CMMB单频网接收端故障原因分析

李婷婷，张国庭，涂 聪，李 霄

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866）

CMMB单频网接收端故障原因分析

李婷婷，张国庭，涂 聪，李 霄

（国家新闻出版广电总局广播科学研究院，北京 100866）

首先从理论和实际两个方面综合分析了单频网发射端可能出现的故障，通过仿真软件模拟发射端各类型故障，观察接收端发生的相应变化和产生不良接收的区域，从而在应用中通过接收端的实际情况判断发射端是否出现故障，以及出现故障的种类。

单频网；SFN；故障；监测

【本文献信息】李婷婷，张国庭，涂聪，等.CMMB单频网接收端故障原因分析[J].电视技术，2015，39（2）.

单频网（Single Frequency Network，SFN）是指由位于多个不同地点、处于同步状态的无线发射台站，在同一时间使用相同频率发射同一信号，最终实现对某一服务区内的信号覆盖。与传统模拟广播采用多频网相比，单频网节省频率资源、多点同频发射解决覆盖盲区、多点小功率代替大功率发射机，可有效降低成本。

由于单频网的组网方式和特性，在同一地点会接收来自多个台站的信号。如来自其他发射台站的信号是破坏性的，就可能对信号的接收产生影响，甚至产生同频干扰现象。为进一步全面了解单频网同频干扰产生的原因及其变化，本文以3个发射塔组成的单频网为研究对象，重点对发射台站技术参数与单频网内同频干扰现象的相互关系进行研究。

1 背景介绍

对于正式投入商业运营的单频网，其覆盖效果的优质保障尤为重要。为保障良好的覆盖效果，一方面可通过监测设备对发射台站进行实时监控；另一方面，可通过对单频网的覆盖效果进行实时监测，从发射端和接收端两个方面来保障单频网的良好覆盖。

本文中，首先分析发射台站出现故障的原因及导致的最终故障现象，再以3个地理位置为等边三角形、发射功率等技术参数相同的发射台站为参考模型，对发射台站各类故障现象进行模拟仿真分析，从理论上获得不同发射台站出现不同故障后对整个网络覆盖效果的影响，以便在单频网出现故障时，通过发射端监测结合接收端实际接收情况，能及时、快速、准确地发现故障台站，并明确故障原因，保障单频网的覆盖效果。

2 故障分析

如图1所示，在单频网系统中，信号源、传输分配网络、GPS时钟源、发射机房均有可能出现工作异常。

具体原因分析如下：

1）无信号输入

信号源由于编码器或者复用器等相关技术问题，导致所有的激励器无信号输入，或者由于链路传输的问题，导致个别发射台站的激励器无信号输入。不同厂家激励器在报警的同时，对此异常状态的响应有两种：一种是切断射频输出，所有（个别）发射机无功率输出，相当于关机状态；一种是循环播放之前的缓存信号或者PN序列，占用播出频道，以防其他非法信号占用，所有发射机有功率输出，但是播出内容有误；或者个别发射台站播出内容与单频网中其他发射台站播出内容不同，从而无法保障单频网的比特同步。

2）抖动

信号源由于复用器工作异常，导致复用器输出码流溢出；或者信号在传输分配链路传输过程中，输入给个别激励器的码流产生溢出现象。不同厂家激励器在报警的同时，对此异常状态的响应有两种：一种是切断射频输出，所有（个别）发射机无功率输出，相当于关机状态；一种是所有（个别）激励器丢包现象严重，造成单频网各个发射台站无法实现比特同步。

3）GPS时钟源

GPS时钟源工作异常，一方面就无法锁定，无时基信号给激励器同步模块；另一方面，输出给激励器同步模块的时钟信号格式错误，激励器无法识别，也就无有效时钟信号给激励器。在此两种情况下，不同厂家激励器在报警的同时，对此异常状态的响应有两种：一种是切断射频输出，所有（个别）发射机无功率输出，相当于关机状态；一种是转为本地的时钟或者备份的GPS时钟源，本地的时钟依赖于外部时钟，而且精度比外部时钟低2个数量级，当应急工作持续1～2个小时后，时钟的误差持续累积，会产生漂移现象，导致个别发射台站发射时间与单频网中其他发射台站发射时间不同，从而无法保障单频网的时间同步。

图1 单频网系统故障分析

GPS时钟源，还有一种异常工作状态，即输出的时钟信号格式是正确的，但是输出的时间基准不准，此时激励器无法识别异常状态，导致个别发射台站发射时间与单频网中其他发射台站发射时间不同，从而无法保障单频网的时间同步。

4）掉电

发射机房可能由于某些原因，导致机房出现停电故障，此时，发射台站的发射设备处于关机状态，发射机无功率输出。

综上所述，虽然出现故障的原因众多，不同生产厂家的设备响应也有所区别，但是通过总结与归纳，对单频网系统造成的后果为以下3种：

1）无功率输出，单频网个别覆盖区域接收效果普遍变差。

2）单频网系统时间不同步，产生同频干扰现象。单频网个别覆盖区域接收电平较高，但是依然无法正常解调接收。

3）单频网系统比特不同步，产生同频干扰现象。单频网个别覆盖区域接收电平较高，但是依然无法正常解调接收。

3 仿真覆盖分析

3.1 无功率输出仿真

覆盖效果图说明：如图2所示，颜色设置如图中最下面一行所示，单位为dBμV/m以及相对应的dBm值。区域表示可接收临界区域，相对应的场强值52～55 dBμV/m（33～29 dBμV）。

图2 原单频网覆盖效果图

覆盖效果图说明：如图3所示，颜色设置如图中最下面一行所示，单位为dBμV/m以及相对应的dBm值。区域表示可接收临界区域，相对应的场强值52～55 dBμV/m（33～29 dBμV）。

通过对3个发射台站构成的单频网与2个发射台站构成的单频网的覆盖区域对比可知，当某台站无功率输出时，图4中圆圈内将出现设备终端接收不良的情况（有机会收到其他发射台站的多径信号，可以进行主观收看）。

3.2 产生同频干扰仿真

图3 关闭某一台站后单频网覆盖效果图

图4 接收端信号不良区域示意图

图5 单频网内未产生同频干扰覆盖图

通过对3个发射台站构成的单频网的覆盖和产生同频干扰的仿真分析可知，在干扰产生的区域内将出现设备终端接收不良的情况。

4 结论

通过对3个发射台站组成的单频网在正常情况下同步覆盖分析，以及无功率输出分析、时间不同步分析、比特不同步等不同故障下进行同步覆盖和同频干扰分析可知，若在该单频网内出现终端接收不良的情况时，可以考虑是以下几个故障因素：

图6 单频网内产生同频干扰覆盖图

1）当接收终端出现主观接收不良（有机会收到其他发射台站的多径信号，可以进行主观收看），并伴有接收信号电平明显下降时，可考虑发射台站内某一台站由于掉电等故障原因，出现无信号输出的情况。

2）当接收终端出现主观接收不良，并且接收信号电平没有明显下降，变化不大时，可考虑是由于信号源或GPS时钟等故障原因造成时间不同步或比特不同步，出现同频干扰的情况。

[1]GB 20600—2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制标准[S].2006.

[2] EN 300 744，Digital Video Broadcasing[S].1997.

[3] LIEBENOW U，ZIMMERMANN G.Investigations of single fre⁃quency networks for digital mobile radio systems based on COFDM[C]//Proc.48th IEEE Vehicular Technology Conference.Ottawa：IEEE Press，1998：2227-2231.

[4] MATTSSON A.Single frequency networks in DTV[J].IEEE Trans.Broadcasting，2005，51（4）：413-422.

[5] TANG Shigang，PAN Changyong，GONG Ke，et al.Propagation characteristics of distributed transmission with two synchronized transmitters[C]//Proc.IEEE 63rd Vehicular Technology Confer⁃ence.Melbourne：IEEE Press，2006：2932-2936.

[6]OLEARY T，RUTKOWSKI J.Combiningmultiple interfering field strengths:the simplified multiplication method and the physical and mathematical basis[J].(EBU)Telecommunication Journal，1982，49（7）：823-831.

[7] BERTONI H L.Radio propagation for modern wireless systems [M].[S.l.]：Prentice Hall PTR，2000.

责任编辑：薛 京

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.02.003

2014-07-22