文丨賈大武

（山西省運城市廣播電視臺，山西運城 044000）

單頻網(wǎng)是指整個發(fā)射網(wǎng)中的所有發(fā)射機(jī)在允許的范圍內(nèi)同時發(fā)射同樣頻率同樣內(nèi)容的信號，架設(shè)單頻網(wǎng)的目的是擴(kuò)大單個發(fā)射機(jī)的覆蓋范圍，實現(xiàn)對一定范圍（一個城市或一個地區(qū)）的可靠覆蓋。

1 CMMB單頻網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)

CMMB單頻網(wǎng)主要由網(wǎng)絡(luò)前端、傳輸網(wǎng)及數(shù)字發(fā)射機(jī)組成，其基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:

現(xiàn)分述其各部分具體組成及功能

1.1 網(wǎng)絡(luò)前端

網(wǎng)絡(luò)前端主要由衛(wèi)星接受機(jī)、GPS接收機(jī)、編碼器、交換機(jī)、復(fù)用器和碼流監(jiān)測器等組成,其主要功能是對接收到的視音頻信號和數(shù)據(jù)信號進(jìn)行編碼復(fù)用，然后把具有同步信息的多路節(jié)目傳輸流信號輸出給傳輸網(wǎng)。以我臺前端為例其框圖如下圖所示:

1.1.1 編碼器

其主要功能是對模擬的視頻信號進(jìn)行編碼處理組成H.264碼流格式對模擬的音頻信號進(jìn)行編碼處理組成數(shù)字AAC++碼流格式然后整合視頻和音頻數(shù)據(jù)成為同步的節(jié)目碼流按照相應(yīng)格式輸出給復(fù)用器。我臺用的北京創(chuàng)毅視訊公司的編碼器采用最新的算法，可支持多種時隙（1時隙、2時隙、4時隙）的碼率輸出，也可通過手動設(shè)置靈活設(shè)置輸出碼率。另外增加了添加臺標(biāo)和字幕的功能，可對添加的播出效果進(jìn)行預(yù)覽，而且臺標(biāo)和字幕支持真彩色．并且視頻支持模擬復(fù)合信號輸入和數(shù)字SDI信號輸入及預(yù)處理功能（圖像調(diào)整、噪聲過濾、亮度，對比度調(diào)整）,音頻支持?jǐn)?shù)字AES-EBU和嵌入SDI音頻輸入及立體聲音頻編碼。

1.1.2 復(fù)用器

其主要功能是將多路節(jié)目及數(shù)據(jù)碼流復(fù)用在一個數(shù)據(jù)碼流中然后用一個符合要求的接口把數(shù)據(jù)輸出出去，技術(shù)上其支持時間分片技術(shù)集成,支持在一個無線信道里應(yīng)用不同的調(diào)制模式。

1.1.3 碼流監(jiān)測器碼流監(jiān)測器主要用來監(jiān)測復(fù)用器輸出的碼流有無以及碼流是否正常，當(dāng)復(fù)用器碼流無輸出或者錯誤時進(jìn)行報警；碼流監(jiān)測器支持兩路PMS碼流輸入分析，并可對輸入的碼流進(jìn)行輸出選擇；同時對選擇的碼流進(jìn)行多路分配，最多可實現(xiàn)八路同時輸出。CMMB碼流監(jiān)測器實現(xiàn)了復(fù)用器的熱備切換，當(dāng)主復(fù)用器輸出的碼流異常時，可通過監(jiān)控軟件自動或手動切換到備復(fù)用器。碼流監(jiān)測器還省去了碼流分配器，碼流監(jiān)測器輸出的八路碼流可同時輸出到不同傳輸網(wǎng)絡(luò)。

1.1.4 GPS接收機(jī)

GPS接收機(jī)負(fù)責(zé)給復(fù)用器提供10MHz頻率基準(zhǔn)、1PPS（1秒鐘一個脈沖）時間基準(zhǔn)和TOD信號，以實現(xiàn)所有發(fā)射機(jī)同步工作。

1.1.5 衛(wèi)星接受機(jī)

衛(wèi)星接受機(jī)負(fù)責(zé)接收衛(wèi)星上的電視信號及廣播信號以及其它數(shù)字信號來作為前端系統(tǒng)除本地節(jié)目外的信號源。

1.1.6 交換機(jī)交換機(jī)負(fù)責(zé)將衛(wèi)星接受機(jī)及編碼器輸出的各個信息包獨立地從源端口送至目的端口，避免了互相發(fā)生碰撞干擾。

1.2 傳輸網(wǎng)

傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)把具有同步的多路節(jié)目傳輸流信號從前端傳送到各個發(fā)射臺，便于同步調(diào)制發(fā)射；一般有兩種類型，一是光纖傳輸網(wǎng)，二是微波傳輸網(wǎng)，我臺采用單路ASI/SDI光端機(jī)光纖傳輸網(wǎng)。其基本組成框圖如下:

1.3 數(shù)字發(fā)射機(jī)

傳輸網(wǎng)傳來的多路節(jié)目傳輸流信號到達(dá)數(shù)字發(fā)射機(jī)的調(diào)制器后，調(diào)制器將信號進(jìn)行信道編碼并調(diào)制成射頻信號然后送到功放進(jìn)行功率放大，最后通過發(fā)射天線將射頻信號發(fā)射到周圍空間。如下圖所示，其中GPS接收機(jī)為調(diào)制器提供10MHz頻率基準(zhǔn)、1PPS時間基準(zhǔn)和TOD信號使多個發(fā)射機(jī)能同步工作。

2 CMMB單頻網(wǎng)的技術(shù)原理

CMMB單頻網(wǎng)的基本技術(shù)原理就是三個同步即頻率同步，時間同步和比特同步。頻率同步是為確保接收機(jī)能將接收信號之外的其他發(fā)射機(jī)來的信號視為回波，一般允許偏差1Hz，為了達(dá)到這個要求，每個發(fā)射機(jī)中的所有振蕩器的頻率都必須滿足一個很小的頻率差，以保證發(fā)射機(jī)信號頻率達(dá)到需要的精度，CMMB發(fā)射機(jī)采用由GPS接收機(jī)提供的10MHz信號作為共同的參考。時間同步是為了確保其他發(fā)射機(jī)信號與要接收信號之間的時延在接收機(jī)能夠抵抗的多徑時延范圍內(nèi)，為此要求不同發(fā)射機(jī)的發(fā)送信號之間的時延應(yīng)該比系統(tǒng)能夠抵抗的時延最大值小很多，這樣系統(tǒng)能夠抵抗更長的多徑時延，一般時間同步精度要求±1μs。 實際應(yīng)用中，有時要在單頻網(wǎng)的某個特定發(fā)射機(jī)上精確調(diào)節(jié)時間偏移量，以達(dá)到對某個覆蓋區(qū)域最好的覆蓋效果。比特同步是指單頻網(wǎng)中各發(fā)射機(jī)在相同的時刻發(fā)送相同的信號幀，即不同發(fā)射機(jī)同一時刻發(fā)送的信號幀應(yīng)完全一致，不存在差異，這就要求所有信號幀在各個發(fā)射機(jī)中被完全一樣的調(diào)制。在射頻信號分散產(chǎn)生的單頻網(wǎng)中，為保證比特同步，除了首先要保證輸入到單頻網(wǎng)中各個調(diào)制器的碼流逐比特對應(yīng)相同，同時還要求各個調(diào)制器對輸入碼流的分組也相同，使得對一個信號幀調(diào)制的數(shù)據(jù)逐比特對應(yīng)相同，此外調(diào)制器的隨機(jī)化過程也應(yīng)相同。

3 CMMB單頻網(wǎng)的特點

3.1 可對盲區(qū)進(jìn)行填補(bǔ)發(fā)射

由于無線電信號本身的特性，在高樓林立的大城市中，無論單個數(shù)字電視發(fā)射站點的發(fā)射功率多大都會有很多地方信號覆蓋不到，這些覆蓋不到的區(qū)域就是盲區(qū)，CMMB單頻網(wǎng)通過同頻直放站的（相當(dāng)于和原來的信號組成單頻網(wǎng)）補(bǔ)點發(fā)射的辦法就可以覆蓋這些盲區(qū)，或得較好的覆蓋率。

3.2 節(jié)省頻譜資源

傳統(tǒng)的多頻網(wǎng)模式必須要利用蜂窩原理在相鄰區(qū)域采用不同的頻率來防止同頻干擾，而數(shù)字電視單頻網(wǎng)技術(shù)則可以通過組建單頻網(wǎng)來實現(xiàn)數(shù)字電視廣播，在一個大區(qū)域內(nèi)使用同樣的頻率資源，這樣可以大大地提高頻率利用率。對于CMMB而言，頻率資源也是非常有限的，因此采用單頻網(wǎng)技術(shù)對于CMMB來說是至關(guān)重要的。

3.3 較高的功率效率

單頻網(wǎng)技術(shù)不僅使網(wǎng)絡(luò)頻率效率提高，而且可以使網(wǎng)絡(luò)的功率效率提高，這個道理比較明顯，例如在一個接收點，它的功率變化幅度較大，采用傳統(tǒng)的方法唯一的辦法是加大發(fā)射機(jī)功率，讓該點的功率富裕量大，才能保證正常接收，造成功率浪費；采用單頻網(wǎng)模式，接收點可以接收不同發(fā)射機(jī)的信號，同時也可以接收多路發(fā)射和折射的信號，這些多徑信號的平均效應(yīng)可以降低場強(qiáng)的變化范圍，同時對每個發(fā)射機(jī)的功率要求也降低了。

3.4 更平均的功率覆蓋

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，只有單一的大功率發(fā)射機(jī)在區(qū)域中間發(fā)射，必定會造成近端場強(qiáng)高，而遠(yuǎn)端場強(qiáng)弱，功率分布不均勻，同時在樓宇和高大建筑的背面，必定會有陰影區(qū)，同樣接收效果不好。而在單頻網(wǎng)中，多個發(fā)射機(jī)接近均勻地分布網(wǎng)絡(luò)中，這樣的效果使得功率比較均勻地分布在整個區(qū)域，同時也避免了樓宇有大的陰影區(qū)域，顯而易見改善了功率的均勻覆蓋效果。

3.5 可靈活調(diào)整或增加覆蓋區(qū)

對于CMMB廣播來說，前期建網(wǎng)后，總有一些區(qū)域可能沒有達(dá)到理想的覆蓋效果，這樣可以采用單頻網(wǎng)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的調(diào)整，可以采用增加單頻網(wǎng)發(fā)射機(jī)和同頻直放站的方法來改善覆蓋效果。

4 單頻網(wǎng)如何布網(wǎng)

單頻網(wǎng)布網(wǎng)應(yīng)注意以下幾點

4.1 網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

單頻網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃就是在滿足三個同步的前提條件下，如何根據(jù)最低的接收場強(qiáng)和保護(hù)率等規(guī)劃參數(shù)以及覆蓋區(qū)的環(huán)境和覆蓋要求來優(yōu)化單頻網(wǎng)的臺站位置、功率和天線的方向圖，以獲得最好的覆蓋效果和功率利用效率。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃合理可降低單頻網(wǎng)建設(shè)的成本，避免干擾，提高效率。

建站距離因為CMMB信號的符號間插入的循環(huán)前綴CP為51.2us，根據(jù)多徑信號之間的時延差不能超過循環(huán)前綴的長度的要求，因此相鄰發(fā)射臺站之間的距離最大不要超過51.2μs×3×108米/秒＝15.36Km，以保證單頻網(wǎng)相鄰發(fā)射臺站之間不會產(chǎn)生符號干擾重疊覆蓋區(qū)的優(yōu)化從理論上說單頻網(wǎng)覆蓋區(qū)的重疊不會產(chǎn)生同頻干擾，但是由于多種因素，可能造成接收效果不理想，這就得靠優(yōu)化各發(fā)射站點的功率、信號延時來改善組網(wǎng)效果，其優(yōu)化原則是要盡力減少長延時和強(qiáng)多徑信道存在的區(qū)域。單頻網(wǎng)一般可以做到的是在重疊覆蓋區(qū)多徑較強(qiáng)時，可以將延時控制得較?。ɡ缧∮?0us）；在多徑延時較長時，可以將多徑的強(qiáng)度控制得較?。ㄐ∮?0dB）。

4.2 超出安全距離的情況

當(dāng)單頻網(wǎng)的相鄰發(fā)射臺站超出15.36Km的安全距離時，就會有一部分交叉覆蓋區(qū)域，在交叉覆蓋區(qū)內(nèi)，如果接收到的主信號與另一發(fā)射臺多徑干擾信號的信號強(qiáng)度之比超過接收門限也可以接收正常，但如果信噪比低于接收門限時，就有可能引起干擾。為此建站時可以綜合考慮當(dāng)?shù)氐牡乩砗腿丝诜植记闆r，適當(dāng)加大建站距離，保證大部分地區(qū)的覆蓋。

5 單頻網(wǎng)測試

在實際的建站過程中，要精確的進(jìn)行單頻網(wǎng)測試必須采用頻譜儀，但由于很多發(fā)射臺并不配置頻譜儀，為此也可以用手機(jī)來進(jìn)行粗略的測試。如果采用同一廠家激勵器，在出廠前先對激勵器進(jìn)行測試，在安裝好發(fā)射機(jī)后，在中間交叉覆蓋區(qū)用手機(jī)觀察接收效果，所接收的信號應(yīng)該沒有誤碼、馬賽克、卡和信號停頓的現(xiàn)象，如果有以上的現(xiàn)象就要分析，是否是功率和接收條件造成的，如果圖像流暢，就表明單頻網(wǎng)是組網(wǎng)成功了。不同廠家的發(fā)射機(jī)，最好在開通另一臺時，先在機(jī)房里，把兩個廠家的激勵器先調(diào)節(jié)好，能夠組成單頻網(wǎng)后再開通另一臺發(fā)射機(jī)，這時基本上都能組網(wǎng)成功。

[1] 李遠(yuǎn)東.CMMB超理論問距SFN設(shè)計的研究，《電視技術(shù)》2010年9期.

[2] 紀(jì)宏利.CMMB前端組網(wǎng)與遠(yuǎn)程協(xié)助，《電腦知識與技術(shù)》 2010年17期.