國標地面數字電視DTMB移動監測

周迪

摘 要：本文簡要介紹了我國地面數字電視發展規劃及國標地面數字電視系統技術特點及系統原理，結合云南省移動監測系統重點探討了國標地面數字電視移動監測的技術原理、主要功能及實現方法。

關鍵詞：地面數字電視；DTMB；移動監測

中圖分類號： TN911 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）23-136-4

0 引言

第十八屆三中全會明確指出，要構建現代公共文化服務體系，建立公共文化服務體系建設協調機制，統籌服務設施網絡建設，促進基本公共文化服務標準化、均等化。作為公共文化服務重要手段之一的地面數字電視是廣播電視傳輸覆蓋網的重要組成部分，是各級政府提供廣播電視公共服務的主要手段。1999年我國成立了國家數字電視領導小組并著力推進數字電視研發及產業化，明確宣示自主制定技術標準，于2006年8月18日正式頒布了針對我國數字電視應用的《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》（GB20600-2006）地面數字電視廣播傳輸標準，于2007年8月1號正式實施，國標地面數字電視DTMB（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，數字電視地面多媒體廣播）（以下簡稱DTMB）成為中國廣播業地面電視信號的強制標準。2011年12月，國際電信聯盟在修訂地面數字電視國際標準，將我國的DTMB標準納入其中，DTMB標準也正式成為繼日本地面綜合業務數字廣播（ISDB-T）、歐洲數字視頻地面廣播（DVB-T）和美國高級電視系統委員會（ATSC）之后的第四個數字電視國際標準。

1 地面數字電視系統發展規劃

2014年12月30日，總局和財政部聯合印發了《關于實施中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程的通知》（新廣電發[2014]311號）?！锻ㄖ访鞔_中央廣播電視節目無線數字化覆蓋工程計劃分兩步實施：

第一步：2015年，利用全國無線廣播電視骨干發射臺基本實現12套中央電視節目的無線數字化覆蓋，啟動3套中央廣播節目的無線數字化覆蓋試點；

第二步：2015-2016年，根據中央電視節目無線數字化覆蓋效果，繼續補充完善覆蓋建設，以進一步擴大覆蓋面、提高覆蓋質量；根據中央廣播節目無線數字化覆蓋試點情況，做出下一步中央廣播節目無線數字化覆蓋總體方案，再分年實施。

2015年，國家以財政投入方式解決中央廣播電視節目無線數字化全國覆蓋問題。根據國辦發〔2006〕79號文件精神，按照分級負責原則，中央、省、市、縣各級政府分別負責解決轉播本級廣播電視節目的無線發射轉播臺站的機房和設備的更新改造資金和運行維護經費。整個項目資金為48億元，計劃在全國2562個無線臺站，每個站2部發射機，共計6230部發射機，實現縣級以上發射臺站全覆蓋；項目建成后將基本形成地面數字電視和數字音頻廣播的全國性覆蓋。

目前云南省已有玉溪、紅河等多個州市完成了DTMB對本級節目覆蓋建設，同時按照2015年國家無線數字化全國覆蓋規劃，目前云南省已完成中央節目覆蓋161個大功率DTMB發射臺站招標工作，年底將完成建設。

2 地面數字電視及DTMB概述

2.1 地面數字電視技術

目前數字電視的傳輸方式分為地面、有線及衛星3種，數字電視地面傳輸為地面寬帶無線傳輸，因為其地面開路傳輸的特性，傳輸環境較為復雜，因此其技術要求最高。地面數字電視系統主要由信源系統、發射系統、天饋線系統這三部分組成。信源部分有多種組成方式，節目源可來自衛星、有線、微波，然后通過本地編碼復用，輸出標準數字電視MPTS/SPTS碼流。發射系統主要由調制器、激勵器、發射機組成，將MPTS/SPTS碼流調制為射頻信號。天饋線系統包括電纜、功分器、天線等部件，也是發端的最后一個環節，最終將射頻信號通過無線方式進行覆蓋。

2.2 DTMB技術特點

DTMB廣播傳輸系統輸入數據碼流經過擾碼器（隨機化）、前向糾錯編碼（FEC）由外碼（BCH 碼）和內碼（LDPC）級聯實現，比特流通過星座映射到符號流，然后通過交織后組成基本數據塊，運用幀體數據處理將基本數據塊與系統信息復用形成幀體，幀體與相應的幀頭（PN序列）復接組成信號幀（組幀），再轉換為8MHz帶寬內的基帶輸出信號，再通過正交上變頻轉得到UHF和VHF頻段范圍內的射頻信號。復用中采用的時域正交頻分復用（TDS-OFDM）調制是DTMB的核心技術，采用時域和頻域混合處理，獲得快速碼字捕獲和可靠同步跟蹤性能，形成了與歐、日多載波技術不同的技術特點。

2.2.1 較高的傳輸效率或頻譜效率

DTMB中同步頭采用在符號中加入沃爾什編碼的偽隨機序列PN（Pseudo-noise Sequence），在OFDM的保護間隔中周期性地插入長度為378的PN序列作為幀頭，除了作為OFDM的保護間隔以外，在接收端還可以被用作信號幀的幀同步、載波恢復與自動頻率跟蹤、符號時鐘恢復、信道估計等用途，時間保護間隔同時用于傳輸信道估計信號，傳輸和頻譜效率優于歐洲DVB-T的C-OFDM同時存在用于同步和信道估計等的導頻信號和保護間隔。

2.2.2 抗多徑干擾能力強

保護間隔的長度決定了抵抗多徑干擾的能力強弱。DTMB的時間保護間隔中插入的是已知的（系統同步后）PN序列，在接收端的信號可以直接算出，并去除。TDS-OFDM可以把幾個OFDM幀的PN序列聯合處理，使保護間隔長度不對多徑干擾的延時長度造成限制。

2.2.3 適于移動接收

移動接收的困難在于移動速度產生的多普勒頻移和傳輸過程中多徑引起的頻率選擇性衰落，使傳輸信道具有隨時間變化的特性。TDS-OFDM的信道估計僅取決于OFDM的當前符號，而C-OFDM的信道估計需要4個連續的OFDM符號。因此，C-OFDM在移動情況下，要考慮4個OFDM符號的信道變化影響，而TDS-OFDM只需考慮1個OFDM符號的信道變化影響，移動特性優于歐洲 DVB-T 系統。

3 DTMB的移動監測

隨著云南省、市、縣各級發射臺站全覆蓋建設的大力推進，根據安全播出監測監管的要求，DTMB的發射、傳輸、覆蓋必須納入省廣播電視安全播出監管體系。DTMB監測由固定監測和移動監測構成完整的監測體系，固定監測通過部署在各監測點的固定監測前端對DTMB信號進行實時監測，移動監測則可靈活規劃監測區域或針對固定監測未能監測到的區域的DTMB信號發射、傳輸和覆蓋質量效果進行動態監測，與固定監測相比移動監測具有機動性和針對性。同時針對DTMB信號適用于移動接收的技術特點及其公共交通移動數字電視接收的實際應用，移動監測更具重要意義。

3.1 移動監測技術特點

移動監測是完善廣播電視安全播出監測的重要技術手段，以車輛為載體，通過車載的信號接收系統，信號測量及分析系統在行進路途中對無線信號的射頻指標、基帶指標及覆蓋分析等進行綜合智能化監測。移動監測與固定監測相比有其特有的技術特點。

3.1.1 移動測試采用全向天線，多副天線可無縫切換

車載移動測試采用全向天線，簡化了方向性天線每個頻點測試時都需要尋找最大值的步驟，提升了整個測試工作的效率。另外，車載移動測試過程中的絕大部分測試工作都是在行進間進行的，天線切換控制系統可根據監測任務切換不同的接收天線，由于使用不同的接收天線，在測試終端上讀取到的端口電壓也會不盡相同。為了解決這問題，就需要對測試結果進行歸一化處理：

E=Ur+K+L

其中：E為場強值， Ur為測量儀器端口電平，K為天線因子，L為線纜損耗。信號分析系統可根據數據庫中所用天線的天線因子和線纜損耗自動對監測數據進行歸一化處理，從而達到移動監測過程中不同天線的無縫切換，免去了天線架設和移除的數據補償換算工作。

3.1.2 加入了GPS信息，將射頻測試的場強數據與地理位置信息相結合

路測中每一采樣點數據通過GPS接收機攜帶GPS數據信息，不但包括了精確的經度信息、緯度信息和海拔信息等地理信息，還包括了準確的時間信息。提升了測試位置和時間的準確性，整個測試結果的準確性也得到了相應的提升。

3.1.3 自動測試、自動存儲、自動整合分析

車載移動測試采用了集成度很高的自動測試系統，測試人員只需要在測試開始前設置好被測頻點，確保GPS信息收集正常，便可開始進行場強測試；整個測試過程中工作人員無需再對設備進行任何設置。測試過程中所采集的全部場強數據和GPS信息會被記錄，同時每一個監測數據都通過時間進行排序，并自動與記錄時間所對應的GPS信息合成為同一條數據信息。測試結束后，測試數據會自動保存成文本格式文件，直接導入電腦即可存檔。車載移動測試具有極高的測試效率，相應的其獲取到的數據信息也是海量的。配套的應用軟件可以非常方便地對測試數據進行篩選、統計以及必要的數據分析，為監測報告提供充足而必要的數據支撐。

3.1.4 引入地圖平臺系統

通過引入地圖平臺，包含GPS信息的測試數據中每一個采樣點可以在地圖中進行標記，呈現出整個監測情況。設置不同的顏色來對場強測試數據值對應的區間范圍進行區分可以讓覆蓋區域內的場強變化形勢突顯出來。

3.2 DTMB移動監測功能及實現

作為固定監測的延伸和補充，云南省移動監測系統于2016年5月完成驗收正式投入使用，對包括DTMB地面國標數字電視及中波廣播、短波廣播、調頻廣播、開路模擬電視等多種信號的頻率、場強及多種參數進行監測測量、監聽監視和統計分析并繪制場強覆蓋圖，同時具備對音頻和視頻的監聽、錄音、存儲和回放、圖像監看功能；實現對非法廣播電視信號的偵查和測向定位。

為了對移動監測系統各項指標性能進行測試，對系統軟硬件運行情況及穩定性進行驗證，我中心技術人員于2016年5赴玉溪、江川、元江等地進行了實地測試。其中也包括了對DTMB射頻信號指標的監測、DTMB畫質評估、DTMB基帶信號監測及DTMB覆蓋分析。

3.2.1 DTMB信號射頻監測

無線信號射頻層面的監測主要建立在場強監測的基礎上，通常以電平值（dBuV），功率值（dBm）和場強值來衡量信號的強弱。DTMB信號為數字信號，則選用以通道的積分功率dBm作為單位進行衡量。

接收功率對數計算公式：

dBm=101g（功率mW）

除了信號場強，射頻層面的監測還包括載波頻偏、信號占用帶寬、載噪比及最大頻偏等指標監測。云南省移動監測系統配置備的MAGIC測試主機及數字電視解調記錄模塊兩個設備均可實現對DTMB射頻信號上述指標的監測，因此支持多監測任務同時進行并在地圖中沿行進路程顯示。玉溪市DTMB信號射頻監測如圖1所示。

3.2.2 DTMB畫質評估

畫質評估一般有主觀評估和客觀評估兩種方式。主觀評估是通過DTMB信號解碼后對實際接收到的聲音和畫質效果進行人為的主觀判斷。玉溪市及江川縣目前DTMB采用的是MPEG-2解碼，而2015年國家無線數字化全國覆蓋規劃將全面推行AVS+編解碼模式。為此云南省移動監測系統設計支持解碼類型包括H.264、MPEG-2、AVS/AVS+，玉溪市DTMB信號經MPEG-2解碼后可實時播放、錄像及回放各監測點的畫面圖像如圖2所示。

客觀評估是指對實際收測到的客觀數據進行評估。DTMB信號采用了雙編碼方式以提高系統的糾錯性能，外碼（BCH 碼）和內碼（LDPC），通過對兩種編碼的誤碼率（BER）進行測試就可以客觀反映實際的畫質情況了，在監測中誤碼率也可以在圖2及圖3中實時顯示。

3.2.3 DTMB覆蓋分析

DTMB信號覆蓋根據覆蓋范圍大小結合當地的實際情況一般采用單頻網和多頻網方式來進行覆蓋，分析軟件可生成區域覆蓋效果圖，覆蓋圖的精度取決于測試數據線路的數量。測試線路可以為四個方向，如果測試為八個方向覆蓋圖的效果會更加準確。通過統計分析可以在圖表中顯示全部測試點在不同場強區間內的分布情況，便于監測人員進一步掌握完整的測試情況。我們實際測試中沿路逐漸靠近發射臺站并在發射臺站附近繞行，根據監測數據系統自動分析生成等值線覆蓋圖如圖3所示。

矢量測試圖可以清晰顯示測試點的位置和線路，將包含矢量測試圖的監測數據導入Google Earth平臺后，測試點周邊的地形和建筑物的分布就清晰顯示出來，便于監測人員對信號的遮擋、反射和繞射等因素進行判斷分析。如圖4所示。

4 云南省移動監測系統使用總結

經過野外實地的使用和總結在移動監測過程應注意以下幾個方面。

4.1 合理規劃設計監測任務

根據監測任務的合理分解，科學規劃監測方案，監測系統根據任務設置可自動對移動監測系統內多個監測模塊和接收天線進行分配調用，可以在行進路程中同時完成多項監測任務，提高移動監測效率。例如在廣播電視全頻段掃描監測的同時可以完成對DTMB及其他無線指定頻點信號的覆蓋監測并解調和錄制音視頻。

4.2 電源的合理選用

通常情況下的移動監測可選用移動監測系統逆變器提供的電源進行監測，但在精度要求較高的指標測量或者接收信號較弱需要額外增益放大的情況下，為避免逆變器輸出電源帶入底部噪音，因選用監測系統配備的蓄電池組提供更純凈的電源。

4.3 車速控制

移動監測時，為保證數據的穩定與連續，車速應控制在60公里/小時以內。對于精確的指標監測可采取停車測量的方式。另外DTMB信號根據采用符號星座映射關系的不同，對移動監測車速也有不同的上限要求，對應比特數越高的映射其攜帶信息越多，在高速中產生誤碼也越多，因此應將車速控制在誤碼率允許的范圍內。

5 結語

我國的DTMB是中國的數字電視傳輸領域唯一的強制性國家標準，按照2015年國家無線數字化全國覆蓋規劃，我國地面數字電視業務將全面鋪開，作為公共文化服務的重要組成部分，從政治、經濟和產業的角度出發，地面數字電視就擔當起了實現“公共文化服務均等化”的責任。針對DTMB的移動監測可以對地面數字電視的建設發展及覆蓋效果起到良好的驗證作用，在規劃建設規劃中也具有重要的參考意義。

參 考 文 獻

[1] GY/T200.1-2006《移動多媒體廣播第一部分：廣播信道幀結構、信道編碼和調制》.

[2] GY/T200.2-2006《移動多媒體廣播第二部分：復用》.

[3] GB20600-2006《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》.

[4] GB/T28437-2012《地面數字電視廣播監測技術規程》.