IP组播在CMMB单频网中的应用与实践

王 伟

（宁波广播电视集团，浙江 宁波 315000）

CMMB是中国自主研发的第一套面向7 in以下小屏幕移动接收终端并提供高质量广播电视节目和信息服务的技术系统，其技术优势在于能够极好地解决移动终端信号流畅的问题。目前中广传播已建成全球最大的移动多媒体广播电视网络，网络覆盖全国335个地级以上城市。宁波作为计划单列市，列入首批开通CMMB的37个城市之一，于2008年5月1日正式开播CMMB多媒体广播，2010年新增3个发射站点，组成单频网进行信号覆盖。本次单频网组网中，CMMB信号利用TS over IP方式进行传输，同时采用IP组播方式，实现一点对多点传输[1，3]。

1 前端系统

宁波CMMB前端系统主要由卫星天线、卫星接收机、编码器、复用器、交换机及ESG，EPG服务器等组成，如图1所示。

中广CMMB卫星信号经卫星接收机，输出IP信号至交换机。宁波电视台一套电视节目SDI信号经编码器编码成IP信号进入交换机。复用器将中广信号、本地信号、ESG信号及紧急广播等信号复用成播出ASI码流。

为提高系统可靠性，前端系统基本采用1+1备份方式。复用器输出经过一个二选一自动ASI切换器，实现备份冗余播出。ASI播出信号一路经过CMMB激励器，通过卫星GPS同步延时后，发射播出；另外一路通过ASI-IP转换设备，转换成IP方式，进入IP网络传输至各单频网站点播出。

2 单频网站点

CMMB主发射站点位于宁波市中心三江口商业核心区，周边高楼林立，因此对信号覆盖具有较大影响。为了完善信号覆盖，2010年开始着手进行单频网组建。一期单频网发射三个站点分别为龙山站、姜山站及北仑中学站，为宁波移动基站发射站点。广电发射站点保国寺、茅洋山作为后续发展规划。

CMMB单频网现有站点发射参数如表1所示。

表1 CMMB单频网站点参数表

3 单频网传输

单频网建设必须考虑信号传输，传输模式基本采用两种方式：光缆或者微波，传输类型较多采用ASI信号、DS3、QAM模式。根据1个中心需要对3个单频网点传输的要求，笔者设计采用TS over IP方式进行传输，传输介质采用光缆。ASI码流转换成IP后，进入以太网络，采用IP组播方式进行传输，实现一点发送、多点接收，大大降低了系统造价。今后如果需要扩充站点，只需要增加IP接收端就可以，无须增加发送设备。同时充分依靠宁波移动PTN网络技术，实现传输路由冗余，在部分光路由中断情况下，实现无缝倒换，大大提高了系统可靠性。

3.1 TS over IP

TS流又叫MPEG-2传输流，是一种固定长度的包结构，一般为188 byte或204 byte，包里可以填充视频、音频或者自己定义的信息，大多采用ASI接口进行传输。ASI又称DVB-ASI（异步串行接口，遵循EN50083-9的规定），传输流经过8 bit/10 bit编码后，在其物理层以270 Mbit/s的速率传输，但其最大有效负荷为216 Mbit/s。通常情况下，其有效速率远远小于216 Mbit/s，其中也有大量空包。TS结构示意图如图2所示，每个TS包有包头、自适应区、包数据组成。

IP是一种基于因特网提出网络的包传输协议，现在被广泛应用于以太网数据传输。TS over IP是将一个包含压缩后的视音频数据信号传输到一个在以太网上使用IP协议的目的设备的系统。由于传输信道的误码原因，为了避免数据传输过程中出现差错，节目源不可能重新发送。因此压缩后的视音频数据在IP网络中传输时，通常采用UDP协议。当有FEC（前向纠错）要求时，RTP协议也是必须使用的协议，通常位于UDP协议的上层。RTP协议提供包序列的检测、重新排序等UDP协议不能完成的工作。

TS流通过以太网络传输，必须先封装成IP帧。在传输中要经过MTU（最大传输单元）为1500的以太网设备，而包含TS包IP帧不能被分片，所以就限制了每个IP包的最大TS包的数量为7（由7×204=1428＜1500可得）。每个IP包封装7个TS包，可以提供较高的载荷，代价是每丢失一个IP包，会有过多的TS包丢失。如果每个IP封装一个TS包，这时载荷就会比较低。图3是每个IP包封装7个TS包的示意图。

3.2 IP组播与传输网络

IP组播是利用一种协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处。IP组播是将IP数据包“尽最大努力”传输到一个构成组播群组的主机集合，群组的各个成员可以分布于各个独立的物理网络上。IP组播群组中成员的关系是动态的，主机可以随时加入和退出群组，群组的成员关系决定了主机是否接收送给该群组的组播数据包，不是某群组的成员主机也能向该群组发送组播数据包。IP组播群非常适合于视音频等大容量数据业务传输[2]。

同单播（unicast）和广播（broadcast）相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。IP组播必须通过IP传输网络进行，目前的以太网交换机、路由器均支持IP组播业务。通过现有IP局域网或城域网络可以轻松实现IP组播业务。宁波CMMB单频网传输利用了中国移动宁波分公司的PTN网络实现IP传输。PTN(Package Transport Network)分组传送网，是支持多种基于分组交换业务的双向点对点连接通道，具有适合各种粗细颗粒业务、端到端的组网能力，提供了更加适合于IP业务特性的“柔性”传输管道。点对点连接通道的保护切换可以在50 ms内完成，可以实现传输级别的业务保护和恢复。从PTN网络特性来看，该技术非常适合IP方式业务传输。

市区CMMB中心站点安装PTN网络终端（提供2个100 Mbyte IP接口），通过光纤接入PTN网络。各单频网站点通过PTN设备以IP方式连接至中心站点[4-6]。

3.3 实际应用

宁波CMMB单频网传输具体信号如图4所示。

卫星接收的中央节目及宁波台节目，经过复用器复用，经DCH4000 ASI转IP设备后，输出IP数据流格式，经交换机进入移动PTN网络传输。在PTN网络中，将该业务封装成IP组播业务。经过PTN网络传输后，到达相应发射站点，采用IP-ASI转换设备，将复用节目还原成ASI码流，再经过与GPS同步的激励器，最后通过发射机发射出去。

实际传输中，ASI/IP转换设备采用了PBI公司的DCH-4000P专业解码器。该解码器支持ASI、IP、DS3多种协议转换，同时通过软件设置，可以便捷地设置为ASI转IP模式和IP转换ASI模式，应用比较灵活。支持SNMP网络管理能力，可通过TCP/IP网络进行远程设置和管理。

利用TS over IP作为单频网络传输手段，采用IP组播技术，实现一点发送，多点接收，大大降低了传输设备数量，有效地节约了网络带宽、降低网络负载。同时，采用IP网络，可以很便利地实现网管信号的回传。实践中，利用移动PTN网络，实现了对单频网发射站点信号传输设备的远程管理，并实现了对发射机远程网管。

4 覆盖测试

2010年，中广浙江公司与宁波移动公司协商，利用浙江移动通信宁波分公司3个基站，采用与GSM信号共塔模式，新增加了CMMB单频网发射点。3个新站点启用运行一段时间后，又对宁波市区进行了信号覆盖测试。信号覆盖测试结果如图5所示。

测试时间：2011年4月13日。

测试仪器：世纪鼎利CMMB路测仪。

测试车辆：发射中心现代吉普车。

接收采用：外置吸顶全向天线。

测试路径：西郊发射中心-中山路-机场路-环城北路-通途路-江南公路-环城东路-环城南路-鄞州大道-秋实路-西郊发射中心。

图5中，颜色较浅的轨迹为信号正常接收，颜色较深的轨迹部分为信号接收不好。根据测试图可以看出宁波绕城方面除西南角方向靠近机场位置，信号接收不好外，其余路途接收稳定，图像清晰。与原单站点发射情况测试数据相比，可明显看到覆盖范围增大，接收效果有了很大改善。部分测试数据如表2所示。

该测试因受条件限制，只是利用带CMMB测试功能的导航仪进行了环路测试，测试精度不高，但也反映了基本覆盖情况。测试同时使用GSM手机天语V958进行实际观看，信号接收效果良好。

5 结束语

CMMB在宁波起步较早，经历了从单点发射，到单频网组网发射过程，信号覆盖不断优化，较大改善了市区接收效果。前端系统采用1+1热备份模式，降低停播率，提高系统可靠性；同时单频网传输采用TS over IP、IP组播方式，优点明显，信号传输采用IP组播一点对多点，大大节约了设备投入；另外通过IP传输通道，可顺利实现对CMMB无人站点的网络远程管理。由此可知，该方法值得推广和借鉴[7-9]。

表2 CMMB测试数据表

[1]国家广播电影电视总局.GYT 220.1-2006移动多媒体广播第1部分：广播信道帧结构、信道编码和调制[S].北京：国家广播电影电视总局标准化规划院，2006.

[2]POSTEL J.Internet protocol，RFC 791[S/OL].[2011-09-10].http∶//www.faqs.org/rfcs/rfc791.html.

[3]国家广播电影电视总局.GYT 220.2—2006移动多媒体广播第2部分：复用[S].北京：国家广播电影电视总局标准化规划院，2006.

[4]ISO/IEC.ISO/IEC13818-1：2000(ITU-T Recommendation H.222.0)，Generic coding of moving picture and associated audio information：Systems[S/OL].（1994-11-13）[2011-09-10].http∶//pbx.mine.nu/dvhs/is138181.pdf.

[5]POSTEL J.User datagram protocol，RFC 768[S/OL].（1980-08-28）[2011-09-10].http∶//tools.ietf.org/html/rfc768.

[6]SCHUIZRINNE H，CASNER S，FREDERICK R，et al.RTP：A trans⁃port protocol for real-time applications[S/OL].[2011-09-10].http∶//tools.ietf.org/html/rfc3550.

[7]赵建平.CMMB单频网覆盖优化思路及补点浅谈[J].广播电视信息，2010（2）：31-35.

[8]王波.CMMB单频网同步技术[J].广播与电视技术，2008（9）：20.

[9]徐辉，张清，宋春荣.CMMB地方节目传输的探索和实践[J].广播与电视技术，2010（6）：38-40.