CMMB單頻網組網技術

文丨賈大武

（山西省運城市廣播電視臺，山西運城 044000）

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

1 CMMB單頻網基本結構

CMMB單頻網主要由網絡前端、傳輸網及數字發射機組成，其基本結構如下圖所示:

現分述其各部分具體組成及功能

1.1 網絡前端

網絡前端主要由衛星接受機、GPS接收機、編碼器、交換機、復用器和碼流監測器等組成,其主要功能是對接收到的視音頻信號和數據信號進行編碼復用，然后把具有同步信息的多路節目傳輸流信號輸出給傳輸網。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行編碼處理組成H.264碼流格式對模擬的音頻信號進行編碼處理組成數字AAC++碼流格式然后整合視頻和音頻數據成為同步的節目碼流按照相應格式輸出給復用器。我臺用的北京創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，也可通過手動設置靈活設置輸出碼率。另外增加了添加臺標和字幕的功能，可對添加的播出效果進行預覽，而且臺標和字幕支持真彩色．并且視頻支持模擬復合信號輸入和數字SDI信號輸入及預處理功能（圖像調整、噪聲過濾、亮度，對比度調整）,音頻支持數字AES-EBU和嵌入SDI音頻輸入及立體聲音頻編碼。

1.1.2 復用器

其主要功能是將多路節目及數據碼流復用在一個數據碼流中然后用一個符合要求的接口把數據輸出出去，技術上其支持時間分片技術集成,支持在一個無線信道里應用不同的調制模式。

1.1.3 碼流監測器碼流監測器主要用來監測復用器輸出的碼流有無以及碼流是否正常，當復用器碼流無輸出或者錯誤時進行報警；碼流監測器支持兩路PMS碼流輸入分析，并可對輸入的碼流進行輸出選擇；同時對選擇的碼流進行多路分配，最多可實現八路同時輸出。CMMB碼流監測器實現了復用器的熱備切換，當主復用器輸出的碼流異常時，可通過監控軟件自動或手動切換到備復用器。碼流監測器還省去了碼流分配器，碼流監測器輸出的八路碼流可同時輸出到不同傳輸網絡。

1.1.4 GPS接收機

GPS接收機負責給復用器提供10MHz頻率基準、1PPS（1秒鐘一個脈沖）時間基準和TOD信號，以實現所有發射機同步工作。

1.1.5 衛星接受機

衛星接受機負責接收衛星上的電視信號及廣播信號以及其它數字信號來作為前端系統除本地節目外的信號源。

1.1.6 交換機交換機負責將衛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，避免了互相發生碰撞干擾。

1.2 傳輸網

傳輸網負責把具有同步的多路節目傳輸流信號從前端傳送到各個發射臺，便于同步調制發射；一般有兩種類型，一是光纖傳輸網，二是微波傳輸網，我臺采用單路ASI/SDI光端機光纖傳輸網。其基本組成框圖如下:

1.3 數字發射機

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

2 CMMB單頻網的技術原理

CMMB單頻網的基本技術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射機來的信號視為回波，一般允許偏差1Hz，為了達到這個要求，每個發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，以保證發射機信號頻率達到需要的精度，CMMB發射機采用由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，為此要求不同發射機的發送信號之間的時延應該比系統能夠抵抗的時延最大值小很多，這樣系統能夠抵抗更長的多徑時延，一般時間同步精度要求±1μs。 實際應用中，有時要在單頻網的某個特定發射機上精確調節時間偏移量，以達到對某個覆蓋區域最好的覆蓋效果。比特同步是指單頻網中各發射機在相同的時刻發送相同的信號幀，即不同發射機同一時刻發送的信號幀應完全一致，不存在差異，這就要求所有信號幀在各個發射機中被完全一樣的調制。在射頻信號分散產生的單頻網中，為保證比特同步，除了首先要保證輸入到單頻網中各個調制器的碼流逐比特對應相同，同時還要求各個調制器對輸入碼流的分組也相同，使得對一個信號幀調制的數據逐比特對應相同，此外調制器的隨機化過程也應相同。

3 CMMB單頻網的特點

3.1 可對盲區進行填補發射

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

3.2 節省頻譜資源

傳統的多頻網模式必須要利用蜂窩原理在相鄰區域采用不同的頻率來防止同頻干擾，而數字電視單頻網技術則可以通過組建單頻網來實現數字電視廣播，在一個大區域內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，因此采用單頻網技術對于CMMB來說是至關重要的。

3.3 較高的功率效率

單頻網技術不僅使網絡頻率效率提高，而且可以使網絡的功率效率提高，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，采用傳統的方法唯一的辦法是加大發射機功率，讓該點的功率富裕量大，才能保證正常接收，造成功率浪費；采用單頻網模式，接收點可以接收不同發射機的信號，同時也可以接收多路發射和折射的信號，這些多徑信號的平均效應可以降低場強的變化范圍，同時對每個發射機的功率要求也降低了。

3.4 更平均的功率覆蓋

在傳統網絡中，只有單一的大功率發射機在區域中間發射，必定會造成近端場強高，而遠端場強弱，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，同樣接收效果不好。而在單頻網中，多個發射機接近均勻地分布網絡中，這樣的效果使得功率比較均勻地分布在整個區域，同時也避免了樓宇有大的陰影區域，顯而易見改善了功率的均勻覆蓋效果。

3.5 可靈活調整或增加覆蓋區

對于CMMB廣播來說，前期建網后，總有一些區域可能沒有達到理想的覆蓋效果，這樣可以采用單頻網技術對網絡進行靈活的調整，可以采用增加單頻網發射機和同頻直放站的方法來改善覆蓋效果。

4 單頻網如何布網

單頻網布網應注意以下幾點

4.1 網絡規劃

單頻網的網絡規劃就是在滿足三個同步的前提條件下，如何根據最低的接收場強和保護率等規劃參數以及覆蓋區的環境和覆蓋要求來優化單頻網的臺站位置、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。網絡規劃合理可降低單頻網建設的成本，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前綴CP為51.2us，根據多徑信號之間的時延差不能超過循環前綴的長度的要求，因此相鄰發射臺站之間的距離最大不要超過51.2μs×3×108米/秒＝15.36Km，以保證單頻網相鄰發射臺站之間不會產生符號干擾重疊覆蓋區的優化從理論上說單頻網覆蓋區的重疊不會產生同頻干擾，但是由于多種因素，可能造成接收效果不理想，這就得靠優化各發射站點的功率、信號延時來改善組網效果，其優化原則是要盡力減少長延時和強多徑信道存在的區域。單頻網一般可以做到的是在重疊覆蓋區多徑較強時，可以將延時控制得較小（例如小于10us）；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

當單頻網的相鄰發射臺站超出15.36Km的安全距離時，就會有一部分交叉覆蓋區域，在交叉覆蓋區內，如果接收到的主信號與另一發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地的地理和人口分布情況，適當加大建站距離，保證大部分地區的覆蓋。

5 單頻網測試

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

[1] 李遠東.CMMB超理論問距SFN設計的研究，《電視技術》2010年9期.

[2] 紀宏利.CMMB前端組網與遠程協助，《電腦知識與技術》 2010年17期.