李婷婷，張國庭，涂 聰，李 霄

（國家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院，北京 100866）

CMMB單頻網(wǎng)接收端故障原因分析

李婷婷，張國庭，涂 聰，李 霄

（國家新聞出版廣電總局廣播科學(xué)研究院，北京 100866）

首先從理論和實際兩個方面綜合分析了單頻網(wǎng)發(fā)射端可能出現(xiàn)的故障，通過仿真軟件模擬發(fā)射端各類型故障，觀察接收端發(fā)生的相應(yīng)變化和產(chǎn)生不良接收的區(qū)域，從而在應(yīng)用中通過接收端的實際情況判斷發(fā)射端是否出現(xiàn)故障，以及出現(xiàn)故障的種類。

單頻網(wǎng)；SFN；故障；監(jiān)測

【本文獻(xiàn)信息】李婷婷，張國庭，涂聰，等.CMMB單頻網(wǎng)接收端故障原因分析[J].電視技術(shù)，2015，39（2）.

單頻網(wǎng)（Single Frequency Network，SFN）是指由位于多個不同地點、處于同步狀態(tài)的無線發(fā)射臺站，在同一時間使用相同頻率發(fā)射同一信號，最終實現(xiàn)對某一服務(wù)區(qū)內(nèi)的信號覆蓋。與傳統(tǒng)模擬廣播采用多頻網(wǎng)相比，單頻網(wǎng)節(jié)省頻率資源、多點同頻發(fā)射解決覆蓋盲區(qū)、多點小功率代替大功率發(fā)射機，可有效降低成本。

由于單頻網(wǎng)的組網(wǎng)方式和特性，在同一地點會接收來自多個臺站的信號。如來自其他發(fā)射臺站的信號是破壞性的，就可能對信號的接收產(chǎn)生影響，甚至產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。為進(jìn)一步全面了解單頻網(wǎng)同頻干擾產(chǎn)生的原因及其變化，本文以3個發(fā)射塔組成的單頻網(wǎng)為研究對象，重點對發(fā)射臺站技術(shù)參數(shù)與單頻網(wǎng)內(nèi)同頻干擾現(xiàn)象的相互關(guān)系進(jìn)行研究。

1 背景介紹

對于正式投入商業(yè)運營的單頻網(wǎng)，其覆蓋效果的優(yōu)質(zhì)保障尤為重要。為保障良好的覆蓋效果，一方面可通過監(jiān)測設(shè)備對發(fā)射臺站進(jìn)行實時監(jiān)控；另一方面，可通過對單頻網(wǎng)的覆蓋效果進(jìn)行實時監(jiān)測，從發(fā)射端和接收端兩個方面來保障單頻網(wǎng)的良好覆蓋。

本文中，首先分析發(fā)射臺站出現(xiàn)故障的原因及導(dǎo)致的最終故障現(xiàn)象，再以3個地理位置為等邊三角形、發(fā)射功率等技術(shù)參數(shù)相同的發(fā)射臺站為參考模型，對發(fā)射臺站各類故障現(xiàn)象進(jìn)行模擬仿真分析，從理論上獲得不同發(fā)射臺站出現(xiàn)不同故障后對整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋效果的影響，以便在單頻網(wǎng)出現(xiàn)故障時，通過發(fā)射端監(jiān)測結(jié)合接收端實際接收情況，能及時、快速、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障臺站，并明確故障原因，保障單頻網(wǎng)的覆蓋效果。

2 故障分析

如圖1所示，在單頻網(wǎng)系統(tǒng)中，信號源、傳輸分配網(wǎng)絡(luò)、GPS時鐘源、發(fā)射機房均有可能出現(xiàn)工作異常。

具體原因分析如下：

1）無信號輸入

信號源由于編碼器或者復(fù)用器等相關(guān)技術(shù)問題，導(dǎo)致所有的激勵器無信號輸入，或者由于鏈路傳輸?shù)膯栴}，導(dǎo)致個別發(fā)射臺站的激勵器無信號輸入。不同廠家激勵器在報警的同時，對此異常狀態(tài)的響應(yīng)有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發(fā)射機無功率輸出，相當(dāng)于關(guān)機狀態(tài)；一種是循環(huán)播放之前的緩存信號或者PN序列，占用播出頻道，以防其他非法信號占用，所有發(fā)射機有功率輸出，但是播出內(nèi)容有誤；或者個別發(fā)射臺站播出內(nèi)容與單頻網(wǎng)中其他發(fā)射臺站播出內(nèi)容不同，從而無法保障單頻網(wǎng)的比特同步。

2）抖動

信號源由于復(fù)用器工作異常，導(dǎo)致復(fù)用器輸出碼流溢出；或者信號在傳輸分配鏈路傳輸過程中，輸入給個別激勵器的碼流產(chǎn)生溢出現(xiàn)象。不同廠家激勵器在報警的同時，對此異常狀態(tài)的響應(yīng)有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發(fā)射機無功率輸出，相當(dāng)于關(guān)機狀態(tài)；一種是所有（個別）激勵器丟包現(xiàn)象嚴(yán)重，造成單頻網(wǎng)各個發(fā)射臺站無法實現(xiàn)比特同步。

3）GPS時鐘源

GPS時鐘源工作異常，一方面就無法鎖定，無時基信號給激勵器同步模塊；另一方面，輸出給激勵器同步模塊的時鐘信號格式錯誤，激勵器無法識別，也就無有效時鐘信號給激勵器。在此兩種情況下，不同廠家激勵器在報警的同時，對此異常狀態(tài)的響應(yīng)有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發(fā)射機無功率輸出，相當(dāng)于關(guān)機狀態(tài)；一種是轉(zhuǎn)為本地的時鐘或者備份的GPS時鐘源，本地的時鐘依賴于外部時鐘，而且精度比外部時鐘低2個數(shù)量級，當(dāng)應(yīng)急工作持續(xù)1～2個小時后，時鐘的誤差持續(xù)累積，會產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，導(dǎo)致個別發(fā)射臺站發(fā)射時間與單頻網(wǎng)中其他發(fā)射臺站發(fā)射時間不同，從而無法保障單頻網(wǎng)的時間同步。

圖1 單頻網(wǎng)系統(tǒng)故障分析

GPS時鐘源，還有一種異常工作狀態(tài)，即輸出的時鐘信號格式是正確的，但是輸出的時間基準(zhǔn)不準(zhǔn)，此時激勵器無法識別異常狀態(tài)，導(dǎo)致個別發(fā)射臺站發(fā)射時間與單頻網(wǎng)中其他發(fā)射臺站發(fā)射時間不同，從而無法保障單頻網(wǎng)的時間同步。

4）掉電

發(fā)射機房可能由于某些原因，導(dǎo)致機房出現(xiàn)停電故障，此時，發(fā)射臺站的發(fā)射設(shè)備處于關(guān)機狀態(tài)，發(fā)射機無功率輸出。

綜上所述，雖然出現(xiàn)故障的原因眾多，不同生產(chǎn)廠家的設(shè)備響應(yīng)也有所區(qū)別，但是通過總結(jié)與歸納，對單頻網(wǎng)系統(tǒng)造成的后果為以下3種：

1）無功率輸出，單頻網(wǎng)個別覆蓋區(qū)域接收效果普遍變差。

2）單頻網(wǎng)系統(tǒng)時間不同步，產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。單頻網(wǎng)個別覆蓋區(qū)域接收電平較高，但是依然無法正常解調(diào)接收。

3）單頻網(wǎng)系統(tǒng)比特不同步，產(chǎn)生同頻干擾現(xiàn)象。單頻網(wǎng)個別覆蓋區(qū)域接收電平較高，但是依然無法正常解調(diào)接收。

3 仿真覆蓋分析

3.1 無功率輸出仿真

覆蓋效果圖說明：如圖2所示，顏色設(shè)置如圖中最下面一行所示，單位為dBμV/m以及相對應(yīng)的dBm值。區(qū)域表示可接收臨界區(qū)域，相對應(yīng)的場強值52～55 dBμV/m（33～29 dBμV）。

圖2 原單頻網(wǎng)覆蓋效果圖

覆蓋效果圖說明：如圖3所示，顏色設(shè)置如圖中最下面一行所示，單位為dBμV/m以及相對應(yīng)的dBm值。區(qū)域表示可接收臨界區(qū)域，相對應(yīng)的場強值52～55 dBμV/m（33～29 dBμV）。

通過對3個發(fā)射臺站構(gòu)成的單頻網(wǎng)與2個發(fā)射臺站構(gòu)成的單頻網(wǎng)的覆蓋區(qū)域?qū)Ρ瓤芍?，?dāng)某臺站無功率輸出時，圖4中圓圈內(nèi)將出現(xiàn)設(shè)備終端接收不良的情況（有機會收到其他發(fā)射臺站的多徑信號，可以進(jìn)行主觀收看）。

3.2 產(chǎn)生同頻干擾仿真

圖3 關(guān)閉某一臺站后單頻網(wǎng)覆蓋效果圖

圖4 接收端信號不良區(qū)域示意圖

圖5 單頻網(wǎng)內(nèi)未產(chǎn)生同頻干擾覆蓋圖

通過對3個發(fā)射臺站構(gòu)成的單頻網(wǎng)的覆蓋和產(chǎn)生同頻干擾的仿真分析可知，在干擾產(chǎn)生的區(qū)域內(nèi)將出現(xiàn)設(shè)備終端接收不良的情況。

4 結(jié)論

通過對3個發(fā)射臺站組成的單頻網(wǎng)在正常情況下同步覆蓋分析，以及無功率輸出分析、時間不同步分析、比特不同步等不同故障下進(jìn)行同步覆蓋和同頻干擾分析可知，若在該單頻網(wǎng)內(nèi)出現(xiàn)終端接收不良的情況時，可以考慮是以下幾個故障因素：

圖6 單頻網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生同頻干擾覆蓋圖

1）當(dāng)接收終端出現(xiàn)主觀接收不良（有機會收到其他發(fā)射臺站的多徑信號，可以進(jìn)行主觀收看），并伴有接收信號電平明顯下降時，可考慮發(fā)射臺站內(nèi)某一臺站由于掉電等故障原因，出現(xiàn)無信號輸出的情況。

2）當(dāng)接收終端出現(xiàn)主觀接收不良，并且接收信號電平?jīng)]有明顯下降，變化不大時，可考慮是由于信號源或GPS時鐘等故障原因造成時間不同步或比特不同步，出現(xiàn)同頻干擾的情況。

[1]GB 20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)[S].2006.

[2] EN 300 744，Digital Video Broadcasing[S].1997.

[3] LIEBENOW U，ZIMMERMANN G.Investigations of single fre?quency networks for digital mobile radio systems based on COFDM[C]//Proc.48th IEEE Vehicular Technology Conference.Ottawa：IEEE Press，1998：2227-2231.

[4] MATTSSON A.Single frequency networks in DTV[J].IEEE Trans.Broadcasting，2005，51（4）：413-422.

[5] TANG Shigang，PAN Changyong，GONG Ke，et al.Propagation characteristics of distributed transmission with two synchronized transmitters[C]//Proc.IEEE 63rd Vehicular Technology Confer?ence.Melbourne：IEEE Press，2006：2932-2936.

[6]OLEARY T，RUTKOWSKI J.Combiningmultiple interfering field strengths:the simplified multiplication method and the physical and mathematical basis[J].(EBU)Telecommunication Journal，1982，49（7）：823-831.

[7] BERTONI H L.Radio propagation for modern wireless systems [M].[S.l.]：Prentice Hall PTR，2000.

責(zé)任編輯：薛 京

TN949

A

10.16280/j.videoe.2015.02.003

2014-07-22