备将能较大的减少建设的投入、协调和管理的成本。

(1) 网络补点优化原则

参考移动、联通多年网络优化补点的思路，根据网络优化成本投入的渐进性规律特点，网络优化工作先简后繁的可操作性考虑，以及手机电视用户群体中主要的使用环境，CMMB网络优化的原则如下：

先粗线条补点覆盖，再精细化补点覆盖；

先室外/车载用户覆盖，再室内补点覆盖；

以浅室覆盖为主，针对性的实施深室覆盖。

我们主要的用户群体使用环境主要是在车载/室外、车内、浅室的环境中接收信号，因此重点考虑将这些区域的信号覆盖进行优化，保证这些区域的用户能够正常稳定的接收信号。对于深室的覆盖可以根据需求选择有重要意义的地方进行覆盖。

因实现浅室环境中稳定接收的电平门限要高于室外/车载、车内环境接收的电平，因此只要室外空间电平达到浅室环境中的接收门限，即可实现室外/车载、车内环境中用户的稳定接收。

(2) 网络优化的方法

考虑到对于车载/室外、车内用户的覆盖，主要采取提升无线空间的场强方法即可，对于室内用户可以采用直放站室内分布系统。但是采取这种方法将面临大量楼宇的室内布线和改造工程，协调和投入的成本极大。为此，对于浅室用户的覆盖可采取提升室外无线空间的场强的方式，这将大大减少了与物业的协调难度和建设成本。对于有重要意义的深室，或少数浅室来说可以采用室内分布补点覆盖的手段予以解决。

(3) 网络补点优化设备类型的选取思路

网络的补点总体来说可采用两种方式进行，一种通过增建主站的方式进行现有覆盖区空间场强的增强已达到优化网络覆盖的方式，其优点是覆盖信号质量好，诸如，频谱干净、MER和C/N指标较高、无线发射功率大，不仅能大大提升现有网络的覆盖效果好，而且覆盖区域较大。但是其有着明显的缺陷，新增站点对基础设施的要求很高，需要专门的信号传输分配通路（光纤或微波），需要苛刻的发射环境（城市内合适的发射站点、专业的机房和电力供给），需要投入专用的发射设备（发射机和激励器等），建设成本很高，而这些需求又恰恰是大多数地方广电部门所缺乏的。因此，对于大多数地方城市来说，除了建设极少数的发射主站外，采用增建主站的方式进行网络优化不具备较大的可操作性。

另外一种方式是采用类似于通信移动运营商惯常所采用的增建无线同频直放站的方式进行进行网络的优化。采用这种方式的优点是补点站的对基础设施的要求很低，不需要专门的机房，可将发射设备直接置于室外即可；不需要专门的信号传输分配网络，信号通过无线空间耦合即可；单个补点站的建设成本很低。示意图如图4。

但这种方式也有其明显的缺点，首先信号的发射质量（MER、C/N）不如发射主站的指标高，一定程度上影响了信号的覆盖效果，当然这通过施主天线选取接收更加干净的无线输入信号及发射主机更好的线性和信号均衡可得到较大程度的改善。

其次，为避免直放站信号自收自发所引起的自激现象，由此导致补点覆盖区信号接收解调的失败，必须保证施主天线和重发天线具有一定的隔离度（水平隔离度、垂直隔离度）。而此隔离度又恰恰决定了同频直放站所能够正常发射信号的最大增益，经验公式为：直放站的最大发射增益=收发信号的隔离度-终端接收信号所要求的最低C/N。隔离度越大，直放站最大增益越大，重发天线可发出的信号功率越大。

由于U波段信号的绕射能力较强，为提升收发信号的隔离度通常采用的方法是利用障碍物将收发天线进行隔离，如图4所示；同时施主天线从一个方向接收信号，重发天线向另一个方向发射信号，直放站重发天线做到能够全向发射信号是相当困难的；采用新技术诸如回波抵消ICS等，但是由此增加的设备成本很高，且对隔离度提升的作用也不是很大。尽管采取这样那样的措施，对U波段信号的同频直放站隔离度也很难做得很大，通常为1～5W，覆盖区域为重发天线150度扇角内的500米～1km。

例如，若收发天线隔离度为120d B（实际工程实施中很难实现），对于16QAM, 1/2信道参数来说假设最小的C/N门限为15d B，此时直放站系统实际的最大允许增益=120-15=105d B。若施主天线接收的信号电平为-70d Bm，此时重发天线的输出最大功率=-70+105=35d Bm（约3W）。

当然，这个输出功率和覆盖范围对于移动通讯来说是足够了，因其每个扇区内能够同时通话的用户数量是有限的，为保证覆盖区内用户的呼损不能过高，所以扇区的覆盖范围不能过大。但是对于CMMB信号广播覆盖的特点，接收用户的数量是不受限制的，因此补点站的覆盖区域太小，且仅能单向而无法全向发射覆盖，必将导致城市内建设大量的补点站，导致过高的建设成本，这在经济上是不合算的。

为避免传统同频直放站的隔离度低，发射功率小，且仅能单向覆盖的缺点，在无线数字电视领域出现了光纤拉远同频直放站的一个变种。光纤拉远直放站的机制是将源信号从主站注入光纤，用过光纤路由传至远端直放补点站进行同频发射，通过收信号点（源信号注入点）和发信号点（重发天线处）的距离拉远有效地解决隔离度问题，实现信号的全向和较大功率的发射（50～100W），实现较大区域的良好补点覆盖（覆盖半径2～3km）。

光纤拉远同频直放站的方式有效地解决了传统直放站隔离度低缺点，同时同时保留了直放站补点覆盖简单易行的有点，很适合CMMB的城区补点优化。但是，这种方式需要专门的光纤路由，实施起来有一定的难度。

在综合考虑了城市内对CM M B网络补点优化的实际需求，以及补点建设的实际实施成本和操作可行性，经过慎密分析和详细的调研，在此提出一种通过移频信号传输同频信号发射的方式进行市区内CMMB网络补点优化的思路，并由业内资深无线网络补点优化方案和设备提供商具体实施进行试验，取得了较好的补点覆盖效果。

4 CMMB网络移频传输同频发射补点站覆盖实验

(1) 移频信号传输同频信号发射补点站结构和特点

该系统的结构示意图如图5。

该套系统的工作原理是：近端机从发射主站接收干净的CMMB信号（可以通过无线空间接收或由主站发射机直接注入），然后将此信号频谱搬移到一个空闲的8MHz的微波频段，此频段可采用S或Ku波段的一段免许可频段，然后通过微波将此信号传输到远处的远端站（近端机和远端机可相聚几～十几km）。远端机接收到这个信号后，将其精确的下变频到发射主站的发射频率处进行较大功率的同频全向发射，由此实现较大区域范围内的补点优化。

此类型补点站的特点是信号移频传输和同频信号发射，通过微波的信号移频传输实现了将收发天线有效地拉远，解决了传统同频直放站隔离度难以做大的问题，即起到了光纤拉远同频直放站同样的效果，又避免了高昂的光纤的建设成本或租用成本。同时，通过远端站的信号同频发射有效地实现了城市内主站和补点站的单频覆盖，由于在城市内主站和补点站的距离一般只有几公里，在考虑补点站引入的时延后（≤5us），在控制补点站覆盖范围的条件下（覆盖半径小于5km），补点站发射的信号和主站发射的信号将不会在覆盖交叠区产生同不干扰，非常适用于城市内较大区域范围的补点优化覆盖。

(2) 补点试验区域的确定

根据前期路测的结果和参考16QAM、1/2模式下浅室接收电平门限经验值，目前市区内需补点的较大几个区域见图6。

从图6中可看出市区内要达到浅室内的稳定接收主要有几块较大面积的区域需进行补点优化。该片区域因受地形影响以及周围建筑物阻挡，CMMB信号受到阻碍，在该区域大部门信号较弱，导致CMMB终端无法正常收看电视节目。

(3) 方案制订和设备选取

本补点试验计划采用空中无线耦合的方式进行信号源的近端机接收，并通过移频传输在远端机处对移频的信号进行下变频并同频发射。近端机安装在发射主站和远端机之间的和一大酒店楼顶，近端对主站的频道U波段信号通过空中耦合接收后，经滤波、低噪放大、上变频、放大后微波发射至远端，发射功率为5W。为保证近端提取干净的主站信号和微波信号到远端的可靠传输，近端站选取的地点为与主站和远端站之间，并与主站和远端站均可视距看到。其工作原理框图见图7。

远端机采用50W的移频直放站，经滤波、下变频、放大后发射至终端，完成整个移频补点器的通信。近端与远端采用抛物面进行点对点传输，远端采用室外全向玻璃钢天线（垂直极化），对远端周围360度全向覆盖。远端机工作原理框图见图8。

(4) 补点覆盖区域预估

远端站天线增益为14dBi，带宽8MHz，天线安装高度90米，因直放站没有传统同频直放站的隔离度低的弊端，发射功率可以达到50W。根据CCIR推荐的Okumura计算模型，其路径中值衰减计算公式为：

L (市区) =6 9.5 5+2 6.16 l g f13.82lgh1+ (44.9-6.55lgh1) lgd-a (h2) -s (a

其中：

f──工作频率MHz

h1──基站天线高度m

h2──移动台天线高度m，取1.5m

d──到基站的距离km

a (h2) ──移动台天线高度增益因子dB

a (h2) = (1.1lgf-0.7) h2-1.56lgf+0.8 (中小城市)

=3.2[lg (11.75h2) ]2-4.97 (大城市) ，对于大城市此值约等于0。

s (a) ──市区建筑物密度修正因子dB，对于该市区南部补点区域，因建筑物较稀少，可取0dB。

考虑到对于16QAM, 1/2的浅室接收电平指标，要求远端站发射的信号电平经路径衰减后不低于其门限电平47dBuV/-60dBm。由此可计算出允许的L衰减值为：（注：此处馈线的衰减忽略不计。）

L (市区) =天线增益14dBi+10lg (50000mW) - (-60dBm) =121d

由此：

121d B=69.55+26.16lg642MHz-13.82lg90 (44.9-6.55lg90) lgd-a (1.5) -0

可得：

d≈1.43km

针对16QAM、1/2的其他各种使用环境所需的最小空间电平门限值，可计算出该补点站的在不同使用环境中的覆盖半径预测，见表4。

注：以上计算数据为根据Okumura经验估算模型计算的结果，该模型所得出的路径中值衰减其实已经考虑进影响无线电波覆盖的多种因素，及相应的覆盖裕量。

5 实际测试结果

该市移频传输同频覆盖补点站建设完成后，工程技术人员对补点覆盖区进行了详细的测试，测试仪器为Anritsu MS2711频谱仪、GPS和CMMB接收终端。

其中分区域：室外场强范围-20dBm—-45dBm;

室外场强范围-40dBm～-60dBm;

室外场强范围-45dBm～-70dB

补点站建成后，可满足（16QAM、1/2）信道参数条件下的如下覆盖要求：

浅室接收，补点站覆盖半径的1.5km～2km

车内移动接收，补点站覆盖半径约3km

车载/室外接收，补点站覆盖半径4km以上。

实际测试数据表明，移频传输同频发射补点试验站覆盖面积较大且效果良好，达到了预期的效果，具有较高的实用价值，对城市内CMMB网络补点优化建设的有着较强的可操作性。

6 移频信号传输同频信号发射补点站的现实意义

移频传输同频发射补点站不仅与光纤拉远同频直放站一样，客服了传统同频直放站隔离度低发射功率小，覆盖范围不能全向和狭小的弊端，可以进行较大区域的较大功率补点优化覆盖（覆盖半径2～3km）；而且又保留了传统直放站的对站点建设基础设施要求简单，建站成本低等光纤拉远同频直放站所不具备的优势，因此此种类型的补点站在CMMB网络的城市补点优化中具有强大的生命力。

同时，对于日后建设距离城市几十公里范围内的县城或开发区的CMMB地面覆盖网络而言，此种类型的CMMB补点站也具有着相当的适用性。由于县城和开发区所需覆盖区域不大，一般覆盖半径不超过5km，此时可将补点站远端机安装在覆盖区的中心区域，并提升其发射功率至200W以上，近端机从附近城市的主发射站点提取信号并通过微波传输到远端机发射，即可低成本的实现对县城或开发区的良好覆盖，由此可推动CMMB信号更加快速的广度覆盖。

摘要：本文针对目前某城市CMMB网络的现状, 探讨了对于一个中型城市内CMMB网络补点优化的思路, 并通过实际补点站的建设和测试说明了移频传输和同频发射补点站在城市CMMB覆盖网的优化建设中的可行性。

单频网覆盖篇5

1 单频网概述

单频网可实现同时、同频对一定范围内的信号进行覆盖,具有覆盖面积广、更节约频率资源的优点[2]。当前,城市高楼耸立,电视发射台就算是功率最大也不能进行全覆盖。这就要求必须通过不同地点进行同步的无线发射机对所覆盖地区进行信号发射,以达到代替大型发射机,增强信号覆盖均匀度,并随时调整信号覆盖范围的目的。

2 地面数字电视无线覆盖单频网SFN组网模式分析

2.1 单频SFN组网模式原理

就单频SFN组网原理而言,与多频网原理一样,均是网络拓扑结构,以通过复制发射机提供构成。

2.2 单频SFN组网实现结构

单频SFN组网的实现网络结构主要分为开放式及封闭式网络两类。开放式网络在极端情况下仅由耽搁的发射机构成,总体网络结构形式不会对覆盖以外区域的辐射电平有任何限制;封闭网络实现结构主要是在不影响覆盖区域内服务条件下减少对覆盖区以外的辐射点平,具体可采用方向性的天线在覆盖边界发射站操作即可。

2.3 单频SFN组网模式分析

单频SFN组网模式可分为六边形(图1)及三角形单频模式(图2),六边形单频网常用较大面积单频网设计,三角形单频网常用语较小面积单频网设计。

从六边形单频网组网图可见(图1),该模式共7个发射站,外围6个发射站具有相同发射功率,且对处于几何中心的第7个发射站定向发射天线。一般而言,处于几何中心的第7个发射站均为小功率,发射天线不定向。该六边形面积即为SFN覆盖范围,如需更广面积覆盖只需要进行组合拼接,形成蜂窝网状结构的单频网即可(图3)。

从三角形单频网组网图可见(图2),该模式仅有三个发射站构成三角形位置,以达到以覆盖目标为重心的封闭性等边单频网络,三个发射站功率相同,定向稽核中心发射天下,三角形面积即为SFN覆盖范围,如需更广面积的覆盖只需进行三角形拼接即可(图4)。

2.4 组网模式的灵活应用

在单频SFN组网的实际应用中,由于并不存在规则的地理形态,因此在组网建设中应对组网区域的地形地貌及现有模拟发射站资源进行考虑,以便灵活选用组网模式。一般而言,就地形区域规范性可分为相对正规区域、相对修长区域、地形异形区域三类。相对正规区域通常采用覆盖面积大且发射功率强,也较为均很的分布发射站点组网模式;相对修长区域多采用多点小功率蜂窝组网模式;异形地形区域常采用多点中功率辅助单点大功率联合组网模式。

3 接收不良的处理策略分析

地面无线数字电视覆盖虽然较于有线较大提升了覆盖面积,但通常在少数地区难以做到正常接收,如地下车场、高楼阴影区、郊外及偏远农村[3]。这些地方因固有存在,在长时间内几乎难以改变,所以在接受不良的处理方面,就发射端与接收端进行技术干预。

3.1 发射端对接收不良的处理技术

3.1.1 提高发射站有效输出功率

提高发射站的有效输出功率能明显改善因各种因素造成的覆盖信号偏弱情况,尤其对于信号接受不良的小区域更加适宜。同时,可在结合实际情况下,为增强接收区域场强,还可以适当增加天线高度及扩大覆盖面积,均能起到良好的改善效果。

3.1.2 用数字电视转发器实施补充覆盖

数字电视转发器是一种无线中继信号增强设备,可在已建成的无线数字电视网络覆盖基础上,有效解决盲区问题。数字电视转发器按传输方式可分为同频、移频及光纤转发器,功率一般按瓦或毫瓦计算。在覆盖范围条件允许的情况下,如此有限功率的电视转发器几乎不会对SFN的总干扰值造成影响,也无需与同步网的发射机在时间上保持一致。因此,数字电视转发器是作为补充SFN覆盖的重要途径。

3.1.3 用漏缆补充覆盖地下空间

电视发射机输出信号后分为发射天线连接与漏缆连接两种连接方式。漏缆连接主要应用于地下空间,如地下车库、地铁站线、隧道等,具有很好的信号接收效果。这是因为漏缆作为一种同轴天线,它的外导体被置放于固定的栅网中并开放有多个槽孔,继而产生高频能量并均匀分布地辐射,高频能量由转发器馈入,而辐射方向则由网栅外导体的靠口朝向决定。

3.2 接收端对接受不良的处理技术

对接收端的信号接收不良处理,通过是对接收机进行性能改良,以获得更广区域接收效果。如选用高增益、高性能的接收天线,选用性能更好的接受设备(具有强干扰能力、同步效果及高灵敏度的设备)。另外,当前对处理接受不良重要的技术是分集接收技术,此技术采用双高频头接收机设计,并在此基础上应用二重空间分集技术,继而能在不增加发射机功能的情况下增加3-dB的接受信号电平,是当前克服覆盖信号快速衰落的理想方法。在空间分集的实际应用中,其天线需在水平方向至少间隔不低于1/4的波长。这样才可确保各天线均可获得基本相互独立的信号。

4 结语

地面无线数字电视是未来电视的主流,其覆盖范围的大小、覆盖区域信号强度的强弱是本行业需一直研究的重点课题。笔者对地面无线数字电视单频网SFN组网的原理及模式应用进行分析,并对接受不良进行技术处理。相信在不久的将来,依靠自身创新及国外先进经验,最终能取得更广阔组网覆盖范围、更强信号接收的前景效果。

参考文献

[1]刘文开.地面广播数字电视技术[M].北京:人民邮电出版社,2003.

[2]郭发云.国标地面数字电视单频网的组网与建设[J].山西电子技术,2011(4):77-78.

CMMB单频网设计篇6

移动多媒体广播电视 (CMMB) 是国家广电总局主导的具有自主知识产权的新技术。主要面向手机、PDA、MP4、笔记本电脑、数码相机、导航仪等多种小屏幕、移动便携手持式终端, 以及车载电视等终端提供广播电视服务。至今已在全国37个省会城市及120个地级城市开通了CMMB信号。河南广电的CMMB网络覆盖建设走在了全国的前列, 省会郑州市2008年5月开通CMMB信号, 新乡市是全国第一个开通CMMB信号的地级市, 并且在全省14个省辖市开通了CMMB信号。随着网络建设的进展, 对郑州CMMB信号覆盖提出了进一步的要求, 计划在郑州市区建设CMMB单频网, 以达到更完美的信号覆盖质量。

2 单频网技术要求

单频网是指所有发射机工作于相同频率, 时间同步地发射相同节目的网络。单频网能够节省频率资源, 是最经济有效的覆盖方式。

单频网建设主要参照以下技术依据:

(1) 同步:单频网要求网内的所有发射机频率相同、节目内容相同、播出时间相同。要做到这一点, 就必须保证全网有一个统一的时钟源, 为全网提供统一的基准时间、基准脉冲信号和基准频率。在实际应用中, 时钟源由GPS接收机提供, 如图1所示。

在具体实现过程中, 各设备相互配合实现同步调制:

GPS接收机提供10MHz频率基准、1pps (1秒钟一个脉冲) 时间基准和TOD消息;

复用器提供每个复用帧在复用器中的组帧时刻、单频网中的最大发射延时;

调制器根据接收到的TOD包中的同步消息和收到复用帧的当前时刻, 对网络传输时间进行延时补偿, 以保证在同一时刻发射。

前端的复用器和各个发射台站发射机的调制器都接收GPS发射的1pps秒脉冲信号和TOD消息, 并以某次接收到的TOD消息为时间基准, 与1pps秒脉冲信号联合建立一个绝对的参考时钟。发射同步如图2。

节目播出中心和各个发射台站的当前系统时间Tc由下式给出:

Tc=Ts+N

其中:

Tc:当前系统时间;

Ts:时间基准TOD消息;

N:秒脉冲计数值。

如图2所示, 复用器将复用帧的组帧时刻Tm和单频网中的最大发射延时δt以TOD包封装形式发送给各发射台站的调制器。各发射台站的调制器从收到的TOD包中解析出Tm和δt, 并根据Tm和δt确定发射时刻Tt, 通过比较收到复用帧的当前时刻与Tt的时间差, 做出延时补偿, 实现同步调制发射。

Tt=Tm+δt

其中:

Tt:各发射台站的发射时刻;

Tm:当前复用帧在复用器中的组帧时刻;

δt:复用器提供的单频网中的最大发射延时;

注:δ的设置范围为1～5s。

(2) 循环前缀:CMMB信道帧结构如图3所示。

每1 s为1帧, 划分为4 0个时隙;每个时隙的长度为25ms, 包括1个信标、53个OFDM符号;每个信标包括1个发射机标识信号TxID、2个相同的同步信号;每个OFDM符号包括循环前缀CP、OFDM数据体。

OFDM符号由循环前缀 (CP) 和OFDM数据体构成的 (见图4) 。OFDM数据体长度 (Tu) 为409.6μs, 循环前缀长度 (Tcp) 为51.2μs, 是由51.2μs时间内尾部的OFDM数据体复制的。整个OFDM符号长度Ts=Tcp+Tu=460.8μs。

正是由于循环前缀的设计, 使得多个发射机的多路信号或同一发射机的直射与反射信号会在接收终端上形成有效叠加。假设接收终端距发射机1近, 距发射机2远, 那么它接收到发射机2的信号2会比发射机1的信号1有时延, 只要这个时延小于循环前缀 (CP) , 那么信号2的时延扩散在信号1的循环前缀的时间内已经完全衰减了, 不会对下一个OFDM符号造成串扰。因此, 两部发射机的信号时延不能超过循环前缀的时间51.2μs, 两部发射机之间的距离不能超过15.36km。

3 单频网架构及郑州单频网设计

3.1 单频网架构

单频网架构如图5所示。

(1) 前端节目播出中心完成对视、音频、数据的压缩编码后, 由CMMB复用器完成多路节目的复用以及同步信息的插入, 输出一路具有同步信息的PMS信号。

(2) 传输分配网络负责把具有同步信息的PMS信号从前端传送到各个发射台站, 便于同步调制发射。

(3) 各个发射台站的发射机以相同的频率将前端播出机房送来的信号进行信道编码、同步调制、功率放大后, 通过发射天线将已调射频信号变成电磁波发射出去。

3.2 郑州单频网设计

(1) 发射点位置:规划郑州单频网由三个发射点组成。三点的位置构成一个等边三角形。

(2) 发射点间距:两发射点间的距离不能超过15.35km。但在实际规划中, 单发射点1kW功率的有效覆盖只有5km左右 (这里的有效覆盖指的是在室内也能良好接收) 。同时考虑郑州市区框架不大, 所以在设计发射点的间距时, 三个发射点之间的距离定为8km左右。

(3) 发射机及天馈系统设计:发射机采用1kW全固态数字CMMB发射机, 天线为四层四面偶极子面包天线, 垂直极化方式。

(4) 机房建设:机房面积要求在10m2左右。有足够空间放置发射机、空调、标准机柜及配电柜。

(5) 供电:为保障设备正常工作, 建议采用双回路供电。并配备双回路供电自动切换装置。

(6) 接地:天线塔及机房设备都应单独引线至接地体, 防雷接地可单独接地或同大楼共用接地体。

4 传输分配网络设计

4.1 网络设计原则

采用SDH数字同步光纤网作为传输网络平台。

(1) 高性能安全可靠

高性能安全可靠的网络是保障数据传输的关键, SDH网避免了模拟线路误码率高、噪音大等问题, SDH双向自愈环更加保证了数据传输的稳定性和正确性。

(2) 可扩展性好

SDH网最低可提供2Mb带宽, 可灵活配置以适应带宽需要, 满足数据传输的需要。并且网络无复杂的协议, 透明传送数据, 向用户提供高吞吐量、低时延的服务。

(3) 灵活性

可对高层协议保持透明, 用户不必担心协议的不兼容, 便于接入。

(4) 点对点传输, 效率高

与宽带IP网相比, SDH网络是点对点的专网传输, 传输可靠而且稳定。而IP网是共享型网络, IP数据包通过公用信道传输, 实际通信速率随机性较大;且IP网络属于典型的“尽力而为”型网络, 在网络忙时可能出现丢包、延时等现象;这些特点不符合我们对信号传输的要求。

4.2 传输网络设计方案

为保证网络的安全性和有效性, 采用星型结构, 以省局节点作为网络中心, 各分支节点采用SDH方式接入中心节点。即使某个分支节点出现故障或线路中断, 也不影响其他分支节点的正常工作。网络拓扑图如图6。

(1) 传输带宽使用4个E 1, 总带宽8 M b。在目前C M M B8MHz带宽, 调制方式为QPSK, 1/2 LDPC编码、 (240 224) RS编码的模式下, 其信号目前的满负荷是5.101Mb/s。所以使用3个E1口 (6Mb的带宽) 用于传输中心节点的复用器输出的PMS信号, 1个E1口 (2Mb带宽) 用于传输发射点的设备运行状况及环境监控信息。

(2) 由于中心节点的复用器的输出接口为ASI接口, 在使用SDH网络传输信号之前, 要使用网络适配器完成复用器输出ASI接口到标准E1口的转换, 才能将PMS流送入SDH网。该适配器为双向适配, 在节目发送端, 可以完成TS码流到E1接口适配, 在节目接收端, 可以从各种网络中将E1码流接收下来, 适配为ASI接口输出。

5 小结

DTMB单频网组网概述篇7

单频网(Single Frequency Network,SFN)是指由多个位于不同地点、位于同步状态的发射机组成的数字电视覆盖网络,以相同频率、在相同时刻发射相同节目信号,以实现对特定服务区的可靠覆盖。

首先,单频网内的发射机使用同一频率进行地面覆盖,可以提高频率资源的利用率;其次,多个发射台同时工作,也可以提高接收的可靠性,使用户在单频网覆盖地区不需要更改频道收看节目。另外,单频网组网方式在很大程度上降低了发射机的最小发射功率要求,可以采用小功率多布点的组网方式,总的发射功率也远远小于多频网一台发射机的发射功率;由于采用了多发射机,单频网组网方式的覆盖范围很大,而且不容易出现地区性死角,能够实现无缝覆盖;而且,由于使用同一发射频率,用户在整个单频网网络覆盖范围内移动接收不需要进行自适应频率变换,降低了接收机的制作难度。

在组建单频网时,保证各发射台之间的同步工作是确保单频网覆盖效果的一个首要问题。

2 单频网组网链路

单频网系统需要解决信源传输与发射台站设计两方面的问题。信源传输目前主要有以下方式(见图1):

1)同步数字体系(SDH)干线网传输。适合于大范围覆盖,传输质量高,缺点是成本高,而且部分建站地区可能没有现成的网络。SDH网络中传输的MPEG TS流要符合GB/T19263-2003标准[1]。

2)电视发射台发送传输。在覆盖区中心区域或高山上用一个频道发射数字电视信号,其余发射台接收该信号并解调后再调制,以单频网形式发射出去。该方案可以充分利用现有广电的有利资源,不受地面网络的限制,但需要多占用一个电视频道,且覆盖范围有限,仅适合于局部地区覆盖使用。

3)微波信道分发。TS码流可用数字微波系统进行一次分配,数字微波各次群接口定义与PDH(准同步数字体系)相同,链路设计要求达到低误码率标准。

在实际使用中可能几种方式混合使用。

3 DTMB单频网同步原理

DTMB标准的单频网系统主要由单频网适配器[2,3,4]、GPS接收机、支持单频网的调制器等部分组成。

SIP包是DTMB单频网实现同步的关键[4]。单频网适配器每秒向输入的TS码流中插入一个SIP包,插入时刻与GPS的秒脉冲1PPS(Pulse Per Secend)信号上升沿对齐。SIP包中各字节定义如图2所示。

各部分简介如下:

1)SIP头:和TS流包头一样,符合GB/T17975.1-2000有关规定[5];由32 bit组成,其中PID号为0x0015。

2)SI-SIP:重新定义了DTMB的系统信息参数,如表1所示。

3)最大延时:由24 bit组成,范围为0~0.999 999 9 s,单位为100 ns,设置值应大于最大路径延迟时间。

4)广播寻址:寻址网内某一个发射机,可寻址范围由16 bit组成,其中全0状态表示寻址内所有发射机。

5)独立调整时延:由24 bit组成,在最大延时基础上,通过广播地址为指定的发射机添加独立调整延时,保证单频网中各发射机发射信号满足一定延时关系。

6)频偏设置:由24 bit组成,为特定的发射机添加频偏值,单位1 Hz。

7)功率控制:由16 bit组成,控制特定的发射机功率,单位0.1 d Bm。

8)填充字节:TS流数据,共169 byte。每个字节均为0xff。

例如,实际数据的分析为47 40 15 10 A5 A0 89 54 4000 00 00 00 00 00 00 00 00 00……则表示:SI_SIP为1010010110100000对应PN945/多载波/4QAM/0.6/720/不加导频/旋转相位;最大延时100010010101010001000000对应的最大延时实际值为9 000 000×100 ns=0.9 s。

如图3所示,在DTMB单频网中,适配器的主要功能就是插入SIP包。每隔一个大帧在TS流中插入一个初始化SIP包,SIP包的构成符合MPEG-2的TS流的标准。

4 SFN激励器

单频网激励器的功能示意图如图4所示。

单频网激励器主要完成信道编码调制、故障报警、主控通信等,还要实现频率同步、时间同步和比特同步这3个组网的重要工作。

1)频率同步

地面国标采用TDS-OFDM调制方式。单频网中的每个发射机都必须采用同一频率,为了使发射系统中的频率准确度满足要求,通常的做法是将所有发射机中激励器的上变频本振都同步到一个GPS参考时钟10 MHz参考源。

2)时间同步

在单频网中,激励器都是通过不同的分配链路与前端的设备连接,由于引入时时间延迟和信号处理时间都是不一样的,必须从系统外部获得一个精度好于1μs的时间参考,通常的办法是从GPS中提取10 MHz标准频率和1PPS标准时间。

3)比特同步

在同一时间传输调制后的同一个字符是很重要的。如果同一载波上调制的不是同一比特,而对于终端来说,接收到的又是场强相当的信号,则会造成终端无法正常解码。为了实现单频网中多台发射机TS流中的比特同步,DTMB系统将SIP包插入到TS流中,传输到远端的发射机,激励器对接收到的码流进行解析,根据SIP的信息进行处理,但是并不作PCR校正。

5 SFN组网测试

单频网组网测试所需的设备与仪器主要有:GPS接收机、单频网适配器、激励器和频谱分析仪等。系统结构如图5所示。

搭建好测试系统开始正式测试之前,系统关键设备必先满足以下条件:

1)给两台调制器、单频网适配器提供时钟和频率基准的GPS接收机必须处于锁定状态。

2)使用频率计在3 min内测试各台GPS接收机之间的10 MHz偏差必须小于3×10-10,1PPS之间的时差小于±50 ns。

3)两台调制器输出频率值需一致并使用频率计标定射频频偏小于±1 Hz。

4)两台调制器输出功率值需一致并使用功率计标定射频功率偏差小于0.1 d B。

5)频率计、示波器、频谱分析仪等测试仪器需接外部参考时钟。

单频网延时调整前,设置两台调制器的单频网附加延时差为0μs,观察并记录频率计读数和频谱分析仪频谱,如图6所示。

单频网延时调整1μs后,记录1μs延时时的频谱截图,如图7所示。

参考文献

[1]GB/T19263-2003,MPEG-2信号在SDH网络中的传输规范[S].2003.