DTMB單頻網組網概述

白微微

（北京同方吉兆科技有限公司，北京 100083）

1 單頻網簡介

單頻網（Single Frequency Network，SFN）是指由多個位于不同地點、位于同步狀態的發射機組成的數字電視覆蓋網絡，以相同頻率、在相同時刻發射相同節目信號，以實現對特定服務區的可靠覆蓋。

首先，單頻網內的發射機使用同一頻率進行地面覆蓋，可以提高頻率資源的利用率；其次，多個發射臺同時工作，也可以提高接收的可靠性，使用戶在單頻網覆蓋地區不需要更改頻道收看節目。另外，單頻網組網方式在很大程度上降低了發射機的最小發射功率要求，可以采用小功率多布點的組網方式，總的發射功率也遠遠小于多頻網一臺發射機的發射功率；由于采用了多發射機，單頻網組網方式的覆蓋范圍很大，而且不容易出現地區性死角，能夠實現無縫覆蓋；而且，由于使用同一發射頻率，用戶在整個單頻網網絡覆蓋范圍內移動接收不需要進行自適應頻率變換，降低了接收機的制作難度。

在組建單頻網時，保證各發射臺之間的同步工作是確保單頻網覆蓋效果的一個首要問題。

2 單頻網組網鏈路

單頻網系統需要解決信源傳輸與發射臺站設計兩方面的問題。信源傳輸目前主要有以下方式（見圖1）：

1）同步數字體系（SDH）干線網傳輸。適合于大范圍覆蓋，傳輸質量高，缺點是成本高，而且部分建站地區可能沒有現成的網絡。SDH網絡中傳輸的MPEG TS流要符合 GB/T19263-2003標準[1]。

2）電視發射臺發送傳輸。在覆蓋區中心區域或高山上用一個頻道發射數字電視信號，其余發射臺接收該信號并解調后再調制，以單頻網形式發射出去。該方案可以充分利用現有廣電的有利資源，不受地面網絡的限制，但需要多占用一個電視頻道，且覆蓋范圍有限，僅適合于局部地區覆蓋使用。

3）微波信道分發。TS碼流可用數字微波系統進行一次分配，數字微波各次群接口定義與PDH（準同步數字體系）相同，鏈路設計要求達到低誤碼率標準。

在實際使用中可能幾種方式混合使用。

3 DTMB單頻網同步原理

DTMB標準的單頻網系統主要由單頻網適配器[2－4]、GPS接收機、支持單頻網的調制器等部分組成。

SIP包是DTMB單頻網實現同步的關鍵[4]。單頻網適配器每秒向輸入的TS碼流中插入一個SIP包，插入時刻與GPS的秒脈沖1PPS（Pulse Per Secend）信號上升沿對齊。SIP包中各字節定義如圖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有關規定[5]；由32 bit組成，其中PID號為0x0015。

2）SI－SIP：重新定義了DTMB的系統信息參數，如表1所示。

表1 SI－SIP定義的DTMB系統信息參數

3） 最大延時：由 24 bit組成，范圍為 0～0.999 999 9 s，單位為100 ns，設置值應大于最大路徑延遲時間。

4）廣播尋址：尋址網內某一個發射機，可尋址范圍由16 bit組成，其中全0狀態表示尋址內所有發射機。

5）獨立調整時延：由24 bit組成，在最大延時基礎上，通過廣播地址為指定的發射機添加獨立調整延時，保證單頻網中各發射機發射信號滿足一定延時關系。

6）頻偏設置：由24 bit組成，為特定的發射機添加頻偏值，單位1 Hz。

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

8）填充字節：TS流數據，共169 byte。每個字節均為0xff。

例如，實際數據的分析為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 應 PN945/多 載 波/4QAM/0.6/720/不加導頻/旋轉相位；最大延時100010010101010001000000對應的最大延時實際值為9 000 000×100 ns=0.9 s。

如圖3所示，在DTMB單頻網中，適配器的主要功能就是插入SIP包。每隔一個大幀在TS流中插入一個初始化SIP包，SIP包的構成符合MPEG－2的TS流的標準。

圖3 單頻網適配器框圖

4 SFN激勵器

單頻網激勵器的功能示意圖如圖4所示。

單頻網激勵器主要完成信道編碼調制、故障報警、主控通信等，還要實現頻率同步、時間同步和比特同步這3個組網的重要工作。

1）頻率同步

地面國標采用TDS-OFDM調制方式。單頻網中的每個發射機都必須采用同一頻率，為了使發射系統中的頻率準確度滿足要求，通常的做法是將所有發射機中激勵器的上變頻本振都同步到一個GPS參考時鐘10 MHz參考源。

2）時間同步

在單頻網中，激勵器都是通過不同的分配鏈路與前端的設備連接，由于引入時時間延遲和信號處理時間都是不一樣的，必須從系統外部獲得一個精度好于1 μs的時間參考，通常的辦法是從GPS中提取10 MHz標準頻率和1PPS標準時間。

3）比特同步

在同一時間傳輸調制后的同一個字符是很重要的。如果同一載波上調制的不是同一比特，而對于終端來說，接收到的又是場強相當的信號，則會造成終端無法正常解碼。為了實現單頻網中多臺發射機TS流中的比特同步，DTMB系統將SIP包插入到TS流中，傳輸到遠端的發射機，激勵器對接收到的碼流進行解析，根據SIP的信息進行處理，但是并不作PCR校正。

5 SFN組網測試

單頻網組網測試所需的設備與儀器主要有：GPS接收機、單頻網適配器、激勵器和頻譜分析儀等。系統結構如圖5所示。

搭建好測試系統開始正式測試之前，系統關鍵設備必先滿足以下條件：

1）給兩臺調制器、單頻網適配器提供時鐘和頻率基準的GPS接收機必須處于鎖定狀態。

2）使用頻率計在3 min內測試各臺GPS接收機之間的10 MHz偏差必須小于3×10-10，1PPS之間的時差小于±50 ns。

3）兩臺調制器輸出頻率值需一致并使用頻率計標定射頻頻偏小于±1 Hz。

4）兩臺調制器輸出功率值需一致并使用功率計標定射頻功率偏差小于0.1 dB。

5）頻率計、示波器、頻譜分析儀等測試儀器需接外部參考時鐘。

單頻網延時調整前，設置兩臺調制器的單頻網附加延時差為0 μs，觀察并記錄頻率計讀數和頻譜分析儀頻譜，如圖6所示。

單頻網延時調整1 μs后，記錄1 μs延時時的頻譜截圖，如圖7所示。

[1]GB/T 19263-2003，MPEG-2信號在SDH網絡中的傳輸規范[S].2003.

[2] GY/T 229.1-2008，地面數字電視廣播單頻網適配器技術要求和測試方法[S].2008.

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

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

[5] GB/T17975.1-2000，信息技術—運動圖像及其伴音信號的通用編碼第1部分：系統[S].2000.