長沙地鐵電視覆蓋系統建設方案設計

董 鑫，張 鈺

(1.長沙廣電數字移動傳媒有限公司，湖南 長沙 410005；2.上海國茂數字技術有限公司，上海 201203)

長沙地鐵電視覆蓋系統建設方案設計

董 鑫1，張 鈺2

(1.長沙廣電數字移動傳媒有限公司，湖南 長沙 410005；2.上海國茂數字技術有限公司，上海 201203)

主要介紹了長沙地鐵2號線地鐵電視所采用的基于國標(DTMB)地面數字電視技術共纜傳輸覆蓋系統的建設方案，實現在地鐵車廂內移動接收地面數字電視信號，并通過長沙地鐵2號線隧道內的覆蓋實例，提出與商用通信信號共纜傳輸系統的設計方案與參數選擇。

地鐵電視；DTMB；共纜傳輸；信號覆蓋

1 長沙軌道交通2號線概況

從2008年7月中國地面數字電視標準DTMB[1]的頒布至今，以地面覆蓋為服務目標的地面數字電視覆蓋工程已經日臻完善，但是，將地面數字電視信號引入地下，如以地鐵車廂內移動接收電視信號(地鐵電視)沿地鐵隧道的覆蓋系統，各地都在進行探索，由于地鐵建設是一個復雜的系統，如獨立在隧道內建設地面數字電視覆蓋網，不僅投資高昂，建設周期比較長，而且因為地鐵隧道內場地狹小，設備安裝維護協調難度很大。為了解決以上兩個問題，長沙地鐵電視選擇了采用地面數字電視(DTMB)和商用移動通信信號共同使用漏纜傳輸信號，并進行DTMB數字電視信號覆蓋的設計方案[2]。

長沙地鐵2號線一期工程線路全長21.913 km，東起為光達站，西止于望城坡站，共設車站19座，均為地下站，在東端設有黃興車輛段與綜合基地，出入段從光達站的東端接軌引出。設聯絡線兩處，在芙蓉廣場站設與1號線間的聯絡線，在長沙火車南站設與3號線間的聯絡線(如圖1所示)。

圖1 長沙軌道交通1、2線規劃圖(截圖)

2 覆蓋系統總體設計要求

地鐵2號線地鐵數字電視信號的總體設計要求為：工作頻點為CH40頻道(中心頻率730 HMz，帶寬8 MHz)；考慮移動接收效果與未來可能傳輸準高清信號的需求，信道參數采用總局推薦的DTMB工作模式3(PN945，FEC=0.4，16QAM)[3]；信源編碼采用AVS，信源以光纖傳輸；隧道地鐵電視覆蓋信號采用與商用移動通信下行信號共纜傳輸[4]。

長沙地鐵2號線地鐵電視覆蓋系統分為4個子系統：DTMB信號接入系統、車站信號發射系統、車站光纖直放站系統和信號與設備監控系統。長沙地鐵2號線地鐵數字電視系統通過每個地下車站的民用通信機房與下行商用通信信號經POI合路進入隧道內泄漏電纜實現覆蓋。超長區間通過在隧道區間內增加光纖遠端機與隧道內商用通信信號POI合路后進行補充覆蓋。

地鐵隧道信號覆蓋分布系統主要由商用移動通信運營商投資建設，整個分布系統采用POI合路技術將移動運營商、聯通運營商、電信運營商以及數字電視系統進行合路后通過1套泄漏電纜分布系統對所有地鐵隧道站臺及隧道區間進行無縫覆蓋，以滿足各運營商公共無線信號在地鐵內的延伸和覆蓋的需求[5]。商用通信共纜系統如圖2所示。

圖2 商用通信共纜系統示意圖

3 數字電視系統信號引入隔離度分析

數字電視系統引入首先要避免對原民用通信系統和其他系統(包括專網系統和信號系統等)的干擾，通過POI各端口的隔離度和合理的合路方式來解決干擾問題。下面首先分析數字電視系統的引入將會帶來哪些干擾。

被干擾系統在信號收到干擾時會導致接收機靈敏度降低、IMP干擾(互調干擾)和接收設備信號過載。從干擾源接收的雜散輻射信號將導致接收機的接收門限受到影響，而從合路收到的載頻合成會在無源器件中產生IMP干擾，如果信號功率過大會導致接收設備信號過載。為了將這些性能的損失降低到最小而不修改現有的發射和接收單元，在各個發射設備和接收設備之間需要保持一定的隔離度。

這3種性能損失對應的主要干擾分別為雜散干擾、互調干擾和阻塞干擾。這樣在一個系統中都會得到多個隔離度要求的指標，在實際應用中，在3種干擾中選擇最大的一個作為隔離度要求。一般工程實踐中，雜散干擾對于隔離度要求的指標最高，因此一般只要計算雜散干擾指標即可滿足互調干擾和阻塞干擾的隔離度要求。

3.1 商用通信系統頻譜及干擾分析

商用共纜通信系統中的頻譜分布如表1所示。

表1 頻譜分布

移動通信系統使用頻率范圍/MHz上行頻率下行頻率數字電視700～760數字集群806～821851～866CDMA800系統825～835870～880移動GSM系統890～909935～954聯通GSM系統909～915954～960PHS系統1900～1910WCDMA系統1940～19552130～2145CDMA2000EVDO系統1920～19352110～2125TD-SCDMA系統2010～2025WLAN系統24000～24835

根據以上數據，利用公式計算系統中各工作信道帶寬內總的熱噪聲功率，即

Pn=-174 dBm+10lgBw(Hz)

(1)

計算得到的熱噪聲功率如表2所示。干擾電平對底噪的影響如表3所示。

表2 熱噪聲功率

系統帶寬/kHz熱噪聲功率/dBm數字集群250-1300GSM900200-1210CDMA800123×103-1131PHS300-1190WCDMA384×103-1081CDMA2000125×103-1130TD-SCDMA128×103-1129WLAN230×104-1004

表3 干擾電平對底噪影響

dB

保護余量20161211109630系統被干擾后噪聲電平抬升004011027033041051097176300

3.2 雜散干擾

通常干擾基站進入被干擾設備的干擾在低于受害系統內部的熱噪聲6.9 dB以下，則進入受害系統的干擾可以忽略不計。這樣對應雜散所需要的干擾基站與受害系統之間的隔離度為

MCL≥Pspu-10lg(Wout/Win)-Pn-Nf+6.9

(2)

其中：MCL為隔離度要求；Pspu為干擾源雜散輻射電平，單位為dBm；Wout為干擾電平的測量帶寬，單位為kHz；Win為受害系統的信道帶寬，單位為kHz；Pspu-10lg(Wout/Win)代表干擾源進入受害系統信道帶寬內的雜散輻射電平；Pn表示被干擾系統的接收帶內熱噪聲，單位為dBm；Nf代表接收機的噪聲系數。計算結果見表4。

根據以上計算可得：當數字電視系統端口隔離度不小于90 dB，即完全滿足數字電視系統對商用通信系統的干擾要求。

4 單頻網延時預算

長沙地鐵2號線的地鐵電視信號覆蓋采用國家新聞出版廣電總局推薦的國標工作模式3，即幀頭為PN945，對應的保護間隔約為55 μs，理論最大基站間16.5 km，而2號線均為地下站，通過合理選擇發射機基站的位置和合理選擇發射機的時延，能避免單頻網覆蓋重疊區的干擾。經綜合考慮，在體育(沙灣)公園站、長沙火車站和溁灣鎮站3個站設置單頻網發射機基站，通過光纖傳輸距離計算系統延時最大區間為23.395 μs，信號延時均在保護間隔內，不會影響到單頻網信號的接收。

表4 隔離度要求計算結果

被干擾系統干擾系統數字集群CDMA800GSM900PHSCDMA2000WCDMATD-SCDMAWLAN數字電視899898899797898897899903數字集群—898899797898897899903CDMA800589—589487588587589593GSM900329328329709810810812815PHS951950951—950950952955CDMA2000279278279699—297300303WCDMA279278279699298297300303TD-SCDMA279279279198299299—643WLAN899898899757858857860—

5 射頻信號傳輸系統設計

長沙地鐵2號線地鐵電視覆蓋系統主要是將長沙數字電視播控中心機房復用器輸出的ASI信號經ASI光端機通過光纖網絡引入長沙地鐵2號線的國標單頻網發射機基站，發射機基站車站采用國標小功率發射機來完成左右兩邊隧道的數字電視信號覆蓋，而其他非發射機站由發射機基站利用光纖直放近端機獲取信號，再同光纖遠端機放大后進行隧道數字電視信號的覆蓋。

發射機基站的小功率發射機按單頻網組網要求配置，由GPS接收機、國標激勵器和功放組成(如圖3所示)。

圖3 地鐵2號線單頻網布局圖

5.1 覆蓋距離確定

目前商用通信常用為1-5/8″的通用型泄漏電纜，工作頻段700～2 500 MHz，對于地鐵數字電視系統的關健參數為：頻率700 MHz；傳輸衰減1.9 dB/100 m；95%耦合損耗 73 dB。

一般情況下，滿足地鐵電視接收設備接收門限的場強電平需大于-72 dBm，由于數字電視接收天線一般內置在地鐵機車內部，機車外殼存在屏蔽及干擾，需要附加損耗及余量取15 dB。地鐵隧道內鋪設的漏泄電纜在絕大多數情況下，其耦合損耗為73 dB，則在兩段發射設備之間的漏泄電纜最遠端所需最小發射功率W滿足

W-(73+15)dB>1-72 dBm，即W>16 dBm

(3)

若采用數字電視發射機和光纖直放站遠端機輸出功率為20 W，至POI對應端口輸入功率即為43 dBm；POI插入損耗為8.5 dB；POI輸出口至漏纜間的路由損耗為

7/8″饋線損耗+連接跳線損耗=2 dB

(4)

隧道內分合路器損耗為1 dB；漏泄電纜百米傳輸損耗為1.9 dB；在漏泄電纜中傳輸距離為D，則有

(43-8.5-2-1)dB-(D×1.9 dB)=16 dBm，

即D≈800 m

(5)

考慮基站兩邊對稱覆蓋，20 W發射機(纖直放站遠端機)可覆蓋隧道長度可為2×800 m =1 600 m。由此說明：當隧道長度小于1 600 m時，站臺內基站發射機(纖直放站遠端機)可滿足隧道區間覆蓋要求；當隧道長度大于1 600 m時，需設置光纖直放站以延伸覆蓋。

選用輸出功率為10 W的光纖直放站時，光纖直放站輸出功率40 dBm,多頻分合路器插損為1.5 dB，二功分器插損為 3.5 dB， 滿足覆蓋場強大于-72 dBm時，漏泄電纜末端所需最小功率為16 dBm。則有

40 dBm-(1.5+3.5)dB-

(D×1.9 dB)=16 dBm，

即D≈1 000 m

(6)

同理，20 W光纖直放站在隧道內可覆蓋最大延伸距離為 1 000 m×2=2 000 m。

根據上述結論：人民東路站至長沙大道站區間(1 917m)、 體育公園站至杜花路站區間(2 009 m)、長沙火車南站至光達站區間(2 036 m) 等超長區間應在中間位置設置隧道光纖直放站以延伸覆蓋。各車站的覆蓋使用數字電視光纖同頻轉發設備中繼放大接收子系統接收的無線數字電視信號。

5.2 覆蓋鏈路的設計

為了最大限度避免對商用通信的干擾，設置在體育公園站、長沙火車站站、溁灣鎮站的數字電視發射機均采用20 W功率輸出，其輸出的射頻信號經耦合器耦合分成兩部分，其中一部分直接送入該站點左右的POI實現左右隧道的覆蓋；另一部分送入光纖近端機轉換為光信號，經光分路器分配及光纖傳輸到其余各車站，在其他各車站通過光纖遠端機接收經光電轉換后將射頻信號送入數字電視功放單元進入推送放大，然后輸入民用通信系統POI的數字電視接口，以覆蓋隧道區間和站廳、站臺。

體育公園站發射機通過光纖直放站遠端機帶光達站、長沙火車南站、杜花路站、長沙大道站、人民東路站。

長沙火車站站發射機通過光纖直放站遠端機帶萬家麗廣場站、錦泰廣場站、袁家嶺站、迎賓路口站、芙蓉廣場站。

溁灣鎮站發射機通過光纖直放站遠端機帶五一廣場站、湘江中路站、橘子洲站、西湖公園站、金星路站、望城坡站。

5.2.1 溁灣鎮發射機站

溁灣鎮發射機基站信號分配圖詳見圖4，溁灣鎮光鏈路計算如表5所示。

圖4 溁灣鎮發射機基站信號分配圖

車站區間區間長度/m光纜長度/m光路損耗/dB入站光功率/dBm光耦合損耗/dB光主路損耗/dB去下站光功率/dBm設備光入功率/dBm光分比望城坡站金星路站→望城坡站1432171804378500—-810—金星路站西湖公園站→金星路站12681522038-3973627-692-78260/40西湖公園站溁灣鎮站→西湖公園站12991559039-1646512-309-83980/20溁灣鎮—0——3003535-075—50/50橘子洲站溁灣鎮站→橘子洲站11311357034-1596512-304-83480/20湘江中路站橘子洲站→湘江中路站644773019-3733627-668-75860/40五一廣場站湘江中路站→五一廣場站700840021-73900—-764—

溁灣鎮發射機站光近端機輸出光功率3 dBm，各站光遠端接收機光最小接收信號為-15 dBm，各車站接收光功率滿足系統要求。

5.2.2 長沙火車站

長沙火車站發射機基站信號分配圖詳見圖5，長沙火車站光鏈路計算如表6所示。

長沙火車站發射機站光近端機輸出光功率為3 dBm，各站光遠端接收機光最小接收信號為-15 dBm，各車站接收光功率滿足系統要求。

5.2.3 體育公園站

體育公園發射機基站信號分配圖詳見圖6，體育公園光鏈路計算結果如表7所示。

圖5 長沙火車站發射機基站信號分配圖

車站區間區間長度/m光纜長度/m光路損耗/dB入站光功率/dBm光耦合損耗/dB光主路損耗/dB去下站光功率/dBm設備光入功率/dBm光分比芙蓉廣場站迎賓路口站→芙蓉廣場站700840021-74300—-768—迎賓路口站袁家嶺站→迎賓路口站819983025-3773627-672-76260/40袁家嶺站長沙火車站→袁家嶺站10741289032-1576512-302-83280/20長沙火車站—0——3003535-075—50/50錦泰廣場站長沙火車站→錦泰廣場站8741049026-1513627-446-53660/40萬家麗廣場站錦泰廣場站→萬家麗廣場10701284032-52800-553-553—

體育公園發射機站光近端機輸出光功率3 dBm，各站光遠端接收機光最小接收信號為-15 dBm，各車站接收光功率滿足系統要求。

6 監控系統方案

監控系統主要對整個地鐵地面數字電視系統內各種設備狀態進行監控。管理和維護系統內的各種設備，在系統中的設備出現故障時，設備會通過通信鏈路向監控系統平臺發出相應的告警信息，系統平臺則通過實時報警警報、SMS短信等各種手段提醒管理和維護人員，在第一時間發現設備故障，及時解決以及統計設備運行問題(見圖7)。

圖6 體育公園發射機基站信號分配圖

車站區間區間長度/m光纜長度/m光路損耗/dB入站光功率/dBm光耦合損耗/dB光主路損耗/dB去下站光功率/dBm設備光入功率/dBm光分比人民東路站長沙大道站→人民東路站19172300058-77600—-801——長沙大道站→區間中間處95851150029-80800—-833—長沙大道站體育公園站→長沙大道站12941553039-2844736-669-77940/30/30體育公園站—0——3004719005/-085—70/30—區間中間處→杜花路站100451205030-73000—-755—杜花路站體育公園站→杜花路站20092411060-0256527-320-70060/20/20長沙火車南站杜花路站→長沙火車南站800960024-3944736-779-88940/30/30—長沙火車南站→區間中間處10181222031-92000—-945—光達站長沙火車南站→光達站20362443061-89000—-915—

圖7 監控系統框圖

系統設備主要有監測中心設備和各車站監控設備兩大部分組成。

監控中心設備包括：監控系統監控服務器1臺、監控終端1臺及相應軟件、交換機1臺。

發射機房監控設備包括：交換機1臺；ASI光端機需提供雙向10 Mbit/s的IP數據傳輸通道；光纖近端機可對所帶的多臺遠端機進行遠程監控。

光纖直放站有兩部分組成：近端機和遠端機，一臺近端機可帶多臺遠端機，近端機和遠端機之間的監測數據與傳輸的射頻信號共用一根光纖。遠端機中具有信號采樣和通信電路，實時監測功放單元輸出功率、輸出駐波，檢測光模塊的工作狀態，讀取通道的增益值，同時通信電路響應光纖下傳來的查詢請求，通過光纖上傳監測結果或主動報告故障信息。

各光纖直放站車站遠端機(包括隧道遠端機)設備工作狀態，通過光纖匯集到發射機車站光纖近端機，光纖近端機再通過IP口匯集到以太網交換機上；同時發射機房的激勵器、發射機等設備的工作狀態及參數同時匯集到以太網交換機上，通過ASI光端機IP通道傳輸至控制中心；反向通道依然。

監控中心計算機發出信息查詢命令，首先監控軟件將查詢命令打包，通過以太網口把查詢命令送到以太網交換機，由交換機發送到所對應設備IP端口；對于各車站設備監控，通過ASI光端機IP通道將數據轉變成光信號，通過光纖把查詢命令送往各車站，各車站ASI光端機再將光信號轉換成數據信號，由交換機發送到所對應設備IP端口接收，傳送給設備內部的監控板對查詢命令進行處理，將所要查詢的設備狀態信息收集好進行打包，把查詢結果通過數據傳送通道返回給監控計算機，經過監控軟件對數據解析后，在計算機的監控界面上顯示出所要查詢的結果。

7 小結

通過上述對地鐵數字廣播共纜傳輸系統的設計與應用，在長沙地鐵2號線實現了數字電視廣播信號與通信信號通過共纜進行傳輸覆蓋，系統運行至今，取得了良好的效果。這種覆蓋方案在實際工程實踐中大大降低了通信網絡重復建設的資源浪費，可以縮短整個地鐵以及數字電視系統的建設周期，降低建設成本，值得全國各地鐵行業建設方參考與借鑒。

[1] GB20600—2006，數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制[S].2006.

[2] 張曉，嚴杰，倪林.上海地鐵數字電視信號覆蓋網絡監測方案設計[J].電視技術，2011，35(21)：5-7.

[3] GB/T 26683—2011，地面數字電視接收器通用規范[S]. 2011.

[4] 嚴杰，姜俊，夏秀靖.數字新媒體在軌道交通中的傳輸與覆蓋[J].廣播與電視技術，2010(3)：28-32.

[5] 王玉靜.地鐵電視及PIS系統技術應用探討[J].鐵道通信信號，2012(7)：75-77.

Design of Digital TV Coverage System in Changsha Metro

DONG Xin1，ZHANG Yu2

(1.ChangshaB&TMobileMediaCo.,Ltd.,Changsha410005,China； 2.ShanghaiGMTDigitalTechnologyCo.,Ltd.,Shanghai201203,China)

The metro Line2 in Changsha have been built to service, and have built in metro digital TV system based on terrestrial transmit system. This topic introduces the building design of the signal transmit in shared cable adopted by the metro digital TV, which realizes the metro digital TV to receive the terrestrial signal. And the topic introduces the digital TV signal coverage system in the Changsha Metro Line2’s tunnel which is based on leakage cable, and proposes the design and technique parameters choice of the signal transmission in the shard cable with communication cable system.

metro digital TV; DTMB; transmit in shared cable; signal coverage

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.16.027

2015-07-20

【本文獻信息】董鑫，張鈺.長沙地鐵電視覆蓋系統建設方案設計[J].電視技術,2015，39(16).

董 鑫，長沙廣電數字移動傳媒有限公司總工程師；

張 鈺，上海國茂數字技術有限公司副總工程師。

責任編輯：許 盈