DTMB單頻網(wǎng)組網(wǎng)概述

白微微

（北京同方吉兆科技有限公司，北京 100083）

1 單頻網(wǎng)簡介

單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，SFN）是指由多個(gè)位于不同地點(diǎn)、位于同步狀態(tài)的發(fā)射機(jī)組成的數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò)，以相同頻率、在相同時(shí)刻發(fā)射相同節(jié)目信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定服務(wù)區(qū)的可靠覆蓋。

首先，單頻網(wǎng)內(nèi)的發(fā)射機(jī)使用同一頻率進(jìn)行地面覆蓋，可以提高頻率資源的利用率；其次，多個(gè)發(fā)射臺(tái)同時(shí)工作，也可以提高接收的可靠性，使用戶在單頻網(wǎng)覆蓋地區(qū)不需要更改頻道收看節(jié)目。另外，單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式在很大程度上降低了發(fā)射機(jī)的最小發(fā)射功率要求，可以采用小功率多布點(diǎn)的組網(wǎng)方式，總的發(fā)射功率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多頻網(wǎng)一臺(tái)發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率；由于采用了多發(fā)射機(jī)，單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式的覆蓋范圍很大，而且不容易出現(xiàn)地區(qū)性死角，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫覆蓋；而且，由于使用同一發(fā)射頻率，用戶在整個(gè)單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)移動(dòng)接收不需要進(jìn)行自適應(yīng)頻率變換，降低了接收機(jī)的制作難度。

在組建單頻網(wǎng)時(shí)，保證各發(fā)射臺(tái)之間的同步工作是確保單頻網(wǎng)覆蓋效果的一個(gè)首要問題。

2 單頻網(wǎng)組網(wǎng)鏈路

單頻網(wǎng)系統(tǒng)需要解決信源傳輸與發(fā)射臺(tái)站設(shè)計(jì)兩方面的問題。信源傳輸目前主要有以下方式（見圖1）：

1）同步數(shù)字體系（SDH）干線網(wǎng)傳輸。適合于大范圍覆蓋，傳輸質(zhì)量高，缺點(diǎn)是成本高，而且部分建站地區(qū)可能沒有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)。SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)腗PEG TS流要符合 GB/T19263-2003標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2）電視發(fā)射臺(tái)發(fā)送傳輸。在覆蓋區(qū)中心區(qū)域或高山上用一個(gè)頻道發(fā)射數(shù)字電視信號(hào)，其余發(fā)射臺(tái)接收該信號(hào)并解調(diào)后再調(diào)制，以單頻網(wǎng)形式發(fā)射出去。該方案可以充分利用現(xiàn)有廣電的有利資源，不受地面網(wǎng)絡(luò)的限制，但需要多占用一個(gè)電視頻道，且覆蓋范圍有限，僅適合于局部地區(qū)覆蓋使用。

3）微波信道分發(fā)。TS碼流可用數(shù)字微波系統(tǒng)進(jìn)行一次分配，數(shù)字微波各次群接口定義與PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字體系）相同，鏈路設(shè)計(jì)要求達(dá)到低誤碼率標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)際使用中可能幾種方式混合使用。

3 DTMB單頻網(wǎng)同步原理

DTMB標(biāo)準(zhǔn)的單頻網(wǎng)系統(tǒng)主要由單頻網(wǎng)適配器[2－4]、GPS接收機(jī)、支持單頻網(wǎng)的調(diào)制器等部分組成。

SIP包是DTMB單頻網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步的關(guān)鍵[4]。單頻網(wǎng)適配器每秒向輸入的TS碼流中插入一個(gè)SIP包，插入時(shí)刻與GPS的秒脈沖1PPS（Pulse Per Secend）信號(hào)上升沿對(duì)齊。SIP包中各字節(jié)定義如圖2所示。

圖2 SIP包定義

各部分簡介如下：

1）SIP頭：和 TS流包頭一樣，符合 GB/T17975.1－2000有關(guān)規(guī)定[5]；由32 bit組成，其中PID號(hào)為0x0015。

2）SI－SIP：重新定義了DTMB的系統(tǒng)信息參數(shù)，如表1所示。

表1 SI－SIP定義的DTMB系統(tǒng)信息參數(shù)

3） 最大延時(shí)：由 24 bit組成，范圍為 0～0.999 999 9 s，單位為100 ns，設(shè)置值應(yīng)大于最大路徑延遲時(shí)間。

4）廣播尋址：尋址網(wǎng)內(nèi)某一個(gè)發(fā)射機(jī)，可尋址范圍由16 bit組成，其中全0狀態(tài)表示尋址內(nèi)所有發(fā)射機(jī)。

5）獨(dú)立調(diào)整時(shí)延：由24 bit組成，在最大延時(shí)基礎(chǔ)上，通過廣播地址為指定的發(fā)射機(jī)添加獨(dú)立調(diào)整延時(shí)，保證單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)滿足一定延時(shí)關(guān)系。

6）頻偏設(shè)置：由24 bit組成，為特定的發(fā)射機(jī)添加頻偏值，單位1 Hz。

7）功率控制：由16 bit組成，控制特定的發(fā)射機(jī)功率，單位0.1 dBm。

8）填充字節(jié)：TS流數(shù)據(jù)，共169 byte。每個(gè)字節(jié)均為0xff。

例如，實(shí)際數(shù)據(jù)的分析為47 40 15 10 A5 A0 89 54 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00……則表示：SI_SIP為1010010110100000 對(duì) 應(yīng) PN945/多 載 波/4QAM/0.6/720/不加導(dǎo)頻/旋轉(zhuǎn)相位；最大延時(shí)100010010101010001000000對(duì)應(yīng)的最大延時(shí)實(shí)際值為9 000 000×100 ns=0.9 s。

如圖3所示，在DTMB單頻網(wǎng)中，適配器的主要功能就是插入SIP包。每隔一個(gè)大幀在TS流中插入一個(gè)初始化SIP包，SIP包的構(gòu)成符合MPEG－2的TS流的標(biāo)準(zhǔn)。

圖3 單頻網(wǎng)適配器框圖

4 SFN激勵(lì)器

單頻網(wǎng)激勵(lì)器的功能示意圖如圖4所示。

單頻網(wǎng)激勵(lì)器主要完成信道編碼調(diào)制、故障報(bào)警、主控通信等，還要實(shí)現(xiàn)頻率同步、時(shí)間同步和比特同步這3個(gè)組網(wǎng)的重要工作。

1）頻率同步

地面國標(biāo)采用TDS-OFDM調(diào)制方式。單頻網(wǎng)中的每個(gè)發(fā)射機(jī)都必須采用同一頻率，為了使發(fā)射系統(tǒng)中的頻率準(zhǔn)確度滿足要求，通常的做法是將所有發(fā)射機(jī)中激勵(lì)器的上變頻本振都同步到一個(gè)GPS參考時(shí)鐘10 MHz參考源。

2）時(shí)間同步

在單頻網(wǎng)中，激勵(lì)器都是通過不同的分配鏈路與前端的設(shè)備連接，由于引入時(shí)時(shí)間延遲和信號(hào)處理時(shí)間都是不一樣的，必須從系統(tǒng)外部獲得一個(gè)精度好于1 μs的時(shí)間參考，通常的辦法是從GPS中提取10 MHz標(biāo)準(zhǔn)頻率和1PPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

3）比特同步

在同一時(shí)間傳輸調(diào)制后的同一個(gè)字符是很重要的。如果同一載波上調(diào)制的不是同一比特，而對(duì)于終端來說，接收到的又是場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)?shù)男盘?hào)，則會(huì)造成終端無法正常解碼。為了實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)中多臺(tái)發(fā)射機(jī)TS流中的比特同步，DTMB系統(tǒng)將SIP包插入到TS流中，傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的發(fā)射機(jī)，激勵(lì)器對(duì)接收到的碼流進(jìn)行解析，根據(jù)SIP的信息進(jìn)行處理，但是并不作PCR校正。

5 SFN組網(wǎng)測(cè)試

單頻網(wǎng)組網(wǎng)測(cè)試所需的設(shè)備與儀器主要有：GPS接收機(jī)、單頻網(wǎng)適配器、激勵(lì)器和頻譜分析儀等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

搭建好測(cè)試系統(tǒng)開始正式測(cè)試之前，系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備必先滿足以下條件：

1）給兩臺(tái)調(diào)制器、單頻網(wǎng)適配器提供時(shí)鐘和頻率基準(zhǔn)的GPS接收機(jī)必須處于鎖定狀態(tài)。

2）使用頻率計(jì)在3 min內(nèi)測(cè)試各臺(tái)GPS接收機(jī)之間的10 MHz偏差必須小于3×10-10，1PPS之間的時(shí)差小于±50 ns。

3）兩臺(tái)調(diào)制器輸出頻率值需一致并使用頻率計(jì)標(biāo)定射頻頻偏小于±1 Hz。

4）兩臺(tái)調(diào)制器輸出功率值需一致并使用功率計(jì)標(biāo)定射頻功率偏差小于0.1 dB。

5）頻率計(jì)、示波器、頻譜分析儀等測(cè)試儀器需接外部參考時(shí)鐘。

單頻網(wǎng)延時(shí)調(diào)整前，設(shè)置兩臺(tái)調(diào)制器的單頻網(wǎng)附加延時(shí)差為0 μs，觀察并記錄頻率計(jì)讀數(shù)和頻譜分析儀頻譜，如圖6所示。

單頻網(wǎng)延時(shí)調(diào)整1 μs后，記錄1 μs延時(shí)時(shí)的頻譜截圖，如圖7所示。

[1]GB/T 19263-2003，MPEG-2信號(hào)在SDH網(wǎng)絡(luò)中的傳輸規(guī)范[S].2003.

[2] GY/T 229.1-2008，地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)適配器技術(shù)要求和測(cè)試方法[S].2008.

[3] 熊偉，王軍，彭克武.基于Nios II的DTMB單頻網(wǎng)適配器設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2007，31（8）：21-26.

[4] 吳治慶，楊小雪，余少波.DTMB單頻網(wǎng)適配器設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù)，2008，32（11）：7-10.

[5] GB/T17975.1-2000，信息技術(shù)—運(yùn)動(dòng)圖像及其伴音信號(hào)的通用編碼第1部分：系統(tǒng)[S].2000.