牛潤峰

(太原市教育電視臺(tái)，山西太原 030024)

0 引言

中國移動(dòng)多媒體廣播(China Mobile Multimedia Broadcasting CMMB)是我國研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)字多媒體廣播標(biāo)準(zhǔn)。CMMB通過衛(wèi)星和地面輻射系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天地一體的大面積廣播覆蓋。即通過衛(wèi)星進(jìn)行大面積廣播覆蓋，而對(duì)于衛(wèi)星覆蓋的陰影區(qū)則采用地面轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增補(bǔ)并采用獨(dú)立的分發(fā)信道向地面轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)分發(fā)廣播信道數(shù)據(jù)?？梢詾?in以下小屏幕，包括手機(jī)、MP4、GPS等各類終端在內(nèi)的便攜設(shè)備提供多路音、視頻，廣播業(yè)務(wù)。CMMB具有高覆蓋率、低成本、高質(zhì)量、易接受、可移動(dòng)、便攜帶、服務(wù)廣等優(yōu)勢，是廣播方式的手機(jī)電視。CMMB的服務(wù)可包括電視、廣播、天氣、交通導(dǎo)航、國家及政府的緊急廣播，購物生活信息、電子雜志、電子報(bào)紙等。

1 CMMB的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 CMMB系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，系統(tǒng)分為中央平臺(tái)和各地方平臺(tái)兩部分，中央平臺(tái)集成6至7套視音頻節(jié)目和多種數(shù)據(jù)源，對(duì)這些節(jié)目和數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，均以IP數(shù)據(jù)的方式加入到加擾器中由加擾器配合，CAS進(jìn)行加擾加密處理，加擾后的節(jié)目和數(shù)據(jù)發(fā)射上星，由衛(wèi)星傳輸至各地方平臺(tái)。各地方平臺(tái)節(jié)目源分為兩部分，一部分是衛(wèi)星下傳的中央平臺(tái)節(jié)目，另一部分是本地自辦節(jié)目，對(duì)于衛(wèi)星下傳節(jié)目，直接由接收機(jī)接收為IP信號(hào)輸出，本地節(jié)目同樣分為視音頻節(jié)目和各種數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行和中央平臺(tái)相同的處理轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)，將以上兩部分IP數(shù)據(jù)共同經(jīng)過CMMB復(fù)用器復(fù)用，然后由本地單頻網(wǎng)中的發(fā)射機(jī)進(jìn)行發(fā)射或輸入到SDH網(wǎng)中傳輸下去。在中央和各地方平臺(tái)分布建設(shè)CAS、Boss和業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，這些軟件系統(tǒng)之間相互進(jìn)行通訊以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的加擾加密、用戶管理、業(yè)務(wù)管理以及設(shè)備管理，并解決手持終端漫游接收問題。

2 當(dāng)前CMMB覆蓋情況

從2008年北京奧運(yùn)會(huì)前正式播出以來，已經(jīng)完成了全網(wǎng)320個(gè)地級(jí)以上城市的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，正在積極推進(jìn)縣以上城市以及人口密集的城鎮(zhèn)覆蓋，建成了全球最大的移動(dòng)多媒體廣播電視網(wǎng)絡(luò)。我國的CMMB手持電視覆蓋工程由于種種原因，原有S波段衛(wèi)星覆蓋網(wǎng)絡(luò)改為主要采用廣播頻段(U波段)在地面覆蓋為主。CMMB的U波段地面覆蓋采用單發(fā)射臺(tái)覆蓋或單頻網(wǎng)覆蓋兩種覆蓋方式。

3 相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

在地面轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)與衛(wèi)星的組網(wǎng)中，最關(guān)鍵的問題是時(shí)間同步，為此CMMB在衛(wèi)星分發(fā)信道中采用了將時(shí)間同步信號(hào)以擴(kuò)頻弱信號(hào)的形式疊加在數(shù)據(jù)信號(hào)上的方案即廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，移動(dòng)多媒體廣播第9部分:衛(wèi)星分發(fā)信道幀結(jié)構(gòu)，信道編碼和調(diào)制。地面轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)通過與同步信號(hào)進(jìn)行同步，在指定的時(shí)間對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行OFDM調(diào)制和轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)與衛(wèi)星廣播信號(hào)的時(shí)間同步。信源編碼方式:視頻壓縮編碼采用H.264，音頻壓縮編碼采用AAC。信道采用CMMB信道編碼與調(diào)制，U波段發(fā)射，接收由復(fù)用器輸出的碼流信號(hào)進(jìn)行CMMB編碼，對(duì)進(jìn)行CMMB編碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行OFDM調(diào)制，遵循標(biāo)準(zhǔn)GP/T 220.1-2006。協(xié)議支持完整的CMMB復(fù)用協(xié)議。

圖2 CMMB數(shù)字發(fā)射機(jī)原理圖

在《GY/T 220.1-2006移動(dòng)多媒體廣播第1部分:廣播信道幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標(biāo)準(zhǔn)中，詳細(xì)地介紹了移動(dòng)多媒體廣播信道的功能及其實(shí)現(xiàn);與歐洲標(biāo)準(zhǔn)PVB-T.國標(biāo)GB20600-2006相比，其單頻網(wǎng)的應(yīng)用組建:(1)不需要獨(dú)立的單頻網(wǎng)適配器配合，單頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器功能部分嵌在復(fù)用器中完成。(2)打包復(fù)用流PMS從前端機(jī)房經(jīng)過傳輸分配網(wǎng)絡(luò)到達(dá)單頻網(wǎng)中各個(gè)發(fā)射臺(tái)的時(shí)延不能超過5 s。(3)為了抵抗多徑干擾。歐洲標(biāo)準(zhǔn)DVB-T采用保護(hù)間隔來實(shí)現(xiàn)，國標(biāo)GB 20600-2006采用PN序列來保障。CMMB采用循環(huán)前綴技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，其時(shí)間長度為51.2 μs，因此，從理論上分析，單頻網(wǎng)相鄰發(fā)射臺(tái)之間的最大距離不超過15.36 km。

4 覆蓋方式

4.1 單點(diǎn)發(fā)射

對(duì)于縣一級(jí)的城市覆蓋，由于其人口相對(duì)集中，區(qū)域面積相對(duì)小，采用單點(diǎn)發(fā)射。一般情況下，發(fā)射功率為數(shù)字平均功率1 kW，采用六縫隙天線、極化方式為水平極化，天線掛高大于50 m，天線主向調(diào)至市中心區(qū)方向，正常情況下以城中心為點(diǎn)20 km范圍內(nèi)可達(dá)到有效覆蓋。采用U波段同頻轉(zhuǎn)發(fā)器(10 W)進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)以解決小范圍的陰影區(qū)達(dá)到深度覆蓋。

4.2 單頻網(wǎng)覆蓋

對(duì)于中等以上城市，尤其是大型城市，單點(diǎn)覆蓋不可能達(dá)到有效覆蓋，必須采用多點(diǎn)組網(wǎng)的覆蓋，組建單頻網(wǎng)是最經(jīng)濟(jì)有效的覆蓋形式。在單頻網(wǎng)規(guī)劃過程中，要根據(jù)覆蓋區(qū)域、地形、地貌等客觀因素以及臺(tái)站間距的具體要求，合理規(guī)劃每個(gè)發(fā)射臺(tái)的臺(tái)址、發(fā)射天線場形、發(fā)射機(jī)輸出功率，以平衡各個(gè)發(fā)射臺(tái)站的覆蓋區(qū)域，實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)理論上的無縫覆蓋。為此要考慮以下幾個(gè)方面:

(1)根據(jù)CMMB保護(hù)間隔為51.2 μs的標(biāo)準(zhǔn)，為了使得終端接收的多徑信號(hào)落在保護(hù)間隔內(nèi)，發(fā)射站點(diǎn)間的距離要盡量小于51.2 μs×0.3 km/μs即 15.36 km。

(2)主發(fā)射點(diǎn)要選用原有的省或市的發(fā)射臺(tái)站，因?yàn)槠溆锌梢岳秒娫?、機(jī)房、發(fā)射鐵塔及維護(hù)管理技術(shù)人員。

(3)新點(diǎn)選擇盡量在各個(gè)城區(qū)的中心附近的區(qū)域。盡量選擇較高的發(fā)射地型，同時(shí)能保證發(fā)射機(jī)房所需的電力，信號(hào)傳輸、安全、物業(yè)等各方面。

(4)CMMB單頻網(wǎng)必須保證頻率同步，時(shí)間同步與碼元同步，而頻率與時(shí)間同步信號(hào)均來自于GPS系統(tǒng)，因此GPS要保證能夠搜索到4顆星以上確保GPS系統(tǒng)的正常工作。

(5)單頻網(wǎng)組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從理論研究計(jì)算和實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，正三角形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到較好的覆蓋效果。如果需要更大范圍的地面覆蓋也可以采用六邊形單頻網(wǎng)拼結(jié)，像蜂窩一樣構(gòu)成一個(gè)擴(kuò)展的單頻網(wǎng)。

(6)單頻網(wǎng)技術(shù)可以在盡量小的功率條件下實(shí)現(xiàn)更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，既節(jié)省了無線電頻率資源，也節(jié)省了功率資源，同時(shí)相較小的功率也易于控制邊緣覆蓋，降低了功率規(guī)劃的壓力，此外單頻網(wǎng)機(jī)制確保了定點(diǎn)補(bǔ)網(wǎng)機(jī)制得以實(shí)現(xiàn)，可以針對(duì)性地對(duì)某些區(qū)域進(jìn)行覆蓋調(diào)整和優(yōu)化，但是在組建單頻網(wǎng)的過程中，應(yīng)充分考慮網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展，保持網(wǎng)絡(luò)的開放性，盡量在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)保證單頻網(wǎng)的平穩(wěn)。

5 單頻網(wǎng)組網(wǎng)分析和調(diào)試

單頻網(wǎng)的組網(wǎng)過程一般需經(jīng)過發(fā)射站點(diǎn)勘選、理論分析和覆蓋試算、實(shí)際接收效果測試。在單頻網(wǎng)組建技術(shù)方案制定后，首先要對(duì)單頻網(wǎng)的覆蓋效果進(jìn)行理論預(yù)測，便于理論分析和網(wǎng)絡(luò)調(diào)整優(yōu)化，為工程調(diào)試提供參考依據(jù)，工程設(shè)計(jì)人員需要參考相關(guān)傳播模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合地形地貌數(shù)據(jù)、工作頻率、發(fā)射天線場形、增益等相關(guān)技術(shù)參數(shù)計(jì)算出覆蓋區(qū)域中各個(gè)接收點(diǎn)的場強(qiáng)預(yù)測值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行可靠的干擾分析，以便確定接收點(diǎn)場強(qiáng)是否滿足用戶終端的接收要求，單頻網(wǎng)組建是否實(shí)現(xiàn)覆蓋目標(biāo)。

圖3 單頻網(wǎng)系統(tǒng)

CMMB網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與調(diào)試、調(diào)整是根據(jù)實(shí)際收測覆蓋情況進(jìn)行，包括調(diào)整發(fā)射機(jī)的輸出功率、調(diào)整發(fā)射天線的場形、調(diào)整發(fā)射機(jī)的延時(shí)，必要時(shí)重新選擇發(fā)射站點(diǎn)和進(jìn)行小功率補(bǔ)點(diǎn)等。

6 小結(jié)

2008年北京奧運(yùn)會(huì)期間，國家廣電總局在全國37個(gè)大城市進(jìn)行了CMMB網(wǎng)絡(luò)覆蓋工程。在北京市建成了以7點(diǎn)發(fā)射臺(tái)站組成的單頻網(wǎng)和12個(gè)小功率增補(bǔ)器補(bǔ)點(diǎn)的建設(shè)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了對(duì)五環(huán)以內(nèi)主要區(qū)域以及六環(huán)部分地區(qū)的良好覆蓋，開創(chuàng)了奧運(yùn)歷史上首次移動(dòng)多媒體廣播服務(wù)奧運(yùn)會(huì)的歷史。在山西目前正在全省所有地級(jí)以上城市和大部分縣城進(jìn)行CMMB覆蓋建設(shè)，太原市CMMB在西山二二八發(fā)射臺(tái)以24頻道、數(shù)字3kW發(fā)射機(jī)的單點(diǎn)發(fā)射，而在市區(qū)由老軍營電視發(fā)射中心，東山的太原市廣播電視發(fā)射臺(tái)和永安站、晉源站、四點(diǎn)4部數(shù)字1kWCMMB發(fā)射機(jī)以18頻道組成的單頻網(wǎng)系統(tǒng)，該覆蓋系統(tǒng)經(jīng)過一年多的運(yùn)行，其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，覆蓋效果較好，通過對(duì)太原地區(qū)實(shí)際接收、測試(用手機(jī)終端進(jìn)行收測)，絕大部分地區(qū)接收信號(hào)畫面清晰，聲音清楚且信號(hào)穩(wěn)定。

［1］張黎晨，張黎暉，何繼元.定西CMMB手持電視發(fā)射系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐［G］.2010年第十二屆全國消費(fèi)電子技術(shù)年會(huì)暨數(shù)字電視研討會(huì)、論文集，2010:233.

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