北京地區(qū)國標單頻網(wǎng)覆蓋方案及工程實踐

北京地區(qū)國標單頻網(wǎng)覆蓋方案及工程實踐何劍輝博士無線研究所2009.11主要內(nèi)容單頻網(wǎng)SFN：SingleFrequencyNetworkSFN概述SFN同步系統(tǒng)SFN覆蓋性能優(yōu)化2一、SFN概述SFN簡介北京DTTBSFN概況31.1SFN簡介數(shù)字傳輸技術數(shù)字化——采樣、量化、編碼信道糾錯編碼——LDPC（0.4/0.6/0.8）星座映射——64QAM/32QAM/16QAM/QPSK/4QAM-NR交織——符號交織（240/720）/頻域交織（C=3780）幀頭（保護間隔）——PN420/PN595/PN945DTTB抗多徑回波保證接收質(zhì)量（室外/室內(nèi)/移動）SFN組網(wǎng)（主動回波、被動回波）41.1SFN簡介（續(xù)）SFN同步要求時間同步頻率同步內(nèi)容同步SFN理論模型：

多個不同地點的DTTB發(fā)射臺，在同一時間、以同一頻率發(fā)射同一信號，以實現(xiàn)對特定服務區(qū)的可靠覆蓋。51.1SFN簡介（續(xù)）SFN優(yōu)點提高頻譜利用率提高功率效率補點方便靈活更平滑的覆蓋更靈活的覆蓋區(qū)分布61.2

北京DTTBSFN概況DS-44頻道SFN

DTTB試驗（2007）中央電視塔、沙河、491DS-32頻道SFN（2009）中央電視塔、沙河、491、名人廣場DS-32/33頻道SFN天安門覆蓋（2009）中央電視塔、廣電總局大樓7DS-32頻道SFN臺站分布8二、SFN同步系統(tǒng)SFN適配器及外參考同步信號節(jié)目分配網(wǎng)絡激勵器同步規(guī)范9SFN結(jié)構示意圖

MPEGTS(SIP)RX網(wǎng)絡適配器同步系統(tǒng)地面數(shù)字電視激勵器GPS10MHz1ppsGPSRX網(wǎng)絡適配器同步系統(tǒng)地面數(shù)字電視激勵器MPEGTS(SIP)10MHz1pps單頻網(wǎng)適配器TX網(wǎng)絡適配器單頻網(wǎng)TS流信號分配網(wǎng)絡GPSMPEGTSMPEGTS(SIP)1pps10MHzGPSRX網(wǎng)絡適配器同步系統(tǒng)地面數(shù)字電視激勵器MPEGTS(SIP)10MHz1pps…102.1SFN適配器及外參考同步信號SFN適配器SIP插入（SIP：Second-frameInitializationPacket）碼率適配GPS接收機1pps、10MHzRS232遙控接口TS輸出1

TS輸入11PPSTS輸入2TS碼流碼率適配TS輸出2SIP插入10MHz參考輸入11

SFN適配器SIP插入插入時序地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)適配器每１秒鐘向輸入的TS碼流中插入１個SIP，插入時刻與GPS的１pps對齊。SIP包插入GPS的1pps信號GPS的1pps信號GPS的1pps信號SIP包插入tSIP包插入1s1s12

SFN適配器碼率適配根據(jù)系統(tǒng)輸出碼率時鐘，在GPS的每個1pps的位置，SFN適配器向TS流中插入１個SIP；在其它位置，SFN適配器從前端緩沖區(qū)內(nèi)讀取數(shù)據(jù)碼流，如果數(shù)據(jù)不足一個SF，則自動插入SFN適配空包完成TS流的碼率適配。SFN適配器輸出的TS流碼率和由SFN適配器規(guī)定的發(fā)射機工作模式要求的凈載荷速率完全相同，并且鎖定在來自GPS的10MHz參考時鐘上。SIP占用凈碼率開銷：188×8=1504，即1.504kbps。SFN適配空包格式如下：0x470x1F0xFF0x1012340xFF-0xFF5-188132.2節(jié)目分配網(wǎng)絡信號分配網(wǎng)絡透明傳輸傳輸時延

1秒TS流抖動為了保證在節(jié)目正常播出時，地面數(shù)字電視激勵器不會因為TS流的抖動而誤認為節(jié)目源端在進行節(jié)目調(diào)整，從而導致激勵器執(zhí)行復位操作，因此規(guī)定TS流傳輸抖動在100ns范圍內(nèi)。ASI/SDI數(shù)字光端機ASI/SDI數(shù)字光端機光纖單頻網(wǎng)適配器輸出調(diào)制器TSTS142.3激勵器同步規(guī)范DTTB激勵器基本同步要求外參考時鐘源（1pps、10MHz）時延調(diào)整地面數(shù)字電視激勵器通過檢測輸入TS流中的SIP獲得最大延遲時間Tdelay_max和分配網(wǎng)傳輸延時Tdelay_transmitted，激勵器附加延時Tdelay_add與Tdelay_max、Tdelay_transmitted的關系為：

Tdelay_add=Tdelay_max-Tdelay_transmittedSIP包GPS的1pps信號GPS的1pps信號GPS的1pps信號SIP包t最大延遲時間1s1s傳輸延時附加延時傳輸延時附加延時最大延遲時間152.3激勵器同步規(guī)范（續(xù)）不同廠家激勵器無法組建單頻網(wǎng)問題現(xiàn)象各激勵器都具備根據(jù)外部同步參考信號實現(xiàn)SIP處理的功能組建單頻網(wǎng)之后信號之間產(chǎn)生同頻干擾

如：四川凱騰與R&S激勵器原因激勵器開始調(diào)制的起始超幀不一致系統(tǒng)信息部分信號功率各自定義不同解決方案國家標準草案《地面數(shù)字電視廣播激勵器技術要求和測量方法》：“在各種工作模式下，系統(tǒng)信息的映射方法明確為I、Q相同的QPSK映射，其功率保持與數(shù)據(jù)的平均功率相同。同時明確激勵器開始調(diào)制的第一個超幀為0號，即偶數(shù)超幀?！?/p>

162.3激勵器同步規(guī)范（續(xù)）不同激勵器基帶處理時延不一致問題現(xiàn)象SFN信號相對時延理論值與實測值不一致在單頻網(wǎng)適配器不設置附加時延情況下，中央電視塔THOMSON激勵器A發(fā)射時刻比RSSX800激勵器晚11.3μs；THOMSON激勵器B發(fā)射時刻比RSSX800激勵器晚9.9μs；四川凱騰2臺激勵器之間的時延差為4.3μs。

原因不同廠家激勵器以及同一廠家不同激勵器的基帶信號處理時延都存在個體差異（μs

級）

172.3激勵器同步規(guī)范（續(xù)）不同激勵器基帶處理時延不一致問題解決方案國家標準草案《地面數(shù)字電視廣播激勵器技術要求和測量方法》：“在單頻網(wǎng)模式下，Tdelay_max包含了激勵器基帶處理所需要的延時，Tdelay_max的設置范圍為(Tdelay_transmitted+30.000ms)到999.999ms，此處的30.000ms是約定的激勵器基帶處理最大延時。為保證各種不同激勵器調(diào)制數(shù)據(jù)輸出時刻保持一致，必須保證當前SIP包更換后的空包所在信號幀的第一個符號經(jīng)過成形濾波處理后在Tdelay_max時刻輸出，該符號的輸出時刻與Tdelay_max時刻的誤差在±1μs之內(nèi)。”

18三、SFN覆蓋性能優(yōu)化SFN重疊覆蓋區(qū)特性重疊覆蓋區(qū)性能優(yōu)化單頻網(wǎng)增益193.1SFN重疊覆蓋區(qū)特性廣義重疊覆蓋區(qū)地面數(shù)字電視單頻網(wǎng)各臺站有效覆蓋區(qū)的重疊區(qū)域

狹義重疊覆蓋區(qū)單頻同步時可以有效覆蓋，但在單頻網(wǎng)失步時有用信號與干擾信號的功率比小于射頻保護率的區(qū)域

203.1SFN重疊覆蓋區(qū)特性（續(xù)）重疊覆蓋區(qū)信號特性不同臺站發(fā)射信號重疊提升信號功率不同臺站發(fā)射信號重疊形成多徑信道環(huán)境，導致載噪比門限劣化測試地點北工大西工作模式測量參數(shù)中央大塔491臺中央大塔+491臺4QAM0.8單載波接收信號電平（dBm）-78.1-77.0-75.0C/N（dB）8.58.810.84QAM0.4多載波接收信號電平（dBm）-79.0-77.1-75.0C/N（dB）4.16.010.2213.2重疊覆蓋區(qū)性能優(yōu)化原則減輕單頻網(wǎng)各發(fā)射點在重疊覆蓋區(qū)形成的多徑干擾，盡量減小長延時、強多徑信道存在的區(qū)域。在重疊覆蓋區(qū)多徑較強時，可以將延時控制得較小（例如小于10μs）；在多徑延時較長時，可以將多徑的強度控制得較小（例如相對主徑衰減大于10dB）。

223.2重疊覆蓋區(qū)性能優(yōu)化（續(xù)）固定接收測試地點北工大工作模式測量參數(shù)中央大塔+491（未加延時）大塔+491（491加20us延時）信道沖激響應4QAM-NR0.8595單載波接收信號電平（dBm）-73.3-73.4C/N（dB）5.75.1最小信號電平（dBm）-85.4-86.8信號裕量（dB）12.113.44QAM0.4945多載波接收信號電平（dBm）-72.1-72.1C/N（dB）5.95.0最小信號電平（dBm）-84.9-85.5信號裕量（dB）12.813.4233.2重疊覆蓋區(qū)性能優(yōu)化（續(xù)）移動接收（4QAM/0.4/PN945/多載波

）電平分布及平均電平（dBm）誤碼分布及成功接收概率大塔＋491臺(無延時)-73.352.0%大塔＋491臺(延時20us)-73.567.0%243.3單頻網(wǎng)增益當單頻網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)信號功率增量小于載噪比門限增量時，單頻網(wǎng)重疊覆蓋將導致信號接收裕量的下降。

DS-32頻道接收信號電平接收狀況信號裕量名人+大塔-50.9dBm

正常

29dB大塔

-54.8dBm

正常

30dB253.3單頻網(wǎng)增益（續(xù)）在組建單頻網(wǎng)的臺站數(shù)量增加時，覆蓋重疊區(qū)可能不僅是兩個臺站發(fā)射信號的重疊，覆蓋重疊區(qū)信號功率的增量將隨著信號發(fā)射臺站數(shù)量而增加。多徑環(huán)境下系統(tǒng)的載噪比門限不會隨著信號發(fā)射臺站數(shù)量而無限制的增加。在重疊覆蓋的發(fā)射臺站數(shù)量較多的情況下，單頻網(wǎng)重疊覆蓋區(qū)信號功率增量可能大于載噪比門限增量，此時覆蓋重疊區(qū)的信號裕量也將增大，覆蓋效果將得到改善。

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