CMMB單頻網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)

文丨賈大武

（山西省運城市廣播電視臺，山西運城 044000）

單頻網(wǎng)是指整個發(fā)射網(wǎng)中的所有發(fā)射機在允許的范圍內(nèi)同時發(fā)射同樣頻率同樣內(nèi)容的信號，架設(shè)單頻網(wǎng)的目的是擴大單個發(fā)射機的覆蓋范圍，實現(xiàn)對一定范圍（一個城市或一個地區(qū)）的可靠覆蓋。

1 CMMB單頻網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

CMMB單頻網(wǎng)主要由網(wǎng)絡(luò)前端、傳輸網(wǎng)及數(shù)字發(fā)射機組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:

現(xiàn)分述其各部分具體組成及功能

1.1 網(wǎng)絡(luò)前端

網(wǎng)絡(luò)前端主要由衛(wèi)星接受機、GPS接收機、編碼器、交換機、復(fù)用器和碼流監(jiān)測器等組成,其主要功能是對接收到的視音頻信號和數(shù)據(jù)信號進(jìn)行編碼復(fù)用，然后把具有同步信息的多路節(jié)目傳輸流信號輸出給傳輸網(wǎng)。以我臺前端為例其框圖如下圖所示:

1.1.1 編碼器

其主要功能是對模擬的視頻信號進(jìn)行編碼處理組成H.264碼流格式對模擬的音頻信號進(jìn)行編碼處理組成數(shù)字AAC++碼流格式然后整合視頻和音頻數(shù)據(jù)成為同步的節(jié)目碼流按照相應(yīng)格式輸出給復(fù)用器。我臺用的北京創(chuàng)毅視訊公司的編碼器采用最新的算法，可支持多種時隙（1時隙、2時隙、4時隙）的碼率輸出，也可通過手動設(shè)置靈活設(shè)置輸出碼率。另外增加了添加臺標(biāo)和字幕的功能，可對添加的播出效果進(jìn)行預(yù)覽，而且臺標(biāo)和字幕支持真彩色．并且視頻支持模擬復(fù)合信號輸入和數(shù)字SDI信號輸入及預(yù)處理功能（圖像調(diào)整、噪聲過濾、亮度，對比度調(diào)整）,音頻支持?jǐn)?shù)字AES-EBU和嵌入SDI音頻輸入及立體聲音頻編碼。

1.1.2 復(fù)用器

其主要功能是將多路節(jié)目及數(shù)據(jù)碼流復(fù)用在一個數(shù)據(jù)碼流中然后用一個符合要求的接口把數(shù)據(jù)輸出出去，技術(shù)上其支持時間分片技術(shù)集成,支持在一個無線信道里應(yīng)用不同的調(diào)制模式。

1.1.3 碼流監(jiān)測器碼流監(jiān)測器主要用來監(jiān)測復(fù)用器輸出的碼流有無以及碼流是否正常，當(dāng)復(fù)用器碼流無輸出或者錯誤時進(jìn)行報警；碼流監(jiān)測器支持兩路PMS碼流輸入分析，并可對輸入的碼流進(jìn)行輸出選擇；同時對選擇的碼流進(jìn)行多路分配，最多可實現(xiàn)八路同時輸出。CMMB碼流監(jiān)測器實現(xiàn)了復(fù)用器的熱備切換，當(dāng)主復(fù)用器輸出的碼流異常時，可通過監(jiān)控軟件自動或手動切換到備復(fù)用器。碼流監(jiān)測器還省去了碼流分配器，碼流監(jiān)測器輸出的八路碼流可同時輸出到不同傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1.1.4 GPS接收機

GPS接收機負(fù)責(zé)給復(fù)用器提供10MHz頻率基準(zhǔn)、1PPS（1秒鐘一個脈沖）時間基準(zhǔn)和TOD信號，以實現(xiàn)所有發(fā)射機同步工作。

1.1.5 衛(wèi)星接受機

衛(wèi)星接受機負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星上的電視信號及廣播信號以及其它數(shù)字信號來作為前端系統(tǒng)除本地節(jié)目外的信號源。

1.1.6 交換機交換機負(fù)責(zé)將衛(wèi)星接受機及編碼器輸出的各個信息包獨立地從源端口送至目的端口，避免了互相發(fā)生碰撞干擾。

1.2 傳輸網(wǎng)

傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)把具有同步的多路節(jié)目傳輸流信號從前端傳送到各個發(fā)射臺，便于同步調(diào)制發(fā)射；一般有兩種類型，一是光纖傳輸網(wǎng)，二是微波傳輸網(wǎng)，我臺采用單路ASI/SDI光端機光纖傳輸網(wǎng)。其基本組成框圖如下:

1.3 數(shù)字發(fā)射機

傳輸網(wǎng)傳來的多路節(jié)目傳輸流信號到達(dá)數(shù)字發(fā)射機的調(diào)制器后，調(diào)制器將信號進(jìn)行信道編碼并調(diào)制成射頻信號然后送到功放進(jìn)行功率放大，最后通過發(fā)射天線將射頻信號發(fā)射到周圍空間。如下圖所示，其中GPS接收機為調(diào)制器提供10MHz頻率基準(zhǔn)、1PPS時間基準(zhǔn)和TOD信號使多個發(fā)射機能同步工作。

2 CMMB單頻網(wǎng)的技術(shù)原理

CMMB單頻網(wǎng)的基本技術(shù)原理就是三個同步即頻率同步，時間同步和比特同步。頻率同步是為確保接收機能將接收信號之外的其他發(fā)射機來的信號視為回波，一般允許偏差1Hz，為了達(dá)到這個要求，每個發(fā)射機中的所有振蕩器的頻率都必須滿足一個很小的頻率差，以保證發(fā)射機信號頻率達(dá)到需要的精度，CMMB發(fā)射機采用由GPS接收機提供的10MHz信號作為共同的參考。時間同步是為了確保其他發(fā)射機信號與要接收信號之間的時延在接收機能夠抵抗的多徑時延范圍內(nèi)，為此要求不同發(fā)射機的發(fā)送信號之間的時延應(yīng)該比系統(tǒng)能夠抵抗的時延最大值小很多，這樣系統(tǒng)能夠抵抗更長的多徑時延，一般時間同步精度要求±1μs。 實際應(yīng)用中，有時要在單頻網(wǎng)的某個特定發(fā)射機上精確調(diào)節(jié)時間偏移量，以達(dá)到對某個覆蓋區(qū)域最好的覆蓋效果。比特同步是指單頻網(wǎng)中各發(fā)射機在相同的時刻發(fā)送相同的信號幀，即不同發(fā)射機同一時刻發(fā)送的信號幀應(yīng)完全一致，不存在差異，這就要求所有信號幀在各個發(fā)射機中被完全一樣的調(diào)制。在射頻信號分散產(chǎn)生的單頻網(wǎng)中，為保證比特同步，除了首先要保證輸入到單頻網(wǎng)中各個調(diào)制器的碼流逐比特對應(yīng)相同，同時還要求各個調(diào)制器對輸入碼流的分組也相同，使得對一個信號幀調(diào)制的數(shù)據(jù)逐比特對應(yīng)相同，此外調(diào)制器的隨機化過程也應(yīng)相同。

3 CMMB單頻網(wǎng)的特點

3.1 可對盲區(qū)進(jìn)行填補發(fā)射

由于無線電信號本身的特性，在高樓林立的大城市中，無論單個數(shù)字電視發(fā)射站點的發(fā)射功率多大都會有很多地方信號覆蓋不到，這些覆蓋不到的區(qū)域就是盲區(qū)，CMMB單頻網(wǎng)通過同頻直放站的（相當(dāng)于和原來的信號組成單頻網(wǎng)）補點發(fā)射的辦法就可以覆蓋這些盲區(qū)，或得較好的覆蓋率。

3.2 節(jié)省頻譜資源

傳統(tǒng)的多頻網(wǎng)模式必須要利用蜂窩原理在相鄰區(qū)域采用不同的頻率來防止同頻干擾，而數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)則可以通過組建單頻網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)字電視廣播，在一個大區(qū)域內(nèi)使用同樣的頻率資源，這樣可以大大地提高頻率利用率。對于CMMB而言，頻率資源也是非常有限的，因此采用單頻網(wǎng)技術(shù)對于CMMB來說是至關(guān)重要的。

3.3 較高的功率效率

單頻網(wǎng)技術(shù)不僅使網(wǎng)絡(luò)頻率效率提高，而且可以使網(wǎng)絡(luò)的功率效率提高，這個道理比較明顯，例如在一個接收點，它的功率變化幅度較大，采用傳統(tǒng)的方法唯一的辦法是加大發(fā)射機功率，讓該點的功率富裕量大，才能保證正常接收，造成功率浪費；采用單頻網(wǎng)模式，接收點可以接收不同發(fā)射機的信號，同時也可以接收多路發(fā)射和折射的信號，這些多徑信號的平均效應(yīng)可以降低場強的變化范圍，同時對每個發(fā)射機的功率要求也降低了。

3.4 更平均的功率覆蓋

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，只有單一的大功率發(fā)射機在區(qū)域中間發(fā)射，必定會造成近端場強高，而遠(yuǎn)端場強弱，功率分布不均勻，同時在樓宇和高大建筑的背面，必定會有陰影區(qū)，同樣接收效果不好。而在單頻網(wǎng)中，多個發(fā)射機接近均勻地分布網(wǎng)絡(luò)中，這樣的效果使得功率比較均勻地分布在整個區(qū)域，同時也避免了樓宇有大的陰影區(qū)域，顯而易見改善了功率的均勻覆蓋效果。

3.5 可靈活調(diào)整或增加覆蓋區(qū)

對于CMMB廣播來說，前期建網(wǎng)后，總有一些區(qū)域可能沒有達(dá)到理想的覆蓋效果，這樣可以采用單頻網(wǎng)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的調(diào)整，可以采用增加單頻網(wǎng)發(fā)射機和同頻直放站的方法來改善覆蓋效果。

4 單頻網(wǎng)如何布網(wǎng)

單頻網(wǎng)布網(wǎng)應(yīng)注意以下幾點

4.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就是在滿足三個同步的前提條件下，如何根據(jù)最低的接收場強和保護(hù)率等規(guī)劃參數(shù)以及覆蓋區(qū)的環(huán)境和覆蓋要求來優(yōu)化單頻網(wǎng)的臺站位置、功率和天線的方向圖，以獲得最好的覆蓋效果和功率利用效率。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃合理可降低單頻網(wǎng)建設(shè)的成本，避免干擾，提高效率。

建站距離因為CMMB信號的符號間插入的循環(huán)前綴CP為51.2us，根據(jù)多徑信號之間的時延差不能超過循環(huán)前綴的長度的要求，因此相鄰發(fā)射臺站之間的距離最大不要超過51.2μs×3×108米/秒＝15.36Km，以保證單頻網(wǎng)相鄰發(fā)射臺站之間不會產(chǎn)生符號干擾重疊覆蓋區(qū)的優(yōu)化從理論上說單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)的重疊不會產(chǎn)生同頻干擾，但是由于多種因素，可能造成接收效果不理想，這就得靠優(yōu)化各發(fā)射站點的功率、信號延時來改善組網(wǎng)效果，其優(yōu)化原則是要盡力減少長延時和強多徑信道存在的區(qū)域。單頻網(wǎng)一般可以做到的是在重疊覆蓋區(qū)多徑較強時，可以將延時控制得較?。ɡ缧∮?0us）；在多徑延時較長時，可以將多徑的強度控制得較小（小于10dB）。

4.2 超出安全距離的情況

當(dāng)單頻網(wǎng)的相鄰發(fā)射臺站超出15.36Km的安全距離時，就會有一部分交叉覆蓋區(qū)域，在交叉覆蓋區(qū)內(nèi)，如果接收到的主信號與另一發(fā)射臺多徑干擾信號的信號強度之比超過接收門限也可以接收正常，但如果信噪比低于接收門限時，就有可能引起干擾。為此建站時可以綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩砗腿丝诜植记闆r，適當(dāng)加大建站距離，保證大部分地區(qū)的覆蓋。

5 單頻網(wǎng)測試

在實際的建站過程中，要精確的進(jìn)行單頻網(wǎng)測試必須采用頻譜儀，但由于很多發(fā)射臺并不配置頻譜儀，為此也可以用手機來進(jìn)行粗略的測試。如果采用同一廠家激勵器，在出廠前先對激勵器進(jìn)行測試，在安裝好發(fā)射機后，在中間交叉覆蓋區(qū)用手機觀察接收效果，所接收的信號應(yīng)該沒有誤碼、馬賽克、卡和信號停頓的現(xiàn)象，如果有以上的現(xiàn)象就要分析，是否是功率和接收條件造成的，如果圖像流暢，就表明單頻網(wǎng)是組網(wǎng)成功了。不同廠家的發(fā)射機，最好在開通另一臺時，先在機房里，把兩個廠家的激勵器先調(diào)節(jié)好，能夠組成單頻網(wǎng)后再開通另一臺發(fā)射機，這時基本上都能組網(wǎng)成功。

[1] 李遠(yuǎn)東.CMMB超理論問距SFN設(shè)計的研究，《電視技術(shù)》2010年9期.

[2] 紀(jì)宏利.CMMB前端組網(wǎng)與遠(yuǎn)程協(xié)助，《電腦知識與技術(shù)》 2010年17期.