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        DTMB單頻網(wǎng)組網(wǎng)概述

        2010-04-17 03:34:10白微微
        電視技術(shù) 2010年8期
        關(guān)鍵詞:頻率計(jì)調(diào)制器適配器

        白微微

        (北京同方吉兆科技有限公司,北京 100083)

        1 單頻網(wǎng)簡介

        單頻網(wǎng)(Single Frequency Network,SFN)是指由多個(gè)位于不同地點(diǎn)、位于同步狀態(tài)的發(fā)射機(jī)組成的數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)絡(luò),以相同頻率、在相同時(shí)刻發(fā)射相同節(jié)目信號,以實(shí)現(xiàn)對特定服務(wù)區(qū)的可靠覆蓋。

        首先,單頻網(wǎng)內(nèi)的發(fā)射機(jī)使用同一頻率進(jìn)行地面覆蓋,可以提高頻率資源的利用率;其次,多個(gè)發(fā)射臺同時(shí)工作,也可以提高接收的可靠性,使用戶在單頻網(wǎng)覆蓋地區(qū)不需要更改頻道收看節(jié)目。另外,單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式在很大程度上降低了發(fā)射機(jī)的最小發(fā)射功率要求,可以采用小功率多布點(diǎn)的組網(wǎng)方式,總的發(fā)射功率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于多頻網(wǎng)一臺發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率;由于采用了多發(fā)射機(jī),單頻網(wǎng)組網(wǎng)方式的覆蓋范圍很大,而且不容易出現(xiàn)地區(qū)性死角,能夠?qū)崿F(xiàn)無縫覆蓋;而且,由于使用同一發(fā)射頻率,用戶在整個(gè)單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)移動接收不需要進(jìn)行自適應(yīng)頻率變換,降低了接收機(jī)的制作難度。

        在組建單頻網(wǎng)時(shí),保證各發(fā)射臺之間的同步工作是確保單頻網(wǎng)覆蓋效果的一個(gè)首要問題。

        2 單頻網(wǎng)組網(wǎng)鏈路

        單頻網(wǎng)系統(tǒng)需要解決信源傳輸與發(fā)射臺站設(shè)計(jì)兩方面的問題。信源傳輸目前主要有以下方式(見圖1):

        1)同步數(shù)字體系(SDH)干線網(wǎng)傳輸。適合于大范圍覆蓋,傳輸質(zhì)量高,缺點(diǎn)是成本高,而且部分建站地區(qū)可能沒有現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)。SDH網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)腗PEG TS流要符合 GB/T19263-2003標(biāo)準(zhǔn)[1]。

        2)電視發(fā)射臺發(fā)送傳輸。在覆蓋區(qū)中心區(qū)域或高山上用一個(gè)頻道發(fā)射數(shù)字電視信號,其余發(fā)射臺接收該信號并解調(diào)后再調(diào)制,以單頻網(wǎng)形式發(fā)射出去。該方案可以充分利用現(xiàn)有廣電的有利資源,不受地面網(wǎng)絡(luò)的限制,但需要多占用一個(gè)電視頻道,且覆蓋范圍有限,僅適合于局部地區(qū)覆蓋使用。

        3)微波信道分發(fā)。TS碼流可用數(shù)字微波系統(tǒng)進(jìn)行一次分配,數(shù)字微波各次群接口定義與PDH(準(zhǔn)同步數(shù)字體系)相同,鏈路設(shè)計(jì)要求達(dá)到低誤碼率標(biāo)準(zhǔn)。

        在實(shí)際使用中可能幾種方式混合使用。

        3 DTMB單頻網(wǎng)同步原理

        DTMB標(biāo)準(zhǔn)的單頻網(wǎng)系統(tǒng)主要由單頻網(wǎng)適配器[2-4]、GPS接收機(jī)、支持單頻網(wǎng)的調(diào)制器等部分組成。

        SIP包是DTMB單頻網(wǎng)實(shí)現(xiàn)同步的關(guān)鍵[4]。單頻網(wǎng)適配器每秒向輸入的TS碼流中插入一個(gè)SIP包,插入時(shí)刻與GPS的秒脈沖1PPS(Pulse Per Secend)信號上升沿對齊。SIP包中各字節(jié)定義如圖2所示。

        圖2 SIP包定義

        各部分簡介如下:

        1)SIP頭:和 TS流包頭一樣,符合 GB/T17975.1-2000有關(guān)規(guī)定[5];由32 bit組成,其中PID號為0x0015。

        2)SI-SIP:重新定義了DTMB的系統(tǒng)信息參數(shù),如表1所示。

        表1 SI-SIP定義的DTMB系統(tǒng)信息參數(shù)

        3) 最大延時(shí):由 24 bit組成,范圍為 0~0.999 999 9 s,單位為100 ns,設(shè)置值應(yīng)大于最大路徑延遲時(shí)間。

        4)廣播尋址:尋址網(wǎng)內(nèi)某一個(gè)發(fā)射機(jī),可尋址范圍由16 bit組成,其中全0狀態(tài)表示尋址內(nèi)所有發(fā)射機(jī)。

        5)獨(dú)立調(diào)整時(shí)延:由24 bit組成,在最大延時(shí)基礎(chǔ)上,通過廣播地址為指定的發(fā)射機(jī)添加獨(dú)立調(diào)整延時(shí),保證單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)發(fā)射信號滿足一定延時(shí)關(guān)系。

        6)頻偏設(shè)置:由24 bit組成,為特定的發(fā)射機(jī)添加頻偏值,單位1 Hz。

        7)功率控制:由16 bit組成,控制特定的發(fā)射機(jī)功率,單位0.1 dBm。

        8)填充字節(jié):TS流數(shù)據(jù),共169 byte。每個(gè)字節(jié)均為0xff。

        例如,實(shí)際數(shù)據(jù)的分析為47 40 15 10 A5 A0 89 54 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00……則表示:SI_SIP為1010010110100000 對 應(yīng) PN945/多 載 波/4QAM/0.6/720/不加導(dǎo)頻/旋轉(zhuǎn)相位;最大延時(shí)100010010101010001000000對應(yīng)的最大延時(shí)實(shí)際值為9 000 000×100 ns=0.9 s。

        如圖3所示,在DTMB單頻網(wǎng)中,適配器的主要功能就是插入SIP包。每隔一個(gè)大幀在TS流中插入一個(gè)初始化SIP包,SIP包的構(gòu)成符合MPEG-2的TS流的標(biāo)準(zhǔn)。

        圖3 單頻網(wǎng)適配器框圖

        4 SFN激勵器

        單頻網(wǎng)激勵器的功能示意圖如圖4所示。

        單頻網(wǎng)激勵器主要完成信道編碼調(diào)制、故障報(bào)警、主控通信等,還要實(shí)現(xiàn)頻率同步、時(shí)間同步和比特同步這3個(gè)組網(wǎng)的重要工作。

        1)頻率同步

        地面國標(biāo)采用TDS-OFDM調(diào)制方式。單頻網(wǎng)中的每個(gè)發(fā)射機(jī)都必須采用同一頻率,為了使發(fā)射系統(tǒng)中的頻率準(zhǔn)確度滿足要求,通常的做法是將所有發(fā)射機(jī)中激勵器的上變頻本振都同步到一個(gè)GPS參考時(shí)鐘10 MHz參考源。

        2)時(shí)間同步

        在單頻網(wǎng)中,激勵器都是通過不同的分配鏈路與前端的設(shè)備連接,由于引入時(shí)時(shí)間延遲和信號處理時(shí)間都是不一樣的,必須從系統(tǒng)外部獲得一個(gè)精度好于1 μs的時(shí)間參考,通常的辦法是從GPS中提取10 MHz標(biāo)準(zhǔn)頻率和1PPS標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

        3)比特同步

        在同一時(shí)間傳輸調(diào)制后的同一個(gè)字符是很重要的。如果同一載波上調(diào)制的不是同一比特,而對于終端來說,接收到的又是場強(qiáng)相當(dāng)?shù)男盘?,則會造成終端無法正常解碼。為了實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)中多臺發(fā)射機(jī)TS流中的比特同步,DTMB系統(tǒng)將SIP包插入到TS流中,傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的發(fā)射機(jī),激勵器對接收到的碼流進(jìn)行解析,根據(jù)SIP的信息進(jìn)行處理,但是并不作PCR校正。

        5 SFN組網(wǎng)測試

        單頻網(wǎng)組網(wǎng)測試所需的設(shè)備與儀器主要有:GPS接收機(jī)、單頻網(wǎng)適配器、激勵器和頻譜分析儀等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

        搭建好測試系統(tǒng)開始正式測試之前,系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備必先滿足以下條件:

        1)給兩臺調(diào)制器、單頻網(wǎng)適配器提供時(shí)鐘和頻率基準(zhǔn)的GPS接收機(jī)必須處于鎖定狀態(tài)。

        2)使用頻率計(jì)在3 min內(nèi)測試各臺GPS接收機(jī)之間的10 MHz偏差必須小于3×10-10,1PPS之間的時(shí)差小于±50 ns。

        3)兩臺調(diào)制器輸出頻率值需一致并使用頻率計(jì)標(biāo)定射頻頻偏小于±1 Hz。

        4)兩臺調(diào)制器輸出功率值需一致并使用功率計(jì)標(biāo)定射頻功率偏差小于0.1 dB。

        5)頻率計(jì)、示波器、頻譜分析儀等測試儀器需接外部參考時(shí)鐘。

        單頻網(wǎng)延時(shí)調(diào)整前,設(shè)置兩臺調(diào)制器的單頻網(wǎng)附加延時(shí)差為0 μs,觀察并記錄頻率計(jì)讀數(shù)和頻譜分析儀頻譜,如圖6所示。

        單頻網(wǎng)延時(shí)調(diào)整1 μs后,記錄1 μs延時(shí)時(shí)的頻譜截圖,如圖7所示。

        [1]GB/T 19263-2003,MPEG-2信號在SDH網(wǎng)絡(luò)中的傳輸規(guī)范[S].2003.

        [2] GY/T 229.1-2008,地面數(shù)字電視廣播單頻網(wǎng)適配器技術(shù)要求和測試方法[S].2008.

        [3] 熊偉,王軍,彭克武.基于Nios II的DTMB單頻網(wǎng)適配器設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù),2007,31(8):21-26.

        [4] 吳治慶,楊小雪,余少波.DTMB單頻網(wǎng)適配器設(shè)計(jì)[J].電視技術(shù),2008,32(11):7-10.

        [5] GB/T17975.1-2000,信息技術(shù)—運(yùn)動圖像及其伴音信號的通用編碼第1部分:系統(tǒng)[S].2000.

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