CMMB单频网组网技术

文丨贾大武

（山西省运城市广播电视台，山西运城 044000）

单频网是指整个发射网中的所有发射机在允许的范围内同时发射同样频率同样内容的信号，架设单频网的目的是扩大单个发射机的覆盖范围，实现对一定范围（一个城市或一个地区）的可靠覆盖。

1 CMMB单频网基本结构

CMMB单频网主要由网络前端、传输网及数字发射机组成，其基本结构如下图所示:

现分述其各部分具体组成及功能

1.1 网络前端

网络前端主要由卫星接受机、GPS接收机、编码器、交换机、复用器和码流监测器等组成,其主要功能是对接收到的视音频信号和数据信号进行编码复用，然后把具有同步信息的多路节目传输流信号输出给传输网。以我台前端为例其框图如下图所示:

1.1.1 编码器

其主要功能是对模拟的视频信号进行编码处理组成H.264码流格式对模拟的音频信号进行编码处理组成数字AAC++码流格式然后整合视频和音频数据成为同步的节目码流按照相应格式输出给复用器。我台用的北京创毅视讯公司的编码器采用最新的算法，可支持多种时隙（1时隙、2时隙、4时隙）的码率输出，也可通过手动设置灵活设置输出码率。另外增加了添加台标和字幕的功能，可对添加的播出效果进行预览，而且台标和字幕支持真彩色．并且视频支持模拟复合信号输入和数字SDI信号输入及预处理功能（图像调整、噪声过滤、亮度，对比度调整）,音频支持数字AES-EBU和嵌入SDI音频输入及立体声音频编码。

1.1.2 复用器

其主要功能是将多路节目及数据码流复用在一个数据码流中然后用一个符合要求的接口把数据输出出去，技术上其支持时间分片技术集成,支持在一个无线信道里应用不同的调制模式。

1.1.3 码流监测器码流监测器主要用来监测复用器输出的码流有无以及码流是否正常，当复用器码流无输出或者错误时进行报警；码流监测器支持两路PMS码流输入分析，并可对输入的码流进行输出选择；同时对选择的码流进行多路分配，最多可实现八路同时输出。CMMB码流监测器实现了复用器的热备切换，当主复用器输出的码流异常时，可通过监控软件自动或手动切换到备复用器。码流监测器还省去了码流分配器，码流监测器输出的八路码流可同时输出到不同传输网络。

1.1.4 GPS接收机

GPS接收机负责给复用器提供10MHz频率基准、1PPS（1秒钟一个脉冲）时间基准和TOD信号，以实现所有发射机同步工作。

1.1.5 卫星接受机

卫星接受机负责接收卫星上的电视信号及广播信号以及其它数字信号来作为前端系统除本地节目外的信号源。

1.1.6 交换机交换机负责将卫星接受机及编码器输出的各个信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了互相发生碰撞干扰。

1.2 传输网

传输网负责把具有同步的多路节目传输流信号从前端传送到各个发射台，便于同步调制发射；一般有两种类型，一是光纤传输网，二是微波传输网，我台采用单路ASI/SDI光端机光纤传输网。其基本组成框图如下:

1.3 数字发射机

传输网传来的多路节目传输流信号到达数字发射机的调制器后，调制器将信号进行信道编码并调制成射频信号然后送到功放进行功率放大，最后通过发射天线将射频信号发射到周围空间。如下图所示，其中GPS接收机为调制器提供10MHz频率基准、1PPS时间基准和TOD信号使多个发射机能同步工作。

2 CMMB单频网的技术原理

CMMB单频网的基本技术原理就是三个同步即频率同步，时间同步和比特同步。频率同步是为确保接收机能将接收信号之外的其他发射机来的信号视为回波，一般允许偏差1Hz，为了达到这个要求，每个发射机中的所有振荡器的频率都必须满足一个很小的频率差，以保证发射机信号频率达到需要的精度，CMMB发射机采用由GPS接收机提供的10MHz信号作为共同的参考。时间同步是为了确保其他发射机信号与要接收信号之间的时延在接收机能够抵抗的多径时延范围内，为此要求不同发射机的发送信号之间的时延应该比系统能够抵抗的时延最大值小很多，这样系统能够抵抗更长的多径时延，一般时间同步精度要求±1μs。 实际应用中，有时要在单频网的某个特定发射机上精确调节时间偏移量，以达到对某个覆盖区域最好的覆盖效果。比特同步是指单频网中各发射机在相同的时刻发送相同的信号帧，即不同发射机同一时刻发送的信号帧应完全一致，不存在差异，这就要求所有信号帧在各个发射机中被完全一样的调制。在射频信号分散产生的单频网中，为保证比特同步，除了首先要保证输入到单频网中各个调制器的码流逐比特对应相同，同时还要求各个调制器对输入码流的分组也相同，使得对一个信号帧调制的数据逐比特对应相同，此外调制器的随机化过程也应相同。

3 CMMB单频网的特点

3.1 可对盲区进行填补发射

由于无线电信号本身的特性，在高楼林立的大城市中，无论单个数字电视发射站点的发射功率多大都会有很多地方信号覆盖不到，这些覆盖不到的区域就是盲区，CMMB单频网通过同频直放站的（相当于和原来的信号组成单频网）补点发射的办法就可以覆盖这些盲区，或得较好的覆盖率。

3.2 节省频谱资源

传统的多频网模式必须要利用蜂窝原理在相邻区域采用不同的频率来防止同频干扰，而数字电视单频网技术则可以通过组建单频网来实现数字电视广播，在一个大区域内使用同样的频率资源，这样可以大大地提高频率利用率。对于CMMB而言，频率资源也是非常有限的，因此采用单频网技术对于CMMB来说是至关重要的。

3.3 较高的功率效率

单频网技术不仅使网络频率效率提高，而且可以使网络的功率效率提高，这个道理比较明显，例如在一个接收点，它的功率变化幅度较大，采用传统的方法唯一的办法是加大发射机功率，让该点的功率富裕量大，才能保证正常接收，造成功率浪费；采用单频网模式，接收点可以接收不同发射机的信号，同时也可以接收多路发射和折射的信号，这些多径信号的平均效应可以降低场强的变化范围，同时对每个发射机的功率要求也降低了。

3.4 更平均的功率覆盖

在传统网络中，只有单一的大功率发射机在区域中间发射，必定会造成近端场强高，而远端场强弱，功率分布不均匀，同时在楼宇和高大建筑的背面，必定会有阴影区，同样接收效果不好。而在单频网中，多个发射机接近均匀地分布网络中，这样的效果使得功率比较均匀地分布在整个区域，同时也避免了楼宇有大的阴影区域，显而易见改善了功率的均匀覆盖效果。

3.5 可灵活调整或增加覆盖区

对于CMMB广播来说，前期建网后，总有一些区域可能没有达到理想的覆盖效果，这样可以采用单频网技术对网络进行灵活的调整，可以采用增加单频网发射机和同频直放站的方法来改善覆盖效果。

4 单频网如何布网

单频网布网应注意以下几点

4.1 网络规划

单频网的网络规划就是在满足三个同步的前提条件下，如何根据最低的接收场强和保护率等规划参数以及覆盖区的环境和覆盖要求来优化单频网的台站位置、功率和天线的方向图，以获得最好的覆盖效果和功率利用效率。网络规划合理可降低单频网建设的成本，避免干扰，提高效率。

建站距离因为CMMB信号的符号间插入的循环前缀CP为51.2us，根据多径信号之间的时延差不能超过循环前缀的长度的要求，因此相邻发射台站之间的距离最大不要超过51.2μs×3×108米/秒＝15.36Km，以保证单频网相邻发射台站之间不会产生符号干扰重叠覆盖区的优化从理论上说单频网覆盖区的重叠不会产生同频干扰，但是由于多种因素，可能造成接收效果不理想，这就得靠优化各发射站点的功率、信号延时来改善组网效果，其优化原则是要尽力减少长延时和强多径信道存在的区域。单频网一般可以做到的是在重叠覆盖区多径较强时，可以将延时控制得较小（例如小于10us）；在多径延时较长时，可以将多径的强度控制得较小（小于10dB）。

4.2 超出安全距离的情况

当单频网的相邻发射台站超出15.36Km的安全距离时，就会有一部分交叉覆盖区域，在交叉覆盖区内，如果接收到的主信号与另一发射台多径干扰信号的信号强度之比超过接收门限也可以接收正常，但如果信噪比低于接收门限时，就有可能引起干扰。为此建站时可以综合考虑当地的地理和人口分布情况，适当加大建站距离，保证大部分地区的覆盖。

5 单频网测试

在实际的建站过程中，要精确的进行单频网测试必须采用频谱仪，但由于很多发射台并不配置频谱仪，为此也可以用手机来进行粗略的测试。如果采用同一厂家激励器，在出厂前先对激励器进行测试，在安装好发射机后，在中间交叉覆盖区用手机观察接收效果，所接收的信号应该没有误码、马赛克、卡和信号停顿的现象，如果有以上的现象就要分析，是否是功率和接收条件造成的，如果图像流畅，就表明单频网是组网成功了。不同厂家的发射机，最好在开通另一台时，先在机房里，把两个厂家的激励器先调节好，能够组成单频网后再开通另一台发射机，这时基本上都能组网成功。

[1] 李远东.CMMB超理论问距SFN设计的研究，《电视技术》2010年9期.

[2] 纪宏利.CMMB前端组网与远程协助，《电脑知识与技术》 2010年17期.