DTMB與5G NR兼容性研究

趙光輝，陳穎，陽輝，潘長勇，佟璐

（1.清華大學，北京 100084；2.國家廣播電視總局廣播電視科學院，北京 100886；3.北京數字電視國家工程實驗室有限公司，北京 100191）

1 引言

隨著廣播電視業務的不斷發展，地面電視的頻譜資源日益緊張。與此同時，其他無線電業務也在爭取更多的無線電頻譜資源來確保其業務應用和發展。尤其是近些年來，寬帶無線移動通信技術的迅猛發展，對頻率資源提出了更多的需要[1]。在國內，隨著5G 網絡的快速發展，中國廣電擬在700M 頻段，建立5G NR(New Radio)廣播網，同樣面臨著頻段交疊的問題。

進入20 世紀90 年代以來，國際上陸續出現了包括美國ATSC、歐洲DVB-T、日本ISDB-T 三個國際數字電視地面傳輸標準。我國地面數字電視傳輸標準（DTMB）于2006 年8 月頒布，成為我國數字電視地面傳輸唯一強制性標準。2011年12月7日，國際電聯第六研究組正式通過對1306 和1368 號建議書的修訂，補充了中華入民共和國開發的DTMB系統[2]。DTMB標準正式成為了國際標準。

為了推動5G 網絡的快速發展，工信部發布了《關于調整700MHz 頻段頻率使用規劃的通知》，調整700MHz 頻段的使用規劃，明確將原來用于廣播電視業務的頻譜重新規劃用于移動通信系統。工信部暫時沒有明確為中國廣電指派5G 頻率資源，但中國廣電已完成頻率申請工作，原則上在700M頻段和4.9G 頻段將各獲得一定頻率資源以開展5G業務[3]。因此，在700M 頻段，中國廣電具備了建立5G 廣播網的必要條件，結合廣播大塔高功率(HTHP)和5G 小塔低功率(LTLP) 的5G 廣播網，其具備傳統地面數字廣播覆蓋范圍廣、低成本和移動5G 網絡雙向通信、密集覆蓋的優勢，但當廣播大塔和5G 小塔同時在同一頻率或相鄰頻率發射無線信號時，發射信號之間必然存在相互干擾的問題。因此，為了保障廣播電視業務的順利開展，有必要對DTMB 和5G NR 進行兼容性測試研究。

2 測試平臺

測試儀器：本測試系統使用R&S SFU BROADCAST TEST SYSTEM 設備發送DTMB 射頻信號；使用R&S SMW200A VECTOR SIGNAL GENERATOR設備發送5G NR 信號；使用Agilent E4401B 測量信號頻譜。

終端接收設備：終端設備使用的是DTMB/DTMB-A 接收機，能夠接收DTMB 和DTMB-A 信號。接收機前端調諧器芯片使用的是芯科公司（Silicon Labs）的si2151,解調芯片使用的是中天聯科公司的AVL833C。

測量頻率：輸入到接收機的欲收DTMB信號中心頻率是754MHz，帶寬為8MHz；輸入到接收機的非欲收5G NR 信號的頻譜帶寬為20-40MHz，當它的頻譜能夠完全覆蓋DTMB信號頻譜時，其干擾作用與同頻干擾相近，為了研究DTMB信號位于5G NR信號頻譜的不同位置時，5G NR 信號干擾作用的差異，選擇幾個特定的頻率，選擇的依據是以754MHz 為基點，以8MHz 為間隔選取頻點，要保證5G NR 信號的頻譜能夠完全覆蓋DTMB 信號的頻譜。當5G NR 信號的帶寬為40MHz 時，同頻干擾信號的頻點為738MHz、746MHz、754MHz、762MHz 和770MHz；當5G NR 信號帶寬為30MHz 時，同頻干擾信號的頻點為746MHz、754MHz 和762MHz；當5GNR 信號的帶寬為20MHz 時，同頻干擾信號的頻點為754MHz。表1為非欲收5G NR信號中心頻率列表。

表1 非欲收5G NR信號中心頻率

射頻保護率：保證正常接收條件下，欲收信號和非欲收信號的最小功率比值，通常在接收端測量，以分貝(dB)表示[4]。

接收機正常接收信號判定標準：欲收地面數字電視信號在接收機功率為-60dBm時，在1分鐘內接收到圖像未有肉眼可識別的損傷，即認定為正常接收信號。

欲收DTMB有用信號工作模式見表2。

表2 欲收DTMB信號工作模式

非欲收5G NR信號技術參數見表3。

表3 非欲收5G NR信號技術參數

3 測試方法

搭建實驗室測試平臺，開展地面數字電視信號受5G NR 信號同頻/鄰頻的干擾測試。DTMB 信號受5G NR信號干擾測試框圖如圖1所示。實驗室測試平臺實物如圖2所示。

圖1 數字電視信號受5G NR信號干擾測試框圖

圖2 實驗室測試平臺實物

DTMB 信號發生器發送欲收地面數字電視射頻信號至合路器；5G NR 信號發生器發送非欲收5G NR射頻信號至可調衰減器，可調衰減器輸出衰減后的非欲收信號至合路器；合路器混合欲收信號和非欲收信號至接收機；接收機接收數字電視信號經過解調、解碼后將圖像輸出到電視屏幕上顯示；頻譜分析儀用來測量輸入到接收機的信號頻譜。

DTMB信號受5G NR同頻干擾測試方法：

（1）首先，根據ITU建議書上有用數字電視信號的所有保護比值在-60dBm的接收機輸入功率下進行測量[5]的要求，關閉干擾信號發生器設備，調整DTMB信號發生器設備功率輸出，直到頻譜分析儀測量輸入到接收機的信號功率為-60dBm。然后，設置DTMB信號發生器的工作模式，其工作模式如表2所示，設置DTMB信號的頻率為754MHz。

（2）打開5G NR信號發生器，設置5G NR信號技術參數，其參數如表3所示；設置同頻干擾頻率，其頻率值如表1所示；不斷調整5G NR信號發生器的輸出功率，直到接收機處于正常接收信號和非正常接收的臨界點。

（3）關閉DTMB信號發生器，使用頻率分析儀測量5G NR干擾信號（全部帶寬）輸入到接收機的功率（I1）和5G NR干擾信號（DTMB有效帶寬內）輸入到接收機的功率（I2)。已知，DTMB信號輸入到接收機的功率（C）為-60dbm。使用C/I1和C/I2分別計算出DTMB信號受5G NR干擾信號（全部帶寬）的同頻保護率和DTMB信號受5G NR干擾信號（DTMB 有效帶寬內）的同頻保護率。

地面數字電視信號受5G NR鄰頻干擾測試方法與同頻干擾測試的方法類似，只需要將5G NR信號發生器的輸出頻率，設置成鄰頻干擾頻率，其頻率值如表1所示，因為文章篇幅限制的原因，這里就不再詳細介紹了。

4 測試結果和分析

DTMB受5G NR信號干擾的同頻干擾保護率測試結果，如表4、表5和表6所示。

表4 DTMB信號受非欲收5G NR信號(帶寬40MHz)干擾的同頻保護率

表6 DTMB信號受非欲收5G NR信號(帶寬20MHz)干擾的同頻保護率

DTMB受5G NR信號干擾的鄰頻干擾保護率測試結果，如表7所示。

作為參考，DTMB信號受DTMB信號干擾的同頻保護率和上、下鄰頻保護率如表8所示。

表5：DTMB信號受非欲收5G NR信號(帶寬30MHz)干擾的同頻保護率

從測試結果不難看出：DTMB信號在同種模式下，不同帶寬的5G NR信號在DTMB有效帶寬內對DTMB信號的同頻干擾保護率基本相同，對比相同模式下DTMB信號受DTMB信號同頻干擾的保護率，其數值基本相同。由此可初步得出結論：DTMB系統在相同工作模式下，不同帶寬的5G NR信號在DTMB 有效帶寬內對DTMB系統造成的同頻干擾傷害基本相同，要衡量5G NR信號對DTMB信號的干擾，只需要測試與DTMB信號相同頻率和相同帶寬內的5G NR信號功率即可，帶外的信號起到的干擾作用可忽略不計。

DTMB信號在同種模式下，DTMB信號對來自上鄰頻的5G NR信號干擾保護率與下鄰頻干擾保護率基本一致，對比相同模式下DTMB信號受DTMB信號鄰頻干擾的保護率，上鄰頻保護率基本相同，下鄰頻保護率相差約6dB，說明當干擾信號處于下鄰頻時，5G NR信號干擾DTMB信號的保護率比DTMB信號干擾DTMB信號的保護率改善了6dB，可以容忍比DTMB干擾信號更大功率的5G NR干擾信號。

由于篇幅所限，本文只提供了有限的5G NR 信號對DTMB信號干擾時保護率的測試結果，在實際的測試中，測試了5G NR信號在不同信道調制模式、不同帶寬、不同子載波帶寬對DTMB信號在七種常用模式下干擾時的保護率，測試實驗結果也于本文列出測試結果基本一致。

表7 DTMB信號受5G NR信號（帶寬40MHz）干擾的鄰頻保護率

表8 DTMB信號受DTMB信號干擾的同頻和鄰頻保護率

5 結束語

在實驗室環境下，搭建DTMB系統與5G NR系統兼容性測試平臺，提出DTMB系統與5G NR系統兼容性測試方法，并開展DTMB系統與5G NR系統在同頻及鄰頻的兼容性測試。DTMB 系統與5G NR 系統的兼容性研究，為今后DTMB 業務在5G 廣播網的順利開展起到至關重要的作用。由于5G NR 測試設備不夠完善，目前僅進行5G NR系統對DTMB系統的干擾測試實驗。 待5G NR 測試設備完善后，將進一步開展DTMB系統對5G NR系統的干擾測試，從而開展對DTMB系統與5G系統更深入的兼容性測試和研究。