牡丹江市CMMB单频网覆盖优化探讨

姜法林

（黑龙江人民广播电台804台，黑龙江 牡丹江 157001）

1 网络覆盖分析

1.1 单频网系统路测图

牡丹江市CMMB单频网系统在2010年1月开通，3月中广传播有限公司技术人员和省龙广传播有限公司技术人员携带专业电子测试仪器，与牡丹江市CMMB项目组工程技术人员一起，共同对市区主要干道进行了细致的信号覆盖测试，测试市区主要街道横向、纵向共计19条，测试路径里程165 km，测试结果如图1所示。

测试电平的统计分析结果，市内地区能够满足（QPSK，1/2）的信道参数条件接收，不稳定接收信号的区域所占测试区域的百分比如下：

1）室外路测（45 dBμV/-73 dBm）＞95.6%；

2）车内（42 dBμV/-65 dBm）＞80.05%；

3）浅室（47 dBμV/-60 dBm）＞65.2%。

由图1可见，市区内主要干道信号场强可以满足使用要求，而市区主要商业区受地形及周围建筑物遮挡使CMMB信号受阻，太平路主要商业区内的百货大楼、电脑商城、新玛特商城、宏博购物商城等商城的一层与二层楼，火车站、金顶大厦、第二人民医院、移动旗舰店卖场等公共场所的一楼信号较弱，导致CMMB信号终端用户无法正常收视。

因此，牡丹江市区内在信道参数（QPSK，1/2）条件下的信号覆盖还有较大优化空间，特别是室内接收环境。

1.2 市区补点的区域

根据前期路测的结果和参考（QPSK，1/2）模式下浅室接收电平经验值，目前牡丹江市需补点的较大的几个区域见图2。黑线表示地下太平路、金街、曼哈顿、东一条路商业街补点区域，深灰色点表示公共场所楼宇的一、二层楼优化补点位置。

1.3 网络优化深度覆盖需求分析

手机用户终端接收CMMB信号的环境基本分为室外、慢速移动、车内快速移动、浅室和深室固定接收几种，反映信道模型为恶劣的瑞利模型，终端U波段天线增益-3 dBi，接收高度为1.5 m。

牡丹江市区30%主要高层建筑物室内一层、二层等用户接收终端电平在-29 dBm及以下，市区高层建筑物密集，信号遮挡、峭壁效应严重。针对掌握的第一手预测信号的场强覆盖资料，2010年10月对市区太平路主要商业街、商场共计17个补点区域进行了接收环境电平评估。以太平路商业街百货大楼为例，1 kW单频网基站覆盖、发射41频道、中心频率738 MHz，距离百货大楼接收端一层接收电平为-23 dBm；二层-29 dBm，三层-40 dBm，四层以上室内空间电平变化不大，CMMB信号在QPSK 2 bit调制方式下接收。经调查，3 000个CMMB用户移动接收用户状态要大于固定接收状态，移动接收门限电平要比固定接收高6～7 dB，因此，牡丹江市CMMB网络优化以移动（QPSK，1/2）接收为参考值。项目组工程技术人员通过多方位、多角度测量并最后汇总数据，经技术论证，对市区主要建筑物密集区遮挡楼房一层、二层做深层补点优化，三楼以上能够满足终端接收要求，补点优化暂不考虑。

对牡丹江市移动手机卖场旗舰店12个品牌CMMB手机终端进行统计，手机的分米波段拉杆天线增益设计大都在-5 dBi左右，因此CMMB终端在室外、室内不同地点、不同空间的接收，会对信号带来不同程度的衰减，例如车内接收时车体的屏蔽、室内接收时楼群遮挡与钢筋混凝土墙体的屏蔽等。根据市区复杂情况和实际测试数据参考值，结合《移动多媒体广播技术白皮书》[2]的相关数据，得出表1的经验数据。

表1 市区测试经验数据

根据表1中不同接收环境下空间电平衰减经验值，计算出CMMB信号在（QPSK，1/2）、（16QAM，1/2）信道参数条件下稳定接收所要求（室外/浅室）的无线空间电平的经验门限值，如表2所示。

表2 两种信道条件下稳定接收要求的空间电平经验门限值

CMMB使用环境可分为两类：第一类使用环境是室外/车载、车内、浅室内等；第二类使用环境主要是商街、公共场所、车站、医院等深室内场所。网络覆盖建设优化主要针对这两种环境，解决办法主要采取室外补点和室内补点。

2 牡丹江市网络优化思路

根据省公司对各地市第三阶段CMMB网络优化技术要求和成本投入要求，牡丹江市CMMB网络布点优化首先从爱民区、西安区、东安区、阳明区CMMB信号强度小于-75 dBm的区域入手，如大型商场、地下商业街、人群密集区高校等收看需求高的综合性场所，先简后繁，先粗后细，力求少走弯路，提高效率。网络优化方案如下：

1）进行室外用户覆盖。将市区南北长12.5 km、东西长13.8 km、面积172.5 km2的人口密集区设为主覆盖区，用2个1 kW单频网基站覆盖；将远郊的温春镇（距市区19 km）、桦林镇（距市区15 km）、磨刀石镇（距市区17 km）设为副覆盖区，将温春镇人口密集区内的黑龙江农业经济职业学院确定设为重点CMMB优化补点移频区域，远郊补点网络采用移频传输覆盖方案，在温春镇（黑龙江农业经济职业学院）、桦林镇、磨刀石镇分别建50 W直放站进行补点。

2）在距牡丹江市105 km的镜泊湖国家旅游开发区建设1 kW单频网基站进行湖区全方位覆盖。CMMB信号采用微波6 GHz接力移频传输解决方案，镜泊湖广电无线广播电视发射台采用1 kW 41CH数字电视发射机同频转发。

3）先用2个1 kW单频网基站对市区进行了粗覆盖，覆盖率达到80%，后对火车站、飞机场航站楼、电脑商城、金鼎大厦、家乐福、医院等场所一楼、二楼、三楼等进行补点，功率等级选用100 mW或200 mW，曼哈顿、金街、东一条路地下商业街选用1 W，10 W或20 W进行多点优化。

4）在实验基础上进行下一步大面积推广。

3 覆盖实验

3.1 室外补点

3.1.1 原理框图

老黑山和温春镇三面环山，CMMB信号在黑龙江农业经济职业学院校区信号接收电平为-26 dBm，用户终端无法收看。为进行该地区的场强覆盖，开展了CMMB网络移频传输同频发射补点覆盖实验[3-5]，系统结构见图3。

图3 移频转发站

在牡丹江市广播电视传输中心主站，前端ASI信号经DS3/ASI编码复用，信号频谱搬移到一个空闲的8 MHz微波6 GHz波段上，然后通过微波发信机将此信号传输到距离主站19 km的远端温春黑龙江农业经济职业学院教学楼，收信后经下变频传送到数字微波中频解调机输出，再经ASI流送入50 W CMMB数字发射机，同频全向发射，由此实现温春城区半径1.8 km较大范围内的补点优化。传输原理如图4所示。

图4 移频传输原理框图

此类型补点站的特点是信号移频传输同频信号发射，通过数字微波的信号移频传输，实现了将收发天线有效地拉远，解决了传统同频直放站隔离度难以做大的问题。

考虑到补点站引入的时延（≤5 μs），在控制补点站覆盖范围的条件下，（覆盖半径控制在1.8 km），补点站的发射信号和主站发射信号不会在覆盖区产生同频干扰，非常适用于城区、市郊区较大范围的补点优化覆盖。

3.1.2 覆盖场强预测

温春（黑龙江农业经济职业学院）直放站适合采用一体化垂直天线，天线增益：14 dB，带宽8 MHz，发射天线安装高度为35 m，CMMB数字电视发射机单频网为41CH，直放站发射功率输出50 W，根据Okumura/Hata模型[6]进行计算。

Okumura/Hata模型是应用较为广泛的覆盖预测模型，它是以准平滑地形的市区作基准，其余各区的影响均以校正因子的形式出现。Okumura/Hata模型市区的基本传输损耗经验公式[2，6-7]为

式中：Lb为市区准平滑地形电波传播损耗中值（dB）；f为工作频率（MHz）；hb为基站天线有效高度（m）；hm为移动台天线有效高度（m）；d为移动台与基站之间的距离（km）；α（hm）为移动台天线高度因子；s（a）为建筑物密度因子，a为建筑物密度。

一般移动接收终端天线有效高度可取1.5 m，在CMMB系统中，α（hm）约为0。因此，市区基本传输损耗计算的经验公式（式（1））可表示为

对于郊区，经验公式可修正为

对于乡村，经验公式可修正为

对于开阔地，经验公式可修正为

利用上述公式，可计算出，市区的自由空间路径损耗Lb=136.72 dB，浅室覆盖半径为2 km。

对于温春镇补点区域因高层建筑物较稀少，s（a）可取0 dB。

考虑温春对于（QPSK，1/2）浅室接收电平指标，接收信号电平路径衰减后不低于其门限电平47 dBμV/-60 dBm，由此可以计算出允许的最大衰减值为

L温春=14 dB+10lg（50 000）dB-（-60 dBm）=121 dB

针对（QPSK，1/2）的各种使用环境所需的最小空间电平门限值，可以计算出该补点站在不同使用环境下的覆盖半径预测，见表3。

表3 补点站在不同使用环境下的覆盖半径预测值

3.2 室内补点

3.2.1 原理框图

市区室内采用无线增补星型分配系统，100或200 mW同频直放站，补点区域为楼字一层、二层，发射天线为东一条路地下商业街，深层网络优化补点采用无线接收增补星型分配系统全向吸顶天线，如图5所示。

图5 室内分配原理框图

室内选用2 W，10 W，20 W直放站，太平路地下商业街去往平安街曼哈顿商城，对地下1.2 kW商业街分布补点实验。信号接收采用U段定向高增益接收天线，通过2 W干线放大放器经耦合分配系统传输到覆盖区域，吸顶发射天线安装在天棚下方，在室内能够达到良好覆盖效果。

3.2.2 覆盖场强预测

按设计的初步分析，全向吸顶天线的覆盖半径最远为15 m，初步设计天线口最弱功率为8.0 dBm，该天线覆盖区域场强具体分析如下

式中：PL（d0）为距天线1 m处的自由空间损耗，工作频率取738 MHz，n取3（见表4），FAF取10 dB（见表5）。

表4 不同环境下的n取值

表5 不同条件下的FAF取值

本方案中，天线口功率在8.7～18 dBm之间，故

理论上边缘场强的范围为-57.2～-66.5 dBm，对比表2接收门限值，确定本设计可以保证良好的覆盖效果。

3.3 测试结果

温春镇（黑龙江农业经济职业学院）移频传输同频覆盖补点站建设于2011年2月完工后，CMMB工程项目组技术人员对补点覆盖区域进行了测试，测试仪器为Annitsu-MS2711频谱仪，GPS和CMMB接收终端。

补点完成后，室外场强可达-40～-60 dBm，可满足（QPSK，1/2）信道参数条件下的覆盖要求：浅室接收的补点站覆盖半径为1.5～2 km，移动接收的补点站覆盖半径为3 km，车载/室外接收的补点覆盖半径为2.9 km。实际测试数据表明，温春镇高层建筑少，信号遮挡影响小，采用6 GHz微波移频传输同频发射补点实验覆盖面积较大，效果良好，达到预期设计要求；同远距离光纤信号传输相比，造价低，具有较高的经济价值和实用性，对郊区乡镇CMMB网络的补点优化建设有着较强的可操作性。

牡丹江市区浅室内和地下深室内补点优化完工后，经实际测量结果为：百货大楼、电脑商城、商业大厦、火车站等13个场所建筑物一层、二层补点优化后室内分布场强均在-46～-65 dBm，曼哈顿、金街、东一条路地下商业街共计2.4 km地下深室内补点优化后各区域接收场强在-47～-69 dBm之间，终端用户实际使用效果良好，达到预期目的。

4 结论

移频传输同频发射补点站克服了传统同频直放站隔离度低、发射功率小、不能全向覆盖的弊端，可以与主站组成单频网进行较大区域的较大功率补点优化覆盖，特别适合于CMMB室外补点。

室内同频转发技术成熟，系统简单，覆盖效果良好，适合于“深室内”覆盖。

通过上述实验，为牡丹江市CMMB下一步覆盖优化设计积累了第一手数据，同时，该实验对全省CMMB补点站建设具有参考价值。

[1]姜法林.牡丹江市CMMB覆盖方案的技术探讨[J].电视技术，2011，35（4）：17-19.

[2]国家广播电影电视总局科技司.移动多媒体广播技术白皮书[EB/OL].[2010-06-08].http：//www.chinasarftgov.cn/shanty/resouree/appendix/2008/08/13/20080828102948290472.doc.

[3]夏治平，解伟.CMMB网络规划中的覆盖计算[J].电信技术，2008（12）：21-23.

[4]王麟，王义林.CMMB系统搭建及覆盖效果分析[J].中国数字电视，2009（1）：50-51.

[5]胡珍仁.地级市城区CMMB覆盖网络的建设[J].广播与电视技术，2009（3）：44-46.

[6]宋曦彤，张晓林，文慧霞，等.一种国标地面数字电视单频网覆盖的规划方法[J].电视技术，2009，33（11）：9-11.

[7]GSM网络室外直放站的设计[EB/OL].（2010-02-26）[2010-10-08].http：//tech.c114.net/164/a484768.html.