浅论CMMB补点设备在网络中的应用

　 摘要：本文在简单介绍CMMB补点设备原理的基础上，从多个角度对补点设备在CMMB网络中的应用做了分析，并从运营的角度对CMMB补点设备的工作原理、工程安装以及工程发射等进行了讨论，以期对未来其他地区CMMB的建设工作能有所帮助，实现CMMB网络从基本覆盖到良好覆盖，再到优质覆盖的飞跃。

　　随着国家经济的蓬勃发展和人民群众的物质文化需求的稳步提高，伴随2008年奥运热潮火热登场的CMMB手机电视，作为当今以手持移动终端为载体的传媒渠道，在2009年进入了网络扩建和优化的时期。最近随着第三期CMMB覆盖项目的收尾工作，全国337个地市级以上城市完成了CMMB信号基本覆盖，CMMB运营进入了一个大步伐迅猛发展的时代。

　　但我们也认识到，CMMB运营企业在建网初期，由于受投资成本的限制，不可能大规模地建设大功率的发射机站点，而发射机站点数量不足往往会造成无线信号覆盖不好，导致网络质量不尽如人意，进而又影响用户的发展，造成投入成本难以快速回收。因此，CMMB运营企业在运营初期必须找到一条有效的网络覆盖优化的建设道路，实现成本低、建设快、覆盖优良的无线网络布局。

　　由于CMMB补点设备具有投资成本较低，安装灵活简便，可以迅速扩大无线覆盖的特点，在CMMB网络建设中，采取以大功率发射机站点为主、CMMB补点设备做适当补充的的观点已逐步成为共识。湖南CMMB项目在08年7月完成了省会长沙市单频网的覆盖建设之后，即开始着手进行CMMB网络优化的探索和试验，先后在室外、室内等覆盖环境下的进行补点实验，取得了较好的网络优化效果，在CMMB网络补点领域积累了一定的经验。

　　本文从运营企业的角度，针对补点器在实际应用中的注意点谈几方面我们的看法。

　　1CMMB补点设备的基本工作原理及应用条件

　　CMMB补点设备的基本功能是一个射频信号功率增强器，简要原理如图1所示。

　　图1

　　通过图1我们可以清楚地看到，CMMB补点设备其实就是一个单通道的放大器。CMMB补点设备的接收天线多为方向性很强的八木天线或抛物面天线，发射天线依据覆盖区的特点和需求多选用带方位角的板状天线。

　　根据大发射机和CMMB补点设备间的信号传递链路关系，CMMB补点设备可分为：射频耦合型、光纤耦合型和移频（微波）耦合型。根据CMMB补点设备的应用场合，又可分为室内型和室外型。室内型CMMB补点设备输出功率很小，主要用于地下停车场、商场和大型会议场所等。本文所涉及的主要是指射频耦合型室外CMMB补点设备。

　　对于补点设备而言，为保证稳定、无干扰的工作，关键是要求收发信号之间须具备一定的隔离度，以避免出现设备放大后发射出来的信号重新被设备的接收天线接收再次放大发射现象，即信号自激现象，如果出现自激，补点设备将对覆盖区域内的有用信号产生强烈的干扰。

　　移频耦合型、光纤耦合型CMMB补点设备几乎不存在信号隔离问题，CMMB大发射机和CMMB补点设备之间可以相隔较远，发射功率可以做得较大（100~200W），使补点设备的覆盖性能得到充分发挥，作用十分明显。而射频耦合型CMMB补点设备在实际应用中情况要复杂得多，不仅要直接接收来自CMMB大发射机的信号，放大后发往移动台，同时还要防止补点设备发射出的信号经过反射和衍射直接串入补点设备的接收天线形成自激。此类型的补点设备对发射功率一般无法做得很大，受限于补点设备的收发天线间的隔离度；同时，该类型的设备对安装环境和工艺要求较高。因此，我们除了要有意识的选用那些在电路设计和制造阶段就考虑并有意提高了内部隔离度的设备外，在对补点设备进行安装施工时也要最大限度地提高接收天线与发射天线之间的隔离度，以达到提升补点设备发射功率，避免收发自激的目的。具体地讲，射频耦合型CMMB补点设备要充分发挥其性能可以从以下面三个方面着手。

　　（1）应充分利用地形、地物等将设备的收发天线隔开，提升收发隔离度

　　当CMMB补点设备发射区只需要定向覆盖时，可以将接收天线放在山体或建筑物的一侧，发射天线放在另一侧，这样可以获得很大的隔离度。在能用定向天线覆盖时就不要使用全向天线。若发射区为两个方向，可以采用二功分器和两付定向天线来覆盖。若采用全向天线，则要巧妙利用天线旁瓣的凹陷位置来提高接收天线与发射天线的隔离度。具体如图2所示。

　　图2

　　利用山体形成的阻挡可以在补点设备的收发天线间获得相当好的隔离度，利用建筑物作遮挡，也可以获得一定的效果。比如在楼的一侧安装接收天线，在楼的另一侧安装工作天线，两天线背靠背虽然只相隔十几米，却可以使收发天线间耦合衰减增加60—80dB，以此提高收发天线间的隔离度。

　　（2）要充分利用收发天线间高度差提升隔离度

　　大家都知道，要充分发挥CMMB补点设备的覆盖能力，设备的安装就必须要有一定的高度，有了较高的高度，首先输出功率有限的CMMB补点设备可以有较大的覆盖，其次有利于获得较大的输入信号。同时，由于收发天线的隔离度在空间上可以分为水平隔离度和垂直隔离度，收发天线间有一定的高度差，就有条件实现接收天线和发射天线间的垂直隔离。

　　由于历史原因，广电的站点选址一般在比较高的地区，同时广电又有发射塔的资源，基本上都能满足收发天线在空间上拉开一定高度差的要求。因此，我们可以充分利用这些有利条件，增加补点设备的隔离度，充分发挥出补点设备的功率优势，来获取较大的覆盖范围。这一点，我们在实践过程中也验证了CMMB补点设备收发天线间的隔离度对高度的敏感性远比水平距离的要大。

　　（3）要充分利用天线的极化图提升隔离度

　　工程中常用天线的水平面和垂直面的方向图如图3所示。

　　图3

　　讲到天线，一般讲其重要参数不外乎是天线增益、水平半功率角和垂直半功率角。对CMMB补点设备来讲，上述参数固然重要，但最重要的参数是天线的旁瓣抑制能力，而这一点往往得不到重视。有些天线厂的天线性能指标仅是泛泛地指出旁瓣抑制15—20dB，并不详细准确地给出旁瓣波形。

　　在CMMB补点设备安装时准确地利用天线旁瓣的凹陷位置对提高接收天线与发射天线的隔离度有着十分重要的意义。

　　从天线的方向图可以看出，如果能充分应用垂直面方向图的优势，将在工程实践中达到事半功倍的目的。因此，在正常安装时，我们可以将发射天线放在较高位置，将接收天线放在发射天线下部，同时在应用中，重点要考察接收天线的主瓣上部的抑制和后部抑制；而有时抛物面接收天线不如16dBi的一般板状接收天线所获得的隔离度好，究其原因则在于抛物面天线主瓣虽然尖锐，但馈源顶部无屏蔽遮挡，造成旁瓣抑制不好，隔离度反而偏小。从某种意义而言，对于隔离度的提升，接收天线比发射天线更为重要，对实现CMMB补点设备的性能会起到举足轻重的作用。

2CMMB补点设备与CMMB大发射机的优劣性比较

　　CMMB补点设备与CMMB大发射机相比较，其优点主要体现在以下几个方面。

　　（1）同等覆盖面积时，使用CMMB补点设备投资较低

　　在平原地区室外一个1kW全向CMMB大发射机可以有10~15km覆盖半径，一个50W全向CMMB补点设备可以有4~5km覆盖半径。就覆盖面积而言，8~10个CMMB补点设备约相当于一个CMMB大发射机，而10个CMMB补点设备的设备价约为一个CMMB大发射机的70%。但考虑到机房租用和装修、交直流电源、空调、传输系统和电路租金等费用，10个CMMB补点设备的建设费用只相当于一个CMMB大发射机的50%，甚至更低。

　　（2）覆盖更为灵活

　　一个CMMB大发射机基本上是圆形覆盖，多个CMMB补点设备可以组织成多种覆盖形式。如“一”字型排开，可以覆盖十几至几十公里的路段。也可以组织成“L”型、“N”型和“M”型覆盖，特别适合于山区组网。

　　（3）在组网初期，由于用户较少，投资效益较差，可以用一部分CMMB补点设备代替CMMB大发射机。用户发展起来后再更换为CMMB大发射机，替换下来的CMMB补点设备可再进一步放置在更边缘的地区，这样一步步地滚动发展。

　　（4）由于不需要土建和传输电路的施工，建网迅速，但CMMB补点设备与CMMB大发射机相比也有明显的不中，主要表现在：

　　①引入CMMB补点设备后，会给接收设备增加约5dB以上的噪音，会进一步劣化星座图；

　　②CMMB补点设备的网管功能和设备检测功能远不如CMMB大发射机，当CMMB补点设备出现问题后不易察觉；

　　③由于受隔离度的要求限制，CMMB补点设备的某些安装条件要比CMMB大发射机苛刻一些，使CMMB补点设备的性能往往不能得到充分发挥；

　　④如果CMMB补点设备自激或CMMB补点设备附近有同频干扰源，将会对原网造成较严重同频影响，将使覆盖区域内的CMMB接收终端有可能受到干扰而无法正常收看。

　　综合我们在建设过程中的经验来看，城郊、农村和山区CMMB手机电视的信号由于建筑或者山体阻挡，导致部分阴影区，由于这些区域地理环境导致无法采用单点大功率进行大范围覆盖，而且传统广播电视发射塔由于相距较远（几十公里以上），无法实现良好稳定覆盖所要求的覆盖电平。此时可利用较大功率的CMMB补点设备（100W）进行补盲覆盖，以高性价比的工程方法形成优良的信号覆盖，解决覆盖区域内CMMB用户的移动或固定接收问题。

　　在建设过程中，大部分的信号覆盖工作都可以通过上述方案完成。但有时，一些客观条件（如：站点周围环境复杂，回波较大，收发天线隔离度难保障；同频干扰较严重，又没有可用的其他频率资源或者光纤资源，无法采用移频、光纤补点设备的模式；安装站点条件苛刻，物业不易协调等客观和不确定因素较多）会导致前述提及的方案在面临多快好省的完成覆盖任务的要求时受到较大的挑战。

　　为了解决以上的种种问题，带有回波消除技术（ICS）的补点设备应运而生。下面我们介绍一下带有ICS技术的CMMB补点设备的研发背景和它的基本原理。

　　3ICS补点设备原理及优势分析

　　图4为ICS补点设备的应用示意图。

　　图4

　　3.1需求产生背景分析

　　CMMB补点设备在设立时，常常遇到如图4所示的情况：补点设备的接收天线接收到的，并非纯净的数字电视信号，还包括了很多杂波。杂波主要包括：输入信号经过不同路径产生的多径干扰（如图中接收天线上的绿色、橙色实线）；输出信号在站点周围的建筑物上反射回的信号（如图中蓝色、浅紫色的虚线）；因为天线收发隔离度不够导致的输出直接耦合反馈。

　　因为补点设备是同频转发设备，严重的输入多径可能会导致终端设备误码严重，无法正常收看电视信号或者接受信息，而且这种情况无法通过提高设备线性度来进行改善。同样，严重的反射和反馈会导致系统严重自激，同样无法正常覆盖。

　　3.2回波消除技术基本原理

　　ICS(InterferenceCancellationSystem)是一种通过数字化技术对反射杂波等进行消除的技术，原理如图5所示。

　　图5

　　补点器的接收信号经过接收天线，射频处理，先下变频为数字中频信号。数字中频信号再经高速AD，进入FPGA，通过过滤估计及自适应滤波器两种特殊算法，并加入时延，最后再经高速DA输出，在调制部分进行重新调制。重新调制的射频信号经过调整，由放大器输出至发射天线。图6为ICS补点设备系统框图。

　　图6

　　通过过滤估计及自适应滤波器这两种数字化处理，ICS补点设备可以消除各种来自输入端的多径干扰和来自输出端的反射反馈，可在各种恶劣条件下达到正常播出的效果。

　　3.3回波消除补点设备主要技术指标

　　（1）最大稳定工作增益

　　反映回波消除效果的主要指标，目前带有ICS功能的补点设备通常能比不带ICS功能的补点设备的收发天线间隔离度增加+10dB左右，即：干扰信号可以比千瓦级发射机信号大约10倍，而设备仍然能正常工作，覆盖范围客户仍能正常接收CMMB信号。

　　（2）肩带比

　　反映补点设备线性度的主要指标，当补点设备线性度不好时，虽然输出功率可以达到覆盖范围要求，但因为非线性失真导致的信号信噪比过低，设备无法对收到的信号进行正常解调，导致用户无法正常收看。目前补点设备通常此项指标≤-36dBc/30kHz。

　　（3）监控功能

　　对于此类补点设备，拥有的监控功能越完善，未来的使用维护就越方便。

　　3.4ICS补点设备的优点

　　与传统的无线补点设备相比，带有ICS功能的补点设备具有三个优点：允许GM（增益富余）＜0，干扰信号可以比千瓦级发射机信号大约10dB；对天线的隔离度要求降低，使得工程安装更简便，节约成本；在相同天线隔离度条件下，可以实现更大的增益以及输出。

　　与光纤补点设备相比，ICS补点设备具有三个优点：不需要依赖光纤资源，不存在高昂的光纤运维费用；没有远端设备，减少了故障发生率；不需要为远端设备的安装进行物业协调。

　　与移频补点设备相比，ICS补点设备具有三点优势：没有远端设备，减少故障发生率；无需考虑恒温晶振老化的问题；工作在同一频段，节约频率资源。

3.5采用ICS补点设备进行补点覆盖的整体效果

　　因为可以消除绝大部分的回波信号，ICS补点设备具有以下优点。

　　（1）区域覆盖的整体解决方案更经济更实用

　　从区域覆盖总体资金投入、信号覆盖范围、覆盖效果、工程实施时间、工程量等方面总体考虑，以前的解决方案不但在协调安装点、工程实施上存在很多不确定性，还面临着高昂的物业协调费，尤其是现在人们普遍对无线发射设备存有很强的排斥心理，每协调一个安装点都不是很容易的事情，同时成本也是高昂的，ICS能够很大程度上解决这些问题。

　　（2）工程施工简单、快捷

　　常规的射频耦合补点设备中，无线补点设备由于发射天线和接收天线之间有隔离度的要求，工程上常常要求比较严格，需要在物理上做一定的隔离措施，这增加工程的难度。光纤补点设备架设光纤，工程量会变得更大；而回波消除补点设备在工程上变得更简单，在复杂的环境下解决信号覆盖问题。

　　（3）可大功率发射，符合无线数字电视、CMMB大功率广覆盖的要求

　　采用ICS技术的50W/100W/200W的补点设备机型是很成熟的技术，完全可以替代小功率的发射机工作，符合广电的无线大功率广覆盖的实际需求。

　　（4）抗干扰能力

　　现在数字电视覆盖网都是采取单频网做信号覆盖，邻频干扰和同频干扰在单频网中问题比较突出，回波消除补点设备在对抗信号干扰上做了相应处理，技术上确保了单频网覆盖区域信号的增强和改善。

　　（5）可实现信号全向覆盖

　　传统的射频耦合补点设备基于隔离度的考虑，一般只能实现定向覆盖（光纤补点设备、移频补点设备可以实现全向覆盖），回波消除补点设备可以在一定程度上实现全向覆盖。

　　4补点设备的工程服务

　　补点设备和电视机或手机不同，它不是一个完整的最终电子产品，因为人们买了电视机或手机马上就可以使用。而补点设备却完全不一样，如果离开了工程服务，补点设备不能发挥任何作用。在工程实践中，一个补点设备能否充分发挥作用，补点设备安装地点的选择非常重要，补点设备要取得良好的效果，可以认为选址占50%，补点设备自身性能占30%，现场调试好坏占20%，因此业界常说补点设备的安装和调测是工程的艺术。

　　补点设备技术相对较简单，价格便宜，如果补点设备的销售与工程服务脱节，不重视现场安装的指导，性能再好的补点设备也很难发挥作用。特别是如果补点设备自激，将适得其反，使补点设备成为害群之马，严重影响原有CMMB网络的性能。而工程服务质量是由运营商所选择的合作伙伴来进行保证的。因此，在建设过程中，我们选择合作伙伴不仅要看重设备的制造质量，更应看重合作伙伴的网络规划、设计、实施、售后等的一体化解决能力，即要综合考虑合作伙伴对CMMB系统的认识深度、对千瓦级发射机技术难度和深度的掌握、对补点设备质量的稳定度和工程服务响应的及时性等诸多要素。

　　此外，在具体建设过程中，我们认为补点设备的工程服务还应注意下面几点：

　　（1）虽然补点设备的引入从模拟广播发射机时代就已开始，至今有多年历史，但CMMB是新技术，与以往的补点设备相比，CMMB补点设备的应用有所不同，从事CMMB的企业又相对较年轻。头几个CMMB补点设备的安装宜以“交钥匙”的方式，使补点设备的性能得以充分发挥作用，用户对补点设备的性能有所掌握后，再进一步开始以后的工作。

　　（2）需要有经验丰富的工程师在现场指导。补点设备高空作业，条件有限，很难进行仪表测试，费工费时，并且补点设备涉及大量的无线电基础理论知识，根据丰富的经验进行现场估算显得十分重要。

　　（3）要针对性的选择适当类型的收发天线。

　　（4）补点设备的安装条件都很艰苦，现场工程师要吃苦耐劳。

　　（5）严格选择补点设备的安装地点。选址的好坏对补点设备的性能发挥起着举足轻重的作用。不能用户讲信号不好，就随便安装补点设备，条件不具备时，不要勉强。

　　（6）补点设备安装完后的几个月内，要多次复查其有无自激的记录。

　　从某种意义上讲，补点设备生产企业提供的工程服务水准比补点设备自身的性能指标显得更为重要。

　　5结束语

　　随着中广传播CMMB网大规模建设，CMMB补点设备将成为该网不可或缺的一个组成部分，有着诱人的广阔前景。只有将大发射机和小功率补点设备有机的结合在一起使用，并且选择那些具备完善工程服务体系、具备高度责任心、有着丰富建设经验的企业来安装执行，这样才能更好地发挥CMMB补点设备在全网中的作用。