长沙地铁电视覆盖系统建设方案设计

董 鑫，张 钰

(1.长沙广电数字移动传媒有限公司，湖南 长沙 410005；2.上海国茂数字技术有限公司，上海 201203)

长沙地铁电视覆盖系统建设方案设计

董 鑫1，张 钰2

(1.长沙广电数字移动传媒有限公司，湖南 长沙 410005；2.上海国茂数字技术有限公司，上海 201203)

主要介绍了长沙地铁2号线地铁电视所采用的基于国标(DTMB)地面数字电视技术共缆传输覆盖系统的建设方案，实现在地铁车厢内移动接收地面数字电视信号，并通过长沙地铁2号线隧道内的覆盖实例，提出与商用通信信号共缆传输系统的设计方案与参数选择。

地铁电视；DTMB；共缆传输；信号覆盖

1 长沙轨道交通2号线概况

从2008年7月中国地面数字电视标准DTMB[1]的颁布至今，以地面覆盖为服务目标的地面数字电视覆盖工程已经日臻完善，但是，将地面数字电视信号引入地下，如以地铁车厢内移动接收电视信号(地铁电视)沿地铁隧道的覆盖系统，各地都在进行探索，由于地铁建设是一个复杂的系统，如独立在隧道内建设地面数字电视覆盖网，不仅投资高昂，建设周期比较长，而且因为地铁隧道内场地狭小，设备安装维护协调难度很大。为了解决以上两个问题，长沙地铁电视选择了采用地面数字电视(DTMB)和商用移动通信信号共同使用漏缆传输信号，并进行DTMB数字电视信号覆盖的设计方案[2]。

长沙地铁2号线一期工程线路全长21.913 km，东起为光达站，西止于望城坡站，共设车站19座，均为地下站，在东端设有黄兴车辆段与综合基地，出入段从光达站的东端接轨引出。设联络线两处，在芙蓉广场站设与1号线间的联络线，在长沙火车南站设与3号线间的联络线(如图1所示)。

图1 长沙轨道交通1、2线规划图(截图)

2 覆盖系统总体设计要求

地铁2号线地铁数字电视信号的总体设计要求为：工作频点为CH40频道(中心频率730 HMz，带宽8 MHz)；考虑移动接收效果与未来可能传输准高清信号的需求，信道参数采用总局推荐的DTMB工作模式3(PN945，FEC=0.4，16QAM)[3]；信源编码采用AVS，信源以光纤传输；隧道地铁电视覆盖信号采用与商用移动通信下行信号共缆传输[4]。

长沙地铁2号线地铁电视覆盖系统分为4个子系统：DTMB信号接入系统、车站信号发射系统、车站光纤直放站系统和信号与设备监控系统。长沙地铁2号线地铁数字电视系统通过每个地下车站的民用通信机房与下行商用通信信号经POI合路进入隧道内泄漏电缆实现覆盖。超长区间通过在隧道区间内增加光纤远端机与隧道内商用通信信号POI合路后进行补充覆盖。

地铁隧道信号覆盖分布系统主要由商用移动通信运营商投资建设，整个分布系统采用POI合路技术将移动运营商、联通运营商、电信运营商以及数字电视系统进行合路后通过1套泄漏电缆分布系统对所有地铁隧道站台及隧道区间进行无缝覆盖，以满足各运营商公共无线信号在地铁内的延伸和覆盖的需求[5]。商用通信共缆系统如图2所示。

图2 商用通信共缆系统示意图

3 数字电视系统信号引入隔离度分析

数字电视系统引入首先要避免对原民用通信系统和其他系统(包括专网系统和信号系统等)的干扰，通过POI各端口的隔离度和合理的合路方式来解决干扰问题。下面首先分析数字电视系统的引入将会带来哪些干扰。

被干扰系统在信号收到干扰时会导致接收机灵敏度降低、IMP干扰(互调干扰)和接收设备信号过载。从干扰源接收的杂散辐射信号将导致接收机的接收门限受到影响，而从合路收到的载频合成会在无源器件中产生IMP干扰，如果信号功率过大会导致接收设备信号过载。为了将这些性能的损失降低到最小而不修改现有的发射和接收单元，在各个发射设备和接收设备之间需要保持一定的隔离度。

这3种性能损失对应的主要干扰分别为杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰。这样在一个系统中都会得到多个隔离度要求的指标，在实际应用中，在3种干扰中选择最大的一个作为隔离度要求。一般工程实践中，杂散干扰对于隔离度要求的指标最高，因此一般只要计算杂散干扰指标即可满足互调干扰和阻塞干扰的隔离度要求。

3.1 商用通信系统频谱及干扰分析

商用共缆通信系统中的频谱分布如表1所示。

表1 频谱分布

移动通信系统使用频率范围/MHz上行频率下行频率数字电视700～760数字集群806～821851～866CDMA800系统825～835870～880移动GSM系统890～909935～954联通GSM系统909～915954～960PHS系统1900～1910WCDMA系统1940～19552130～2145CDMA2000EVDO系统1920～19352110～2125TD-SCDMA系统2010～2025WLAN系统24000～24835

根据以上数据，利用公式计算系统中各工作信道带宽内总的热噪声功率，即

Pn=-174 dBm+10lgBw(Hz)

(1)

计算得到的热噪声功率如表2所示。干扰电平对底噪的影响如表3所示。

表2 热噪声功率

系统带宽/kHz热噪声功率/dBm数字集群250-1300GSM900200-1210CDMA800123×103-1131PHS300-1190WCDMA384×103-1081CDMA2000125×103-1130TD-SCDMA128×103-1129WLAN230×104-1004

表3 干扰电平对底噪影响

dB

保护余量20161211109630系统被干扰后噪声电平抬升004011027033041051097176300

3.2 杂散干扰

通常干扰基站进入被干扰设备的干扰在低于受害系统内部的热噪声6.9 dB以下，则进入受害系统的干扰可以忽略不计。这样对应杂散所需要的干扰基站与受害系统之间的隔离度为

MCL≥Pspu-10lg(Wout/Win)-Pn-Nf+6.9

(2)

其中：MCL为隔离度要求；Pspu为干扰源杂散辐射电平，单位为dBm；Wout为干扰电平的测量带宽，单位为kHz；Win为受害系统的信道带宽，单位为kHz；Pspu-10lg(Wout/Win)代表干扰源进入受害系统信道带宽内的杂散辐射电平；Pn表示被干扰系统的接收带内热噪声，单位为dBm；Nf代表接收机的噪声系数。计算结果见表4。

根据以上计算可得：当数字电视系统端口隔离度不小于90 dB，即完全满足数字电视系统对商用通信系统的干扰要求。

4 单频网延时预算

长沙地铁2号线的地铁电视信号覆盖采用国家新闻出版广电总局推荐的国标工作模式3，即帧头为PN945，对应的保护间隔约为55 μs，理论最大基站间16.5 km，而2号线均为地下站，通过合理选择发射机基站的位置和合理选择发射机的时延，能避免单频网覆盖重叠区的干扰。经综合考虑，在体育(沙湾)公园站、长沙火车站和溁湾镇站3个站设置单频网发射机基站，通过光纤传输距离计算系统延时最大区间为23.395 μs，信号延时均在保护间隔内，不会影响到单频网信号的接收。

表4 隔离度要求计算结果

被干扰系统干扰系统数字集群CDMA800GSM900PHSCDMA2000WCDMATD-SCDMAWLAN数字电视899898899797898897899903数字集群—898899797898897899903CDMA800589—589487588587589593GSM900329328329709810810812815PHS951950951—950950952955CDMA2000279278279699—297300303WCDMA279278279699298297300303TD-SCDMA279279279198299299—643WLAN899898899757858857860—

5 射频信号传输系统设计

长沙地铁2号线地铁电视覆盖系统主要是将长沙数字电视播控中心机房复用器输出的ASI信号经ASI光端机通过光纤网络引入长沙地铁2号线的国标单频网发射机基站，发射机基站车站采用国标小功率发射机来完成左右两边隧道的数字电视信号覆盖，而其他非发射机站由发射机基站利用光纤直放近端机获取信号，再同光纤远端机放大后进行隧道数字电视信号的覆盖。

发射机基站的小功率发射机按单频网组网要求配置，由GPS接收机、国标激励器和功放组成(如图3所示)。

图3 地铁2号线单频网布局图

5.1 覆盖距离确定

目前商用通信常用为1-5/8″的通用型泄漏电缆，工作频段700～2 500 MHz，对于地铁数字电视系统的关健参数为：频率700 MHz；传输衰减1.9 dB/100 m；95%耦合损耗 73 dB。

一般情况下，满足地铁电视接收设备接收门限的场强电平需大于-72 dBm，由于数字电视接收天线一般内置在地铁机车内部，机车外壳存在屏蔽及干扰，需要附加损耗及余量取15 dB。地铁隧道内铺设的漏泄电缆在绝大多数情况下，其耦合损耗为73 dB，则在两段发射设备之间的漏泄电缆最远端所需最小发射功率W满足

W-(73+15)dB>1-72 dBm，即W>16 dBm

(3)

若采用数字电视发射机和光纤直放站远端机输出功率为20 W，至POI对应端口输入功率即为43 dBm；POI插入损耗为8.5 dB；POI输出口至漏缆间的路由损耗为

7/8″馈线损耗+连接跳线损耗=2 dB

(4)

隧道内分合路器损耗为1 dB；漏泄电缆百米传输损耗为1.9 dB；在漏泄电缆中传输距离为D，则有

(43-8.5-2-1)dB-(D×1.9 dB)=16 dBm，

即D≈800 m

(5)

考虑基站两边对称覆盖，20 W发射机(纤直放站远端机)可覆盖隧道长度可为2×800 m =1 600 m。由此说明：当隧道长度小于1 600 m时，站台内基站发射机(纤直放站远端机)可满足隧道区间覆盖要求；当隧道长度大于1 600 m时，需设置光纤直放站以延伸覆盖。

选用输出功率为10 W的光纤直放站时，光纤直放站输出功率40 dBm,多频分合路器插损为1.5 dB，二功分器插损为 3.5 dB， 满足覆盖场强大于-72 dBm时，漏泄电缆末端所需最小功率为16 dBm。则有

40 dBm-(1.5+3.5)dB-

(D×1.9 dB)=16 dBm，

即D≈1 000 m

(6)

同理，20 W光纤直放站在隧道内可覆盖最大延伸距离为 1 000 m×2=2 000 m。

根据上述结论：人民东路站至长沙大道站区间(1 917m)、 体育公园站至杜花路站区间(2 009 m)、长沙火车南站至光达站区间(2 036 m) 等超长区间应在中间位置设置隧道光纤直放站以延伸覆盖。各车站的覆盖使用数字电视光纤同频转发设备中继放大接收子系统接收的无线数字电视信号。

5.2 覆盖链路的设计

为了最大限度避免对商用通信的干扰，设置在体育公园站、长沙火车站站、溁湾镇站的数字电视发射机均采用20 W功率输出，其输出的射频信号经耦合器耦合分成两部分，其中一部分直接送入该站点左右的POI实现左右隧道的覆盖；另一部分送入光纤近端机转换为光信号，经光分路器分配及光纤传输到其余各车站，在其他各车站通过光纤远端机接收经光电转换后将射频信号送入数字电视功放单元进入推送放大，然后输入民用通信系统POI的数字电视接口，以覆盖隧道区间和站厅、站台。

体育公园站发射机通过光纤直放站远端机带光达站、长沙火车南站、杜花路站、长沙大道站、人民东路站。

长沙火车站站发射机通过光纤直放站远端机带万家丽广场站、锦泰广场站、袁家岭站、迎宾路口站、芙蓉广场站。

溁湾镇站发射机通过光纤直放站远端机带五一广场站、湘江中路站、橘子洲站、西湖公园站、金星路站、望城坡站。

5.2.1 溁湾镇发射机站

溁湾镇发射机基站信号分配图详见图4，溁湾镇光链路计算如表5所示。

图4 溁湾镇发射机基站信号分配图

车站区间区间长度/m光缆长度/m光路损耗/dB入站光功率/dBm光耦合损耗/dB光主路损耗/dB去下站光功率/dBm设备光入功率/dBm光分比望城坡站金星路站→望城坡站1432171804378500—-810—金星路站西湖公园站→金星路站12681522038-3973627-692-78260/40西湖公园站溁湾镇站→西湖公园站12991559039-1646512-309-83980/20溁湾镇—0——3003535-075—50/50橘子洲站溁湾镇站→橘子洲站11311357034-1596512-304-83480/20湘江中路站橘子洲站→湘江中路站644773019-3733627-668-75860/40五一广场站湘江中路站→五一广场站700840021-73900—-764—

溁湾镇发射机站光近端机输出光功率3 dBm，各站光远端接收机光最小接收信号为-15 dBm，各车站接收光功率满足系统要求。

5.2.2 长沙火车站

长沙火车站发射机基站信号分配图详见图5，长沙火车站光链路计算如表6所示。

长沙火车站发射机站光近端机输出光功率为3 dBm，各站光远端接收机光最小接收信号为-15 dBm，各车站接收光功率满足系统要求。

5.2.3 体育公园站

体育公园发射机基站信号分配图详见图6，体育公园光链路计算结果如表7所示。

图5 长沙火车站发射机基站信号分配图

车站区间区间长度/m光缆长度/m光路损耗/dB入站光功率/dBm光耦合损耗/dB光主路损耗/dB去下站光功率/dBm设备光入功率/dBm光分比芙蓉广场站迎宾路口站→芙蓉广场站700840021-74300—-768—迎宾路口站袁家岭站→迎宾路口站819983025-3773627-672-76260/40袁家岭站长沙火车站→袁家岭站10741289032-1576512-302-83280/20长沙火车站—0——3003535-075—50/50锦泰广场站长沙火车站→锦泰广场站8741049026-1513627-446-53660/40万家丽广场站锦泰广场站→万家丽广场10701284032-52800-553-553—

体育公园发射机站光近端机输出光功率3 dBm，各站光远端接收机光最小接收信号为-15 dBm，各车站接收光功率满足系统要求。

6 监控系统方案

监控系统主要对整个地铁地面数字电视系统内各种设备状态进行监控。管理和维护系统内的各种设备，在系统中的设备出现故障时，设备会通过通信链路向监控系统平台发出相应的告警信息，系统平台则通过实时报警警报、SMS短信等各种手段提醒管理和维护人员，在第一时间发现设备故障，及时解决以及统计设备运行问题(见图7)。

图6 体育公园发射机基站信号分配图

车站区间区间长度/m光缆长度/m光路损耗/dB入站光功率/dBm光耦合损耗/dB光主路损耗/dB去下站光功率/dBm设备光入功率/dBm光分比人民东路站长沙大道站→人民东路站19172300058-77600—-801——长沙大道站→区间中间处95851150029-80800—-833—长沙大道站体育公园站→长沙大道站12941553039-2844736-669-77940/30/30体育公园站—0——3004719005/-085—70/30—区间中间处→杜花路站100451205030-73000—-755—杜花路站体育公园站→杜花路站20092411060-0256527-320-70060/20/20长沙火车南站杜花路站→长沙火车南站800960024-3944736-779-88940/30/30—长沙火车南站→区间中间处10181222031-92000—-945—光达站长沙火车南站→光达站20362443061-89000—-915—

图7 监控系统框图

系统设备主要有监测中心设备和各车站监控设备两大部分组成。

监控中心设备包括：监控系统监控服务器1台、监控终端1台及相应软件、交换机1台。

发射机房监控设备包括：交换机1台；ASI光端机需提供双向10 Mbit/s的IP数据传输通道；光纤近端机可对所带的多台远端机进行远程监控。

光纤直放站有两部分组成：近端机和远端机，一台近端机可带多台远端机，近端机和远端机之间的监测数据与传输的射频信号共用一根光纤。远端机中具有信号采样和通信电路，实时监测功放单元输出功率、输出驻波，检测光模块的工作状态，读取通道的增益值，同时通信电路响应光纤下传来的查询请求，通过光纤上传监测结果或主动报告故障信息。

各光纤直放站车站远端机(包括隧道远端机)设备工作状态，通过光纤汇集到发射机车站光纤近端机，光纤近端机再通过IP口汇集到以太网交换机上；同时发射机房的激励器、发射机等设备的工作状态及参数同时汇集到以太网交换机上，通过ASI光端机IP通道传输至控制中心；反向通道依然。

监控中心计算机发出信息查询命令，首先监控软件将查询命令打包，通过以太网口把查询命令送到以太网交换机，由交换机发送到所对应设备IP端口；对于各车站设备监控，通过ASI光端机IP通道将数据转变成光信号，通过光纤把查询命令送往各车站，各车站ASI光端机再将光信号转换成数据信号，由交换机发送到所对应设备IP端口接收，传送给设备内部的监控板对查询命令进行处理，将所要查询的设备状态信息收集好进行打包，把查询结果通过数据传送通道返回给监控计算机，经过监控软件对数据解析后，在计算机的监控界面上显示出所要查询的结果。

7 小结

通过上述对地铁数字广播共缆传输系统的设计与应用，在长沙地铁2号线实现了数字电视广播信号与通信信号通过共缆进行传输覆盖，系统运行至今，取得了良好的效果。这种覆盖方案在实际工程实践中大大降低了通信网络重复建设的资源浪费，可以缩短整个地铁以及数字电视系统的建设周期，降低建设成本，值得全国各地铁行业建设方参考与借鉴。

[1] GB20600—2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006.

[2] 张晓，严杰，倪林.上海地铁数字电视信号覆盖网络监测方案设计[J].电视技术，2011，35(21)：5-7.

[3] GB/T 26683—2011，地面数字电视接收器通用规范[S]. 2011.

[4] 严杰，姜俊，夏秀靖.数字新媒体在轨道交通中的传输与覆盖[J].广播与电视技术，2010(3)：28-32.

[5] 王玉静.地铁电视及PIS系统技术应用探讨[J].铁道通信信号，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

【本文献信息】董鑫，张钰.长沙地铁电视覆盖系统建设方案设计[J].电视技术,2015，39(16).

董 鑫，长沙广电数字移动传媒有限公司总工程师；

张 钰，上海国茂数字技术有限公司副总工程师。

责任编辑：许 盈