CMMB地面覆盖方案探讨

牛润峰

(太原市教育电视台，山西太原 030024)

0 引言

中国移动多媒体广播(China Mobile Multimedia Broadcasting CMMB)是我国研发的具有自主知识产权的数字多媒体广播标准。CMMB通过卫星和地面辐射系统，实现天地一体的大面积广播覆盖。即通过卫星进行大面积广播覆盖，而对于卫星覆盖的阴影区则采用地面转发系统对信号进行增补并采用独立的分发信道向地面转发系统分发广播信道数据。可以为7in以下小屏幕，包括手机、MP4、GPS等各类终端在内的便携设备提供多路音、视频，广播业务。CMMB具有高覆盖率、低成本、高质量、易接受、可移动、便携带、服务广等优势，是广播方式的手机电视。CMMB的服务可包括电视、广播、天气、交通导航、国家及政府的紧急广播，购物生活信息、电子杂志、电子报纸等。

1 CMMB的系统结构

图1 CMMB系统体系结构图

如图1所示，系统分为中央平台和各地方平台两部分，中央平台集成6至7套视音频节目和多种数据源，对这些节目和数据进行相应的处理，均以IP数据的方式加入到加扰器中由加扰器配合，CAS进行加扰加密处理，加扰后的节目和数据发射上星，由卫星传输至各地方平台。各地方平台节目源分为两部分，一部分是卫星下传的中央平台节目，另一部分是本地自办节目，对于卫星下传节目，直接由接收机接收为IP信号输出，本地节目同样分为视音频节目和各种数据，对其进行和中央平台相同的处理转换为IP数据，将以上两部分IP数据共同经过CMMB复用器复用，然后由本地单频网中的发射机进行发射或输入到SDH网中传输下去。在中央和各地方平台分布建设CAS、Boss和业务管理平台，这些软件系统之间相互进行通讯以实现系统的加扰加密、用户管理、业务管理以及设备管理，并解决手持终端漫游接收问题。

2 当前CMMB覆盖情况

从2008年北京奥运会前正式播出以来，已经完成了全网320个地级以上城市的网络覆盖，正在积极推进县以上城市以及人口密集的城镇覆盖，建成了全球最大的移动多媒体广播电视网络。我国的CMMB手持电视覆盖工程由于种种原因，原有S波段卫星覆盖网络改为主要采用广播频段(U波段)在地面覆盖为主。CMMB的U波段地面覆盖采用单发射台覆盖或单频网覆盖两种覆盖方式。

3 相关技术标准

在地面转发系统与卫星的组网中，最关键的问题是时间同步，为此CMMB在卫星分发信道中采用了将时间同步信号以扩频弱信号的形式叠加在数据信号上的方案即广播电影电视行业标准，移动多媒体广播第9部分:卫星分发信道帧结构，信道编码和调制。地面转发系统通过与同步信号进行同步，在指定的时间对数据进行OFDM调制和转发，实现与卫星广播信号的时间同步。信源编码方式:视频压缩编码采用H.264，音频压缩编码采用AAC。信道采用CMMB信道编码与调制，U波段发射，接收由复用器输出的码流信号进行CMMB编码，对进行CMMB编码后的数据进行OFDM调制，遵循标准GP/T 220.1-2006。协议支持完整的CMMB复用协议。

图2 CMMB数字发射机原理图

在《GY/T 220.1-2006移动多媒体广播第1部分:广播信道帧结构、信道编码和调制》标准中，详细地介绍了移动多媒体广播信道的功能及其实现;与欧洲标准PVB-T.国标GB20600-2006相比，其单频网的应用组建:(1)不需要独立的单频网适配器配合，单频网网络适配器功能部分嵌在复用器中完成。(2)打包复用流PMS从前端机房经过传输分配网络到达单频网中各个发射台的时延不能超过5 s。(3)为了抵抗多径干扰。欧洲标准DVB-T采用保护间隔来实现，国标GB 20600-2006采用PN序列来保障。CMMB采用循环前缀技术来实现，其时间长度为51.2 μs，因此，从理论上分析，单频网相邻发射台之间的最大距离不超过15.36 km。

4 覆盖方式

4.1 单点发射

对于县一级的城市覆盖，由于其人口相对集中，区域面积相对小，采用单点发射。一般情况下，发射功率为数字平均功率1 kW，采用六缝隙天线、极化方式为水平极化，天线挂高大于50 m，天线主向调至市中心区方向，正常情况下以城中心为点20 km范围内可达到有效覆盖。采用U波段同频转发器(10 W)进行补点以解决小范围的阴影区达到深度覆盖。

4.2 单频网覆盖

对于中等以上城市，尤其是大型城市，单点覆盖不可能达到有效覆盖，必须采用多点组网的覆盖，组建单频网是最经济有效的覆盖形式。在单频网规划过程中，要根据覆盖区域、地形、地貌等客观因素以及台站间距的具体要求，合理规划每个发射台的台址、发射天线场形、发射机输出功率，以平衡各个发射台站的覆盖区域，实现单频网理论上的无缝覆盖。为此要考虑以下几个方面:

(1)根据CMMB保护间隔为51.2 μs的标准，为了使得终端接收的多径信号落在保护间隔内，发射站点间的距离要尽量小于51.2 μs×0.3 km/μs即 15.36 km。

(2)主发射点要选用原有的省或市的发射台站，因为其有可以利用电源、机房、发射铁塔及维护管理技术人员。

(3)新点选择尽量在各个城区的中心附近的区域。尽量选择较高的发射地型，同时能保证发射机房所需的电力，信号传输、安全、物业等各方面。

(4)CMMB单频网必须保证频率同步，时间同步与码元同步，而频率与时间同步信号均来自于GPS系统，因此GPS要保证能够搜索到4颗星以上确保GPS系统的正常工作。

(5)单频网组网拓扑结构，从理论研究计算和实际应用经验证实，正三角形网络结构能够达到较好的覆盖效果。如果需要更大范围的地面覆盖也可以采用六边形单频网拼结，像蜂窝一样构成一个扩展的单频网。

(6)单频网技术可以在尽量小的功率条件下实现更好的网络覆盖，既节省了无线电频率资源，也节省了功率资源，同时相较小的功率也易于控制边缘覆盖，降低了功率规划的压力，此外单频网机制确保了定点补网机制得以实现，可以针对性地对某些区域进行覆盖调整和优化，但是在组建单频网的过程中，应充分考虑网络未来的发展，保持网络的开放性，尽量在设计环节保证单频网的平稳。

5 单频网组网分析和调试

单频网的组网过程一般需经过发射站点勘选、理论分析和覆盖试算、实际接收效果测试。在单频网组建技术方案制定后，首先要对单频网的覆盖效果进行理论预测，便于理论分析和网络调整优化，为工程调试提供参考依据，工程设计人员需要参考相关传播模型的基础数据，结合地形地貌数据、工作频率、发射天线场形、增益等相关技术参数计算出覆盖区域中各个接收点的场强预测值，在此基础上进行可靠的干扰分析，以便确定接收点场强是否满足用户终端的接收要求，单频网组建是否实现覆盖目标。

图3 单频网系统

CMMB网络优化与调试、调整是根据实际收测覆盖情况进行，包括调整发射机的输出功率、调整发射天线的场形、调整发射机的延时，必要时重新选择发射站点和进行小功率补点等。

6 小结

2008年北京奥运会期间，国家广电总局在全国37个大城市进行了CMMB网络覆盖工程。在北京市建成了以7点发射台站组成的单频网和12个小功率增补器补点的建设项目，实现了对五环以内主要区域以及六环部分地区的良好覆盖，开创了奥运历史上首次移动多媒体广播服务奥运会的历史。在山西目前正在全省所有地级以上城市和大部分县城进行CMMB覆盖建设，太原市CMMB在西山二二八发射台以24频道、数字3kW发射机的单点发射，而在市区由老军营电视发射中心，东山的太原市广播电视发射台和永安站、晋源站、四点4部数字1kWCMMB发射机以18频道组成的单频网系统，该覆盖系统经过一年多的运行，其系统运行稳定，覆盖效果较好，通过对太原地区实际接收、测试(用手机终端进行收测)，绝大部分地区接收信号画面清晰，声音清楚且信号稳定。

［1］张黎晨，张黎晖，何继元.定西CMMB手持电视发射系统建设实践［G］.2010年第十二届全国消费电子技术年会暨数字电视研讨会、论文集，2010:233.

［2］杨杰，崔竞飞，刘廷军，等.北京U频段20频道CMMB单频网组网调试札记［J］.广播电视信息，2008(8):47－56.

［3］崔竞飞，李培琳，张国庭.单频网组网拓朴结构分析［J］.广播电视信息，2008(8):56－70.