牡丹江市CMMB單頻網覆蓋優化探討

姜法林

（黑龍江人民廣播電臺804臺，黑龍江 牡丹江 157001）

1 網絡覆蓋分析

1.1 單頻網系統路測圖

牡丹江市CMMB單頻網系統在2010年1月開通，3月中廣傳播有限公司技術人員和省龍廣傳播有限公司技術人員攜帶專業電子測試儀器，與牡丹江市CMMB項目組工程技術人員一起，共同對市區主要干道進行了細致的信號覆蓋測試，測試市區主要街道橫向、縱向共計19條，測試路徑里程165 km，測試結果如圖1所示。

測試電平的統計分析結果，市內地區能夠滿足（QPSK，1/2）的信道參數條件接收，不穩定接收信號的區域所占測試區域的百分比如下：

1）室外路測（45 dBμV/-73 dBm）＞95.6%；

2）車內（42 dBμV/-65 dBm）＞80.05%；

3）淺室（47 dBμV/-60 dBm）＞65.2%。

由圖1可見，市區內主要干道信號場強可以滿足使用要求，而市區主要商業區受地形及周圍建筑物遮擋使CMMB信號受阻，太平路主要商業區內的百貨大樓、電腦商城、新瑪特商城、宏博購物商城等商城的一層與二層樓，火車站、金頂大廈、第二人民醫院、移動旗艦店賣場等公共場所的一樓信號較弱，導致CMMB信號終端用戶無法正常收視。

因此，牡丹江市區內在信道參數（QPSK，1/2）條件下的信號覆蓋還有較大優化空間，特別是室內接收環境。

1.2 市區補點的區域

根據前期路測的結果和參考（QPSK，1/2）模式下淺室接收電平經驗值，目前牡丹江市需補點的較大的幾個區域見圖2。黑線表示地下太平路、金街、曼哈頓、東一條路商業街補點區域，深灰色點表示公共場所樓宇的一、二層樓優化補點位置。

1.3 網絡優化深度覆蓋需求分析

手機用戶終端接收CMMB信號的環境基本分為室外、慢速移動、車內快速移動、淺室和深室固定接收幾種，反映信道模型為惡劣的瑞利模型，終端U波段天線增益-3 dBi，接收高度為1.5 m。

牡丹江市區30%主要高層建筑物室內一層、二層等用戶接收終端電平在-29 dBm及以下，市區高層建筑物密集，信號遮擋、峭壁效應嚴重。針對掌握的第一手預測信號的場強覆蓋資料，2010年10月對市區太平路主要商業街、商場共計17個補點區域進行了接收環境電平評估。以太平路商業街百貨大樓為例，1 kW單頻網基站覆蓋、發射41頻道、中心頻率738 MHz，距離百貨大樓接收端一層接收電平為-23 dBm；二層-29 dBm，三層-40 dBm，四層以上室內空間電平變化不大，CMMB信號在QPSK 2 bit調制方式下接收。經調查，3 000個CMMB用戶移動接收用戶狀態要大于固定接收狀態，移動接收門限電平要比固定接收高6～7 dB，因此，牡丹江市CMMB網絡優化以移動（QPSK，1/2）接收為參考值。項目組工程技術人員通過多方位、多角度測量并最后匯總數據，經技術論證，對市區主要建筑物密集區遮擋樓房一層、二層做深層補點優化，三樓以上能夠滿足終端接收要求，補點優化暫不考慮。

對牡丹江市移動手機賣場旗艦店12個品牌CMMB手機終端進行統計，手機的分米波段拉桿天線增益設計大都在-5 dBi左右，因此CMMB終端在室外、室內不同地點、不同空間的接收，會對信號帶來不同程度的衰減，例如車內接收時車體的屏蔽、室內接收時樓群遮擋與鋼筋混凝土墻體的屏蔽等。根據市區復雜情況和實際測試數據參考值，結合《移動多媒體廣播技術白皮書》[2]的相關數據，得出表1的經驗數據。

表1 市區測試經驗數據

根據表1中不同接收環境下空間電平衰減經驗值，計算出CMMB信號在（QPSK，1/2）、（16QAM，1/2）信道參數條件下穩定接收所要求（室外/淺室）的無線空間電平的經驗門限值，如表2所示。

表2 兩種信道條件下穩定接收要求的空間電平經驗門限值

CMMB使用環境可分為兩類：第一類使用環境是室外/車載、車內、淺室內等；第二類使用環境主要是商街、公共場所、車站、醫院等深室內場所。網絡覆蓋建設優化主要針對這兩種環境，解決辦法主要采取室外補點和室內補點。

2 牡丹江市網絡優化思路

根據省公司對各地市第三階段CMMB網絡優化技術要求和成本投入要求，牡丹江市CMMB網絡布點優化首先從愛民區、西安區、東安區、陽明區CMMB信號強度小于-75 dBm的區域入手，如大型商場、地下商業街、人群密集區高校等收看需求高的綜合性場所，先簡后繁，先粗后細，力求少走彎路，提高效率。網絡優化方案如下：

1）進行室外用戶覆蓋。將市區南北長12.5 km、東西長13.8 km、面積172.5 km2的人口密集區設為主覆蓋區，用2個1 kW單頻網基站覆蓋；將遠郊的溫春鎮（距市區19 km）、樺林鎮（距市區15 km）、磨刀石鎮（距市區17 km）設為副覆蓋區，將溫春鎮人口密集區內的黑龍江農業經濟職業學院確定設為重點CMMB優化補點移頻區域，遠郊補點網絡采用移頻傳輸覆蓋方案，在溫春鎮（黑龍江農業經濟職業學院）、樺林鎮、磨刀石鎮分別建50 W直放站進行補點。

2）在距牡丹江市105 km的鏡泊湖國家旅游開發區建設1 kW單頻網基站進行湖區全方位覆蓋。CMMB信號采用微波6 GHz接力移頻傳輸解決方案，鏡泊湖廣電無線廣播電視發射臺采用1 kW 41CH數字電視發射機同頻轉發。

3）先用2個1 kW單頻網基站對市區進行了粗覆蓋，覆蓋率達到80%，后對火車站、飛機場航站樓、電腦商城、金鼎大廈、家樂福、醫院等場所一樓、二樓、三樓等進行補點，功率等級選用100 mW或200 mW，曼哈頓、金街、東一條路地下商業街選用1 W，10 W或20 W進行多點優化。

4）在實驗基礎上進行下一步大面積推廣。

3 覆蓋實驗

3.1 室外補點

3.1.1 原理框圖

老黑山和溫春鎮三面環山，CMMB信號在黑龍江農業經濟職業學院校區信號接收電平為-26 dBm，用戶終端無法收看。為進行該地區的場強覆蓋，開展了CMMB網絡移頻傳輸同頻發射補點覆蓋實驗[3-5]，系統結構見圖3。

圖3 移頻轉發站

在牡丹江市廣播電視傳輸中心主站，前端ASI信號經DS3/ASI編碼復用，信號頻譜搬移到一個空閑的8 MHz微波6 GHz波段上，然后通過微波發信機將此信號傳輸到距離主站19 km的遠端溫春黑龍江農業經濟職業學院教學樓，收信后經下變頻傳送到數字微波中頻解調機輸出，再經ASI流送入50 W CMMB數字發射機，同頻全向發射，由此實現溫春城區半徑1.8 km較大范圍內的補點優化。傳輸原理如圖4所示。

圖4 移頻傳輸原理框圖

此類型補點站的特點是信號移頻傳輸同頻信號發射，通過數字微波的信號移頻傳輸，實現了將收發天線有效地拉遠，解決了傳統同頻直放站隔離度難以做大的問題。

考慮到補點站引入的時延（≤5 μs），在控制補點站覆蓋范圍的條件下，（覆蓋半徑控制在1.8 km），補點站的發射信號和主站發射信號不會在覆蓋區產生同頻干擾，非常適用于城區、市郊區較大范圍的補點優化覆蓋。

3.1.2 覆蓋場強預測

溫春（黑龍江農業經濟職業學院）直放站適合采用一體化垂直天線，天線增益：14 dB，帶寬8 MHz，發射天線安裝高度為35 m，CMMB數字電視發射機單頻網為41CH，直放站發射功率輸出50 W，根據Okumura/Hata模型[6]進行計算。

Okumura/Hata模型是應用較為廣泛的覆蓋預測模型，它是以準平滑地形的市區作基準，其余各區的影響均以校正因子的形式出現。Okumura/Hata模型市區的基本傳輸損耗經驗公式[2，6-7]為

式中：Lb為市區準平滑地形電波傳播損耗中值（dB）；f為工作頻率（MHz）；hb為基站天線有效高度（m）；hm為移動臺天線有效高度（m）；d為移動臺與基站之間的距離（km）；α（hm）為移動臺天線高度因子；s（a）為建筑物密度因子，a為建筑物密度。

一般移動接收終端天線有效高度可取1.5 m，在CMMB系統中，α（hm）約為0。因此，市區基本傳輸損耗計算的經驗公式（式（1））可表示為

對于郊區，經驗公式可修正為

對于鄉村，經驗公式可修正為

對于開闊地，經驗公式可修正為

利用上述公式，可計算出，市區的自由空間路徑損耗Lb=136.72 dB，淺室覆蓋半徑為2 km。

對于溫春鎮補點區域因高層建筑物較稀少，s（a）可取0 dB。

考慮溫春對于（QPSK，1/2）淺室接收電平指標，接收信號電平路徑衰減后不低于其門限電平47 dBμV/-60 dBm，由此可以計算出允許的最大衰減值為

L溫春=14 dB+10lg（50 000）dB-（-60 dBm）=121 dB

針對（QPSK，1/2）的各種使用環境所需的最小空間電平門限值，可以計算出該補點站在不同使用環境下的覆蓋半徑預測，見表3。

表3 補點站在不同使用環境下的覆蓋半徑預測值

3.2 室內補點

3.2.1 原理框圖

市區室內采用無線增補星型分配系統，100或200 mW同頻直放站，補點區域為樓字一層、二層，發射天線為東一條路地下商業街，深層網絡優化補點采用無線接收增補星型分配系統全向吸頂天線，如圖5所示。

圖5 室內分配原理框圖

室內選用2 W，10 W，20 W直放站，太平路地下商業街去往平安街曼哈頓商城，對地下1.2 kW商業街分布補點實驗。信號接收采用U段定向高增益接收天線，通過2 W干線放大放器經耦合分配系統傳輸到覆蓋區域，吸頂發射天線安裝在天棚下方，在室內能夠達到良好覆蓋效果。

3.2.2 覆蓋場強預測

按設計的初步分析，全向吸頂天線的覆蓋半徑最遠為15 m，初步設計天線口最弱功率為8.0 dBm，該天線覆蓋區域場強具體分析如下

式中：PL（d0）為距天線1 m處的自由空間損耗，工作頻率取738 MHz，n取3（見表4），FAF取10 dB（見表5）。

表4 不同環境下的n取值

表5 不同條件下的FAF取值

本方案中，天線口功率在8.7～18 dBm之間，故

理論上邊緣場強的范圍為-57.2～-66.5 dBm，對比表2接收門限值，確定本設計可以保證良好的覆蓋效果。

3.3 測試結果

溫春鎮（黑龍江農業經濟職業學院）移頻傳輸同頻覆蓋補點站建設于2011年2月完工后，CMMB工程項目組技術人員對補點覆蓋區域進行了測試，測試儀器為Annitsu-MS2711頻譜儀，GPS和CMMB接收終端。

補點完成后，室外場強可達-40～-60 dBm，可滿足（QPSK，1/2）信道參數條件下的覆蓋要求：淺室接收的補點站覆蓋半徑為1.5～2 km，移動接收的補點站覆蓋半徑為3 km，車載/室外接收的補點覆蓋半徑為2.9 km。實際測試數據表明，溫春鎮高層建筑少，信號遮擋影響小，采用6 GHz微波移頻傳輸同頻發射補點實驗覆蓋面積較大，效果良好，達到預期設計要求；同遠距離光纖信號傳輸相比，造價低，具有較高的經濟價值和實用性，對郊區鄉鎮CMMB網絡的補點優化建設有著較強的可操作性。

牡丹江市區淺室內和地下深室內補點優化完工后，經實際測量結果為：百貨大樓、電腦商城、商業大廈、火車站等13個場所建筑物一層、二層補點優化后室內分布場強均在-46～-65 dBm，曼哈頓、金街、東一條路地下商業街共計2.4 km地下深室內補點優化后各區域接收場強在-47～-69 dBm之間，終端用戶實際使用效果良好，達到預期目的。

4 結論

移頻傳輸同頻發射補點站克服了傳統同頻直放站隔離度低、發射功率小、不能全向覆蓋的弊端，可以與主站組成單頻網進行較大區域的較大功率補點優化覆蓋，特別適合于CMMB室外補點。

室內同頻轉發技術成熟，系統簡單，覆蓋效果良好，適合于“深室內”覆蓋。

通過上述實驗，為牡丹江市CMMB下一步覆蓋優化設計積累了第一手數據，同時，該實驗對全省CMMB補點站建設具有參考價值。

[1]姜法林.牡丹江市CMMB覆蓋方案的技術探討[J].電視技術，2011，35（4）：17-19.

[2]國家廣播電影電視總局科技司.移動多媒體廣播技術白皮書[EB/OL].[2010-06-08].http：//www.chinasarftgov.cn/shanty/resouree/appendix/2008/08/13/20080828102948290472.doc.

[3]夏治平，解偉.CMMB網絡規劃中的覆蓋計算[J].電信技術，2008（12）：21-23.

[4]王麟，王義林.CMMB系統搭建及覆蓋效果分析[J].中國數字電視，2009（1）：50-51.

[5]胡珍仁.地級市城區CMMB覆蓋網絡的建設[J].廣播與電視技術，2009（3）：44-46.

[6]宋曦彤，張曉林，文慧霞，等.一種國標地面數字電視單頻網覆蓋的規劃方法[J].電視技術，2009，33（11）：9-11.

[7]GSM網絡室外直放站的設計[EB/OL].（2010-02-26）[2010-10-08].http：//tech.c114.net/164/a484768.html.