姜法林

（黑龍江人民廣播電臺(tái)804臺(tái)，黑龍江 牡丹江 157001）

1 網(wǎng)絡(luò)覆蓋分析

1.1 單頻網(wǎng)系統(tǒng)路測(cè)圖

牡丹江市CMMB單頻網(wǎng)系統(tǒng)在2010年1月開(kāi)通，3月中廣傳播有限公司技術(shù)人員和省龍廣傳播有限公司技術(shù)人員攜帶專業(yè)電子測(cè)試儀器，與牡丹江市CMMB項(xiàng)目組工程技術(shù)人員一起，共同對(duì)市區(qū)主要干道進(jìn)行了細(xì)致的信號(hào)覆蓋測(cè)試，測(cè)試市區(qū)主要街道橫向、縱向共計(jì)19條，測(cè)試路徑里程165 km，測(cè)試結(jié)果如圖1所示。

測(cè)試電平的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，市內(nèi)地區(qū)能夠滿足（QPSK，1/2）的信道參數(shù)條件接收，不穩(wěn)定接收信號(hào)的區(qū)域所占測(cè)試區(qū)域的百分比如下：

1）室外路測(cè)（45 dBμV/-73 dBm）＞95.6%；

2）車內(nèi)（42 dBμV/-65 dBm）＞80.05%；

3）淺室（47 dBμV/-60 dBm）＞65.2%。

由圖1可見(jiàn)，市區(qū)內(nèi)主要干道信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)可以滿足使用要求，而市區(qū)主要商業(yè)區(qū)受地形及周圍建筑物遮擋使CMMB信號(hào)受阻，太平路主要商業(yè)區(qū)內(nèi)的百貨大樓、電腦商城、新瑪特商城、宏博購(gòu)物商城等商城的一層與二層樓，火車站、金頂大廈、第二人民醫(yī)院、移動(dòng)旗艦店賣場(chǎng)等公共場(chǎng)所的一樓信號(hào)較弱，導(dǎo)致CMMB信號(hào)終端用戶無(wú)法正常收視。

因此，牡丹江市區(qū)內(nèi)在信道參數(shù)（QPSK，1/2）條件下的信號(hào)覆蓋還有較大優(yōu)化空間，特別是室內(nèi)接收環(huán)境。

1.2 市區(qū)補(bǔ)點(diǎn)的區(qū)域

根據(jù)前期路測(cè)的結(jié)果和參考（QPSK，1/2）模式下淺室接收電平經(jīng)驗(yàn)值，目前牡丹江市需補(bǔ)點(diǎn)的較大的幾個(gè)區(qū)域見(jiàn)圖2。黑線表示地下太平路、金街、曼哈頓、東一條路商業(yè)街補(bǔ)點(diǎn)區(qū)域，深灰色點(diǎn)表示公共場(chǎng)所樓宇的一、二層樓優(yōu)化補(bǔ)點(diǎn)位置。

1.3 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化深度覆蓋需求分析

手機(jī)用戶終端接收CMMB信號(hào)的環(huán)境基本分為室外、慢速移動(dòng)、車內(nèi)快速移動(dòng)、淺室和深室固定接收幾種，反映信道模型為惡劣的瑞利模型，終端U波段天線增益-3 dBi，接收高度為1.5 m。

牡丹江市區(qū)30%主要高層建筑物室內(nèi)一層、二層等用戶接收終端電平在-29 dBm及以下，市區(qū)高層建筑物密集，信號(hào)遮擋、峭壁效應(yīng)嚴(yán)重。針對(duì)掌握的第一手預(yù)測(cè)信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋資料，2010年10月對(duì)市區(qū)太平路主要商業(yè)街、商場(chǎng)共計(jì)17個(gè)補(bǔ)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行了接收環(huán)境電平評(píng)估。以太平路商業(yè)街百貨大樓為例，1 kW單頻網(wǎng)基站覆蓋、發(fā)射41頻道、中心頻率738 MHz，距離百貨大樓接收端一層接收電平為-23 dBm；二層-29 dBm，三層-40 dBm，四層以上室內(nèi)空間電平變化不大，CMMB信號(hào)在QPSK 2 bit調(diào)制方式下接收。經(jīng)調(diào)查，3 000個(gè)CMMB用戶移動(dòng)接收用戶狀態(tài)要大于固定接收狀態(tài)，移動(dòng)接收門限電平要比固定接收高6～7 dB，因此，牡丹江市CMMB網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以移動(dòng)（QPSK，1/2）接收為參考值。項(xiàng)目組工程技術(shù)人員通過(guò)多方位、多角度測(cè)量并最后匯總數(shù)據(jù)，經(jīng)技術(shù)論證，對(duì)市區(qū)主要建筑物密集區(qū)遮擋樓房一層、二層做深層補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化，三樓以上能夠滿足終端接收要求，補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化暫不考慮。

對(duì)牡丹江市移動(dòng)手機(jī)賣場(chǎng)旗艦店12個(gè)品牌CMMB手機(jī)終端進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，手機(jī)的分米波段拉桿天線增益設(shè)計(jì)大都在-5 dBi左右，因此CMMB終端在室外、室內(nèi)不同地點(diǎn)、不同空間的接收，會(huì)對(duì)信號(hào)帶來(lái)不同程度的衰減，例如車內(nèi)接收時(shí)車體的屏蔽、室內(nèi)接收時(shí)樓群遮擋與鋼筋混凝土墻體的屏蔽等。根據(jù)市區(qū)復(fù)雜情況和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)參考值，結(jié)合《移動(dòng)多媒體廣播技術(shù)白皮書(shū)》[2]的相關(guān)數(shù)據(jù)，得出表1的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表1 市區(qū)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)表1中不同接收環(huán)境下空間電平衰減經(jīng)驗(yàn)值，計(jì)算出CMMB信號(hào)在（QPSK，1/2）、（16QAM，1/2）信道參數(shù)條件下穩(wěn)定接收所要求（室外/淺室）的無(wú)線空間電平的經(jīng)驗(yàn)門限值，如表2所示。

表2 兩種信道條件下穩(wěn)定接收要求的空間電平經(jīng)驗(yàn)門限值

CMMB使用環(huán)境可分為兩類：第一類使用環(huán)境是室外/車載、車內(nèi)、淺室內(nèi)等；第二類使用環(huán)境主要是商街、公共場(chǎng)所、車站、醫(yī)院等深室內(nèi)場(chǎng)所。網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)優(yōu)化主要針對(duì)這兩種環(huán)境，解決辦法主要采取室外補(bǔ)點(diǎn)和室內(nèi)補(bǔ)點(diǎn)。

2 牡丹江市網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化思路

根據(jù)省公司對(duì)各地市第三階段CMMB網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)要求和成本投入要求，牡丹江市CMMB網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)優(yōu)化首先從愛(ài)民區(qū)、西安區(qū)、東安區(qū)、陽(yáng)明區(qū)CMMB信號(hào)強(qiáng)度小于-75 dBm的區(qū)域入手，如大型商場(chǎng)、地下商業(yè)街、人群密集區(qū)高校等收看需求高的綜合性場(chǎng)所，先簡(jiǎn)后繁，先粗后細(xì)，力求少走彎路，提高效率。網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案如下：

1）進(jìn)行室外用戶覆蓋。將市區(qū)南北長(zhǎng)12.5 km、東西長(zhǎng)13.8 km、面積172.5 km2的人口密集區(qū)設(shè)為主覆蓋區(qū)，用2個(gè)1 kW單頻網(wǎng)基站覆蓋；將遠(yuǎn)郊的溫春鎮(zhèn)（距市區(qū)19 km）、樺林鎮(zhèn)（距市區(qū)15 km）、磨刀石鎮(zhèn)（距市區(qū)17 km）設(shè)為副覆蓋區(qū)，將溫春鎮(zhèn)人口密集區(qū)內(nèi)的黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院確定設(shè)為重點(diǎn)CMMB優(yōu)化補(bǔ)點(diǎn)移頻區(qū)域，遠(yuǎn)郊補(bǔ)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)采用移頻傳輸覆蓋方案，在溫春鎮(zhèn)（黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院）、樺林鎮(zhèn)、磨刀石鎮(zhèn)分別建50 W直放站進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)。

2）在距牡丹江市105 km的鏡泊湖國(guó)家旅游開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)1 kW單頻網(wǎng)基站進(jìn)行湖區(qū)全方位覆蓋。CMMB信號(hào)采用微波6 GHz接力移頻傳輸解決方案，鏡泊湖廣電無(wú)線廣播電視發(fā)射臺(tái)采用1 kW 41CH數(shù)字電視發(fā)射機(jī)同頻轉(zhuǎn)發(fā)。

3）先用2個(gè)1 kW單頻網(wǎng)基站對(duì)市區(qū)進(jìn)行了粗覆蓋，覆蓋率達(dá)到80%，后對(duì)火車站、飛機(jī)場(chǎng)航站樓、電腦商城、金鼎大廈、家樂(lè)福、醫(yī)院等場(chǎng)所一樓、二樓、三樓等進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)，功率等級(jí)選用100 mW或200 mW，曼哈頓、金街、東一條路地下商業(yè)街選用1 W，10 W或20 W進(jìn)行多點(diǎn)優(yōu)化。

4）在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行下一步大面積推廣。

3 覆蓋實(shí)驗(yàn)

3.1 室外補(bǔ)點(diǎn)

3.1.1 原理框圖

老黑山和溫春鎮(zhèn)三面環(huán)山，CMMB信號(hào)在黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院校區(qū)信號(hào)接收電平為-26 dBm，用戶終端無(wú)法收看。為進(jìn)行該地區(qū)的場(chǎng)強(qiáng)覆蓋，開(kāi)展了CMMB網(wǎng)絡(luò)移頻傳輸同頻發(fā)射補(bǔ)點(diǎn)覆蓋實(shí)驗(yàn)[3-5]，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 移頻轉(zhuǎn)發(fā)站

在牡丹江市廣播電視傳輸中心主站，前端ASI信號(hào)經(jīng)DS3/ASI編碼復(fù)用，信號(hào)頻譜搬移到一個(gè)空閑的8 MHz微波6 GHz波段上，然后通過(guò)微波發(fā)信機(jī)將此信號(hào)傳輸?shù)骄嚯x主站19 km的遠(yuǎn)端溫春黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院教學(xué)樓，收信后經(jīng)下變頻傳送到數(shù)字微波中頻解調(diào)機(jī)輸出，再經(jīng)ASI流送入50 W CMMB數(shù)字發(fā)射機(jī)，同頻全向發(fā)射，由此實(shí)現(xiàn)溫春城區(qū)半徑1.8 km較大范圍內(nèi)的補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化。傳輸原理如圖4所示。

圖4 移頻傳輸原理框圖

此類型補(bǔ)點(diǎn)站的特點(diǎn)是信號(hào)移頻傳輸同頻信號(hào)發(fā)射，通過(guò)數(shù)字微波的信號(hào)移頻傳輸，實(shí)現(xiàn)了將收發(fā)天線有效地拉遠(yuǎn)，解決了傳統(tǒng)同頻直放站隔離度難以做大的問(wèn)題。

考慮到補(bǔ)點(diǎn)站引入的時(shí)延（≤5 μs），在控制補(bǔ)點(diǎn)站覆蓋范圍的條件下，（覆蓋半徑控制在1.8 km），補(bǔ)點(diǎn)站的發(fā)射信號(hào)和主站發(fā)射信號(hào)不會(huì)在覆蓋區(qū)產(chǎn)生同頻干擾，非常適用于城區(qū)、市郊區(qū)較大范圍的補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化覆蓋。

3.1.2 覆蓋場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)

溫春（黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院）直放站適合采用一體化垂直天線，天線增益：14 dB，帶寬8 MHz，發(fā)射天線安裝高度為35 m，CMMB數(shù)字電視發(fā)射機(jī)單頻網(wǎng)為41CH，直放站發(fā)射功率輸出50 W，根據(jù)Okumura/Hata模型[6]進(jìn)行計(jì)算。

Okumura/Hata模型是應(yīng)用較為廣泛的覆蓋預(yù)測(cè)模型，它是以準(zhǔn)平滑地形的市區(qū)作基準(zhǔn)，其余各區(qū)的影響均以校正因子的形式出現(xiàn)。Okumura/Hata模型市區(qū)的基本傳輸損耗經(jīng)驗(yàn)公式[2，6-7]為

式中：Lb為市區(qū)準(zhǔn)平滑地形電波傳播損耗中值（dB）；f為工作頻率（MHz）；hb為基站天線有效高度（m）；hm為移動(dòng)臺(tái)天線有效高度（m）；d為移動(dòng)臺(tái)與基站之間的距離（km）；α（hm）為移動(dòng)臺(tái)天線高度因子；s（a）為建筑物密度因子，a為建筑物密度。

一般移動(dòng)接收終端天線有效高度可取1.5 m，在CMMB系統(tǒng)中，α（hm）約為0。因此，市區(qū)基本傳輸損耗計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)公式（式（1））可表示為

對(duì)于郊區(qū)，經(jīng)驗(yàn)公式可修正為

對(duì)于鄉(xiāng)村，經(jīng)驗(yàn)公式可修正為

對(duì)于開(kāi)闊地，經(jīng)驗(yàn)公式可修正為

利用上述公式，可計(jì)算出，市區(qū)的自由空間路徑損耗Lb=136.72 dB，淺室覆蓋半徑為2 km。

對(duì)于溫春鎮(zhèn)補(bǔ)點(diǎn)區(qū)域因高層建筑物較稀少，s（a）可取0 dB。

考慮溫春對(duì)于（QPSK，1/2）淺室接收電平指標(biāo)，接收信號(hào)電平路徑衰減后不低于其門限電平47 dBμV/-60 dBm，由此可以計(jì)算出允許的最大衰減值為

L溫春=14 dB+10lg（50 000）dB-（-60 dBm）=121 dB

針對(duì)（QPSK，1/2）的各種使用環(huán)境所需的最小空間電平門限值，可以計(jì)算出該補(bǔ)點(diǎn)站在不同使用環(huán)境下的覆蓋半徑預(yù)測(cè)，見(jiàn)表3。

表3 補(bǔ)點(diǎn)站在不同使用環(huán)境下的覆蓋半徑預(yù)測(cè)值

3.2 室內(nèi)補(bǔ)點(diǎn)

3.2.1 原理框圖

市區(qū)室內(nèi)采用無(wú)線增補(bǔ)星型分配系統(tǒng)，100或200 mW同頻直放站，補(bǔ)點(diǎn)區(qū)域?yàn)闃亲忠粚?、二層，發(fā)射天線為東一條路地下商業(yè)街，深層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化補(bǔ)點(diǎn)采用無(wú)線接收增補(bǔ)星型分配系統(tǒng)全向吸頂天線，如圖5所示。

圖5 室內(nèi)分配原理框圖

室內(nèi)選用2 W，10 W，20 W直放站，太平路地下商業(yè)街去往平安街曼哈頓商城，對(duì)地下1.2 kW商業(yè)街分布補(bǔ)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。信號(hào)接收采用U段定向高增益接收天線，通過(guò)2 W干線放大放器經(jīng)耦合分配系統(tǒng)傳輸?shù)礁采w區(qū)域，吸頂發(fā)射天線安裝在天棚下方，在室內(nèi)能夠達(dá)到良好覆蓋效果。

3.2.2 覆蓋場(chǎng)強(qiáng)預(yù)測(cè)

按設(shè)計(jì)的初步分析，全向吸頂天線的覆蓋半徑最遠(yuǎn)為15 m，初步設(shè)計(jì)天線口最弱功率為8.0 dBm，該天線覆蓋區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)具體分析如下

式中：PL（d0）為距天線1 m處的自由空間損耗，工作頻率取738 MHz，n取3（見(jiàn)表4），F(xiàn)AF取10 dB（見(jiàn)表5）。

表4 不同環(huán)境下的n取值

表5 不同條件下的FAF取值

本方案中，天線口功率在8.7～18 dBm之間，故

理論上邊緣場(chǎng)強(qiáng)的范圍為-57.2～-66.5 dBm，對(duì)比表2接收門限值，確定本設(shè)計(jì)可以保證良好的覆蓋效果。

3.3 測(cè)試結(jié)果

溫春鎮(zhèn)（黑龍江農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)職業(yè)學(xué)院）移頻傳輸同頻覆蓋補(bǔ)點(diǎn)站建設(shè)于2011年2月完工后，CMMB工程項(xiàng)目組技術(shù)人員對(duì)補(bǔ)點(diǎn)覆蓋區(qū)域進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試儀器為Annitsu-MS2711頻譜儀，GPS和CMMB接收終端。

補(bǔ)點(diǎn)完成后，室外場(chǎng)強(qiáng)可達(dá)-40～-60 dBm，可滿足（QPSK，1/2）信道參數(shù)條件下的覆蓋要求：淺室接收的補(bǔ)點(diǎn)站覆蓋半徑為1.5～2 km，移動(dòng)接收的補(bǔ)點(diǎn)站覆蓋半徑為3 km，車載/室外接收的補(bǔ)點(diǎn)覆蓋半徑為2.9 km。實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)表明，溫春鎮(zhèn)高層建筑少，信號(hào)遮擋影響小，采用6 GHz微波移頻傳輸同頻發(fā)射補(bǔ)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)覆蓋面積較大，效果良好，達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)要求；同遠(yuǎn)距離光纖信號(hào)傳輸相比，造價(jià)低，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)用性，對(duì)郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)CMMB網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化建設(shè)有著較強(qiáng)的可操作性。

牡丹江市區(qū)淺室內(nèi)和地下深室內(nèi)補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化完工后，經(jīng)實(shí)際測(cè)量結(jié)果為：百貨大樓、電腦商城、商業(yè)大廈、火車站等13個(gè)場(chǎng)所建筑物一層、二層補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化后室內(nèi)分布場(chǎng)強(qiáng)均在-46～-65 dBm，曼哈頓、金街、東一條路地下商業(yè)街共計(jì)2.4 km地下深室內(nèi)補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化后各區(qū)域接收?qǐng)鰪?qiáng)在-47～-69 dBm之間，終端用戶實(shí)際使用效果良好，達(dá)到預(yù)期目的。

4 結(jié)論

移頻傳輸同頻發(fā)射補(bǔ)點(diǎn)站克服了傳統(tǒng)同頻直放站隔離度低、發(fā)射功率小、不能全向覆蓋的弊端，可以與主站組成單頻網(wǎng)進(jìn)行較大區(qū)域的較大功率補(bǔ)點(diǎn)優(yōu)化覆蓋，特別適合于CMMB室外補(bǔ)點(diǎn)。

室內(nèi)同頻轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)成熟，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，覆蓋效果良好，適合于“深室內(nèi)”覆蓋。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，為牡丹江市CMMB下一步覆蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)積累了第一手?jǐn)?shù)據(jù)，同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)對(duì)全省CMMB補(bǔ)點(diǎn)站建設(shè)具有參考價(jià)值。

[1]姜法林.牡丹江市CMMB覆蓋方案的技術(shù)探討[J].電視技術(shù)，2011，35（4）：17-19.

[2]國(guó)家廣播電影電視總局科技司.移動(dòng)多媒體廣播技術(shù)白皮書(shū)[EB/OL].[2010-06-08].http：//www.chinasarftgov.cn/shanty/resouree/appendix/2008/08/13/20080828102948290472.doc.

[3]夏治平，解偉.CMMB網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的覆蓋計(jì)算[J].電信技術(shù)，2008（12）：21-23.

[4]王麟，王義林.CMMB系統(tǒng)搭建及覆蓋效果分析[J].中國(guó)數(shù)字電視，2009（1）：50-51.

[5]胡珍仁.地級(jí)市城區(qū)CMMB覆蓋網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)[J].廣播與電視技術(shù)，2009（3）：44-46.

[6]宋曦彤，張曉林，文慧霞，等.一種國(guó)標(biāo)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)覆蓋的規(guī)劃方法[J].電視技術(shù)，2009，33（11）：9-11.

[7]GSM網(wǎng)絡(luò)室外直放站的設(shè)計(jì)[EB/OL].（2010-02-26）[2010-10-08].http：//tech.c114.net/164/a484768.html.