CMMB單頻網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研究院，北京 100866）

CMMB單頻網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發射端可能出現的故障，通過仿真軟件模擬發射端各類型故障，觀察接收端發生的相應變化和產生不良接收的區域，從而在應用中通過接收端的實際情況判斷發射端是否出現故障，以及出現故障的種類。

單頻網；SFN；故障；監測

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

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

由于單頻網的組網方式和特性，在同一地點會接收來自多個臺站的信號。如來自其他發射臺站的信號是破壞性的，就可能對信號的接收產生影響，甚至產生同頻干擾現象。為進一步全面了解單頻網同頻干擾產生的原因及其變化，本文以3個發射塔組成的單頻網為研究對象，重點對發射臺站技術參數與單頻網內同頻干擾現象的相互關系進行研究。

1 背景介紹

對于正式投入商業運營的單頻網，其覆蓋效果的優質保障尤為重要。為保障良好的覆蓋效果，一方面可通過監測設備對發射臺站進行實時監控；另一方面，可通過對單頻網的覆蓋效果進行實時監測，從發射端和接收端兩個方面來保障單頻網的良好覆蓋。

本文中，首先分析發射臺站出現故障的原因及導致的最終故障現象，再以3個地理位置為等邊三角形、發射功率等技術參數相同的發射臺站為參考模型，對發射臺站各類故障現象進行模擬仿真分析，從理論上獲得不同發射臺站出現不同故障后對整個網絡覆蓋效果的影響，以便在單頻網出現故障時，通過發射端監測結合接收端實際接收情況，能及時、快速、準確地發現故障臺站，并明確故障原因，保障單頻網的覆蓋效果。

2 故障分析

如圖1所示，在單頻網系統中，信號源、傳輸分配網絡、GPS時鐘源、發射機房均有可能出現工作異常。

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用器等相關技術問題，導致所有的激勵器無信號輸入，或者由于鏈路傳輸的問題，導致個別發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，對此異常狀態的響應有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發射機無功率輸出，相當于關機狀態；一種是循環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，所有發射機有功率輸出，但是播出內容有誤；或者個別發射臺站播出內容與單頻網中其他發射臺站播出內容不同，從而無法保障單頻網的比特同步。

2）抖動

信號源由于復用器工作異常，導致復用器輸出碼流溢出；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生溢出現象。不同廠家激勵器在報警的同時，對此異常狀態的響應有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發射機無功率輸出，相當于關機狀態；一種是所有（個別）激勵器丟包現象嚴重，造成單頻網各個發射臺站無法實現比特同步。

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，對此異常狀態的響應有兩種：一種是切斷射頻輸出，所有（個別）發射機無功率輸出，相當于關機狀態；一種是轉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個數量級，當應急工作持續1～2個小時后，時鐘的誤差持續累積，會產生漂移現象，導致個別發射臺站發射時間與單頻網中其他發射臺站發射時間不同，從而無法保障單頻網的時間同步。

圖1 單頻網系統故障分析

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

4）掉電

發射機房可能由于某些原因，導致機房出現停電故障，此時，發射臺站的發射設備處于關機狀態，發射機無功率輸出。

綜上所述，雖然出現故障的原因眾多，不同生產廠家的設備響應也有所區別，但是通過總結與歸納，對單頻網系統造成的后果為以下3種：

1）無功率輸出，單頻網個別覆蓋區域接收效果普遍變差。

2）單頻網系統時間不同步，產生同頻干擾現象。單頻網個別覆蓋區域接收電平較高，但是依然無法正常解調接收。

3）單頻網系統比特不同步，產生同頻干擾現象。單頻網個別覆蓋區域接收電平較高，但是依然無法正常解調接收。

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，顏色設置如圖中最下面一行所示，單位為dBμV/m以及相對應的dBm值。區域表示可接收臨界區域，相對應的場強值52～55 dBμV/m（33～29 dBμV）。

圖2 原單頻網覆蓋效果圖

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

通過對3個發射臺站構成的單頻網與2個發射臺站構成的單頻網的覆蓋區域對比可知，當某臺站無功率輸出時，圖4中圓圈內將出現設備終端接收不良的情況（有機會收到其他發射臺站的多徑信號，可以進行主觀收看）。

3.2 產生同頻干擾仿真

圖3 關閉某一臺站后單頻網覆蓋效果圖

圖4 接收端信號不良區域示意圖

圖5 單頻網內未產生同頻干擾覆蓋圖

通過對3個發射臺站構成的單頻網的覆蓋和產生同頻干擾的仿真分析可知，在干擾產生的區域內將出現設備終端接收不良的情況。

4 結論

通過對3個發射臺站組成的單頻網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行同步覆蓋和同頻干擾分析可知，若在該單頻網內出現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 單頻網內產生同頻干擾覆蓋圖

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

2）當接收終端出現主觀接收不良，并且接收信號電平沒有明顯下降，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，出現同頻干擾的情況。

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責任編輯：薛 京

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10.16280/j.videoe.2015.02.003

2014-07-22