DTMB单频网组网概述

白微微

（北京同方吉兆科技有限公司，北京 100083）

1 单频网简介

单频网（Single Frequency Network，SFN）是指由多个位于不同地点、位于同步状态的发射机组成的数字电视覆盖网络，以相同频率、在相同时刻发射相同节目信号，以实现对特定服务区的可靠覆盖。

首先，单频网内的发射机使用同一频率进行地面覆盖，可以提高频率资源的利用率；其次，多个发射台同时工作，也可以提高接收的可靠性，使用户在单频网覆盖地区不需要更改频道收看节目。另外，单频网组网方式在很大程度上降低了发射机的最小发射功率要求，可以采用小功率多布点的组网方式，总的发射功率也远远小于多频网一台发射机的发射功率；由于采用了多发射机，单频网组网方式的覆盖范围很大，而且不容易出现地区性死角，能够实现无缝覆盖；而且，由于使用同一发射频率，用户在整个单频网网络覆盖范围内移动接收不需要进行自适应频率变换，降低了接收机的制作难度。

在组建单频网时，保证各发射台之间的同步工作是确保单频网覆盖效果的一个首要问题。

2 单频网组网链路

单频网系统需要解决信源传输与发射台站设计两方面的问题。信源传输目前主要有以下方式（见图1）：

1）同步数字体系（SDH）干线网传输。适合于大范围覆盖，传输质量高，缺点是成本高，而且部分建站地区可能没有现成的网络。SDH网络中传输的MPEG TS流要符合 GB/T19263-2003标准[1]。

2）电视发射台发送传输。在覆盖区中心区域或高山上用一个频道发射数字电视信号，其余发射台接收该信号并解调后再调制，以单频网形式发射出去。该方案可以充分利用现有广电的有利资源，不受地面网络的限制，但需要多占用一个电视频道，且覆盖范围有限，仅适合于局部地区覆盖使用。

3）微波信道分发。TS码流可用数字微波系统进行一次分配，数字微波各次群接口定义与PDH（准同步数字体系）相同，链路设计要求达到低误码率标准。

在实际使用中可能几种方式混合使用。

3 DTMB单频网同步原理

DTMB标准的单频网系统主要由单频网适配器[2－4]、GPS接收机、支持单频网的调制器等部分组成。

SIP包是DTMB单频网实现同步的关键[4]。单频网适配器每秒向输入的TS码流中插入一个SIP包，插入时刻与GPS的秒脉冲1PPS（Pulse Per Secend）信号上升沿对齐。SIP包中各字节定义如图2所示。

图2 SIP包定义

各部分简介如下：

1）SIP头：和 TS流包头一样，符合 GB/T17975.1－2000有关规定[5]；由32 bit组成，其中PID号为0x0015。

2）SI－SIP：重新定义了DTMB的系统信息参数，如表1所示。

表1 SI－SIP定义的DTMB系统信息参数

3） 最大延时：由 24 bit组成，范围为 0～0.999 999 9 s，单位为100 ns，设置值应大于最大路径延迟时间。

4）广播寻址：寻址网内某一个发射机，可寻址范围由16 bit组成，其中全0状态表示寻址内所有发射机。

5）独立调整时延：由24 bit组成，在最大延时基础上，通过广播地址为指定的发射机添加独立调整延时，保证单频网中各发射机发射信号满足一定延时关系。

6）频偏设置：由24 bit组成，为特定的发射机添加频偏值，单位1 Hz。

7）功率控制：由16 bit组成，控制特定的发射机功率，单位0.1 dBm。

8）填充字节：TS流数据，共169 byte。每个字节均为0xff。

例如，实际数据的分析为47 40 15 10 A5 A0 89 54 40 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00……则表示：SI_SIP为1010010110100000 对 应 PN945/多 载 波/4QAM/0.6/720/不加导频/旋转相位；最大延时100010010101010001000000对应的最大延时实际值为9 000 000×100 ns=0.9 s。

如图3所示，在DTMB单频网中，适配器的主要功能就是插入SIP包。每隔一个大帧在TS流中插入一个初始化SIP包，SIP包的构成符合MPEG－2的TS流的标准。

图3 单频网适配器框图

4 SFN激励器

单频网激励器的功能示意图如图4所示。

单频网激励器主要完成信道编码调制、故障报警、主控通信等，还要实现频率同步、时间同步和比特同步这3个组网的重要工作。

1）频率同步

地面国标采用TDS-OFDM调制方式。单频网中的每个发射机都必须采用同一频率，为了使发射系统中的频率准确度满足要求，通常的做法是将所有发射机中激励器的上变频本振都同步到一个GPS参考时钟10 MHz参考源。

2）时间同步

在单频网中，激励器都是通过不同的分配链路与前端的设备连接，由于引入时时间延迟和信号处理时间都是不一样的，必须从系统外部获得一个精度好于1 μs的时间参考，通常的办法是从GPS中提取10 MHz标准频率和1PPS标准时间。

3）比特同步

在同一时间传输调制后的同一个字符是很重要的。如果同一载波上调制的不是同一比特，而对于终端来说，接收到的又是场强相当的信号，则会造成终端无法正常解码。为了实现单频网中多台发射机TS流中的比特同步，DTMB系统将SIP包插入到TS流中，传输到远端的发射机，激励器对接收到的码流进行解析，根据SIP的信息进行处理，但是并不作PCR校正。

5 SFN组网测试

单频网组网测试所需的设备与仪器主要有：GPS接收机、单频网适配器、激励器和频谱分析仪等。系统结构如图5所示。

搭建好测试系统开始正式测试之前，系统关键设备必先满足以下条件：

1）给两台调制器、单频网适配器提供时钟和频率基准的GPS接收机必须处于锁定状态。

2）使用频率计在3 min内测试各台GPS接收机之间的10 MHz偏差必须小于3×10-10，1PPS之间的时差小于±50 ns。

3）两台调制器输出频率值需一致并使用频率计标定射频频偏小于±1 Hz。

4）两台调制器输出功率值需一致并使用功率计标定射频功率偏差小于0.1 dB。

5）频率计、示波器、频谱分析仪等测试仪器需接外部参考时钟。

单频网延时调整前，设置两台调制器的单频网附加延时差为0 μs，观察并记录频率计读数和频谱分析仪频谱，如图6所示。

单频网延时调整1 μs后，记录1 μs延时时的频谱截图，如图7所示。

[1]GB/T 19263-2003，MPEG-2信号在SDH网络中的传输规范[S].2003.

[2] GY/T 229.1-2008，地面数字电视广播单频网适配器技术要求和测试方法[S].2008.

[3] 熊伟，王军，彭克武.基于Nios II的DTMB单频网适配器设计[J].电视技术，2007，31（8）：21-26.

[4] 吴治庆，杨小雪，余少波.DTMB单频网适配器设计[J].电视技术，2008，32（11）：7-10.

[5] GB/T17975.1-2000，信息技术—运动图像及其伴音信号的通用编码第1部分：系统[S].2000.