CMMB单频网的建设与思考

中国移动多媒体广播（以下简称CMMB）标准于2006年由广电总局颁布，是一种通过卫星覆盖与地面覆盖网络相结合以实现对全国地区覆盖的技术体系。经过几年发展，截止到2009年7月1日，地面覆盖网络开通了全国182个城市的CMMB信号，同时完成了20个城市的单频网建设工作。预计在2009年底，要开通337个城市的CMMB信号以及完成37城市的单频网网络优化工作。

在大规模网络建设工程中，以单频网建设工作尤为复杂，从单频网选点、方案制定到网络安装调试、测试都要经过反复过程。同时由于CMMB是一个新兴产业，其专用的路测仪仍处于不断完善中，加之价格较高，各地广电所持的设备无法满足网络建设快速发展的需要，在这里笔者通过自身参加过的单频网建设调试过程，得出一些CMMB单频网安装调试经验，望广大CMMB网络建设者在单频网安装调试过程中少走一些弯路，不足之处也希望大家及时指出。

1 CMMB地面覆盖网络组成形式

CMMB地面覆盖网络组网主要由两种模式。

（1）单发射台站：对于城区面积较小、楼宇密度较低、地势较平坦的地区，单个发射台站可完成基本覆盖要求的，采用单个发射台站以及同频转发器补充覆盖的建设方式，技术方案如图1所示；

（2）单频网：对于城区面积较大、单发射台站覆盖方式无法满足基本覆盖要求的地区，采用单频网（SFN）覆盖方式，即基于若干发射台站建成本地区单频网实现基本覆盖，覆盖阴影地区由同频转发器补充覆盖解决。技术方案如图2所示。

2 CMMB单频网组成及同步

CMMB单频网主要由GPS授时系统、码流传输网络和地面发射系统构成，如图3所示。

由于CMMB系统采用ODFM多载波调制， OFDM调制方式的一个特点是符号间带有保护间隔(Guard Interval)，落在保护间隔内的多径信号，在经过处理以后，不但不会产生前后符号间的干扰，甚至可以加强有效信号的功率。使用OFDM调制，可以较容易地处理这些复杂的多径干扰，使单频网的应用容易实现。而单频网应用中要求各个发射机所广播的信号在频率和时间上都保持同步。频率同步即要求每个单频网发射机的工作频率都相同；对于多载波调制而言，还要求每个子载波的频率相等。频率同步可以通过与同一个参考频率(一般使用来自GPS卫星的10MHz参考频率)锁相同步来实现。

OFDM调制中保护间隔的长度决定了系统所能处理的多径信号的最大延迟时间，超出保护间隔的多径信号，对于接收机而言是干扰，将影响系统性能。保护间隔越长，发射机间的距离就可以越大，但是系统的传输效率就越低，这就限制了单频网发射机之间的最大距离。在CMMB标准中，兼顾了组网覆盖范围、移动接收以及频带利用率的综合因素，提供了保护间隔1/8（51.2us）的4k模式以实现单频网。为了让保护间隔在处理多径干扰上发挥作用，而不是消耗在补偿发射机之间的同步误差上，要求发射机在相同的时间发射完全相同的OFDM符号，以实现时间同步。在CMMB系统中，发射机之间的时间同步是通过与一个共同的参考信号(一般使用来自GPS卫星的秒脉冲信号—1pps)同步以及TOD时间信息来实现。

3 CMMB单频网设备安装

3.1 GPS系统安装

CMMB单频网其中一个重要的组成部分是GPS授时系统，从上可以看出，单频网的频率与时间同步信号均来自于GPS授时系统，所以其系统安装质量的好坏直接影响单频网组网的成功与否。同时这也是整个网络中稳定性较差的系统。

从图3可以看出，复用器、CMMB调制器均需要GPS提供10M、1PPS、TOD信息。目前现使用的复用器均内置GPS接收机，即直接将GPS天线接入复用器即可，这样减少了连接设备数量，但与此同时带来的是无法直接观察复用器内置GPS的接收情况，只能通过复用器的监控后台软件或管理网页查看TOD时间信息是否正确，也可通过前面板报警灯是否熄灭来判断内置GPS是否锁定信号。

调制器通过提供10M（BNC）、1PPS（BNC）和TOD（D型9针口）接口来接收外置GPS信号。所需注意的是TOD所使用的串口线的类型以及外置GPS接收机的电源应尽量选取不间断电源，这是由于GPS锁定需十几分钟的时间，若发生停电情况，会导致该发射点因GPS锁定较长而无法及时恢复播出。

其次是GPS天线的安装，天线放置的位置十分重要，优先考虑开阔场地进行安装，若由于场地的限制，天线放置不够理想，可采取更换其它类型接收机测试或在线缆中间加装中继器以解决。其次注意附近有无干扰源，如微波、电视发射天线等。

码流传输分配设备安装

目前CMMB PMS码流传输及分配方式主要有光缆、数字微波两种，随着网络建设不断深入，新的传输方式也将不断地涌现。在这里主要介绍以上两种主要方式。

光缆传输：由于PMS码流以ASI物理接口形式进行传输，所以在传统方式中均采用单芯光纤、ASI光收发机方式进行。若采用SDH光纤网，就必须考虑其信号格式适配（如必须将ASI信号转换成DS3信号），要采用合路器时，必须考虑合成的突发码率不能超过45Mbit/s；

数字微波：数字微波方式属于PDH传输网络，同样也需要进行信号和码率适配，需要注意的是数字微波调制器在前期只传输PMS码流时必须将微波调制器的Demod 选项设置OFF。

激励器设置

经过短短2年的发展，CMMB激励器已经发展数种，各厂家激励器对单频网设置各不相同，但统一起来基本上为：首先检测激励器接收10M，1pps，TOD信息是否正常。将10M输入设置为外部参考（有些激励器如UBS为内外部自动切换）；TOD格式设置为HJ5436A格式（有些激励器设置为格式B）；之后将网络模式设置为SFN模式。经过几分钟后观察报警灯是否熄灭，来判断是设置成功。（注：必须保证复用器输出PMS流中的TOD信息是正确的，激励器检测到码流格式不对同样也会报警）。

发射天线的安装

发射天线安装主要注意定向天线的主向不要正对相邻发射点天线，以免发生干扰。

4 单频网的调试

CMMB单频网调试是一项系统工作，经过1年多的组网摸索，得出了一些经验，以供读者参考。在调试前的准备工作如下。

分析覆盖预算：在制定单频网方案前，均要进行覆盖分析预算，但理论与实际往往是有区别的，实地勘察各发射点的天线尤其是定向天线的主向，确认是否存在两点之间天线主向对发的情况，若存在情况及时调整定向天线方向。确定各发射点的GPS接收稳定性情况，了解各点所用调制器的情况，是否存在两种以上厂家的调制器，相互之间是否可以组网；校准：对路测仪校准，让权威测试机构对测试天线进行UHF频段天线增益GT测试，得出天线增益频率对应表，根据此表对路测仪进行设置，同时根据场强仪测试所得值对路测仪进行校准；

在单频网调试常规方法中常规的设备有测试车、移动接收路测仪、场强仪（校对路测仪场强）、宽频带UHF全向天线、UPS电源，设备连接如图4所示。

调试方法：与DVB-T等诸多地面数字电视单频网调试方法相同，这里就不一一赘述；

第2种调试方法这里主要介绍一种在没有路测仪情况的粗略方法。使用的设备有：测试车、USBDongle、频谱仪、宽频带UHF全向天线、手持终端、UPS电源，设备连接如图5所示。

步骤1：在实验室进行调制器单频网组网测试尤其是存在两种以上厂家调制器的情况，掌握调制器之间的延时差异性，以减少调试的盲目性（测试方法），将各调制器初始延时设置为最佳延时量。测试方法如下。
首先将两台调制器附加时延量设置相同且为非零值，一般设置为100ms左右或更大，这样做的用意便于两台调制器时延量差值进行正负调整，找出两台设备之间的最大时延量；

按图6连接好设备，将频谱仪VBW设置为100kHz，RBW设置为10kHz，SPAN为10MHz，若出现以下频谱且图像稳定，说明两台调制器可经过调整进行组网。

以100ns步进调整其中一台调制器的附加时延量，正反方向调整至波纹密不可分为止，同时使用USBDongle、终端接收信号，测试器误块率情况。若终端无法正常接收且LDPC误块率较多时，此点即为两台设备之间的最大时延量。

步骤2：使用频谱仪对USBdongle场强进行校准，校准方法与上相同，同时观察该地区发射频率20MHZ附近的噪声底值，以此来估计USBdongle的接收门限电平的范围。

步骤3：将两点开启，着重测试两点之间的路段以及两点以外的两个方向干扰区一般出现在距发射点3000~4000m区域。如图所示，观察USBdongle中的状态与统计，查看其信号电平、以及LDPC误码率。在两点不超出保护间隔距离情况下，调制器经过实验室组网测试后，将相互时延量设定好以后，是不会产生大范围的相干区，这里主要讨论的情况是有两点之间存在超出保护间隔之外的情况。例如以下的网络拓扑，A点与C点相距16.8km。

A、C点的天线场型为图9，B点的天线场型为图8。

该拓扑结构属于线性3点拓扑，中间台站的ERP是两侧台站的2倍左右。从理论试算来看，该类型拓扑是不存在干扰区的。但是由于在试算地图是没有包含建筑物以及人为制造因素，所以在实际3点ERP与理论是有一些差距的。单测试A点与B点，B点与C点两点之间无干扰现象，但加入第3个点后，在3点之间区域发现信号电平在50dBm以上，而LDPC解码出现超过10%误码率，尤其是在高速移动情况下更加明显（参考手持终端播放是否存在停顿情况），这就证明3点组网出现干扰现象，这时可调整参数有调制器附加时延、发射功率、天线方向或增益。由于天线调整方向或增益牵扯人力时间较多，不提倡一开始调试就调整该参数，而考虑调整时延量。

附加时延量=16.8-15.36km/3×106计算。而发射功率及天线方向可根据其他两点对该点覆盖区域的ERP进行适当调整，已达到整体覆盖区域的接收电平均衡。

经过测试对以上组网及干扰情况分析如下：A点主服务区为F、H区，B点主服务区为D、E区，C点主服务区是I区。干扰情况为C点对D区有干扰，A点对E、I区均有干扰。