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标题 国标地面数字电视DTMB移动监测
范文 周迪


摘 要：本文简要介绍了我国地面数字电视发展规划及国标地面数字电视系统技术特点及系统原理，结合云南省移动监测系统重点探讨了国标地面数字电视移动监测的技术原理、主要功能及实现方法。
关键词：地面数字电视；DTMB；移动监测
中图分类号： TN911 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-136-4
0 引言
第十八届三中全会明确指出，要构建现代公共文化服务体系，建立公共文化服务体系建设协调机制，统筹服务设施网络建设，促进基本公共文化服务标准化、均等化。作为公共文化服务重要手段之一的地面数字电视是广播电视传输覆盖网的重要组成部分，是各级政府提供广播电视公共服务的主要手段。1999年我国成立了国家数字电视领导小组并着力推进数字电视研发及产业化，明确宣示自主制定技术标准，于2006年8月18日正式颁布了针对我国数字电视应用的《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（GB20600-2006）地面数字电视广播传输标准，于2007年8月1号正式实施，国标地面数字电视DTMB（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，数字电视地面多媒体广播）（以下简称DTMB）成为中国广播业地面电视信号的强制标准。2011年12月，国际电信联盟在修订地面数字电视国际标准，将我国的DTMB标准纳入其中，DTMB标准也正式成为继日本地面综合业务数字广播（ISDB-T）、欧洲数字视频地面广播（DVB-T）和美国高级电视系统委员会（ATSC）之后的第四个数字电视国际标准。
1 地面数字电视系统发展规划
2014年12月30日，总局和财政部联合印发了《关于实施中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的通知》（新广电发[2014]311号）。《通知》明确中央广播电视节目无线数字化覆盖工程计划分两步实施：
第一步：2015年，利用全国无线广播电视骨干发射台基本实现12套中央电视节目的无线数字化覆盖，启动3套中央广播节目的无线数字化覆盖试点；
第二步：2015-2016年，根据中央电视节目无线数字化覆盖效果，继续补充完善覆盖建设，以进一步扩大覆盖面、提高覆盖质量；根据中央广播节目无线数字化覆盖试点情况，做出下一步中央广播节目无线数字化覆盖总体方案，再分年实施。
2015年，国家以财政投入方式解决中央广播电视节目无线数字化全国覆盖问题。根据国办发〔2006〕79号文件精神，按照分级负责原则，中央、省、市、县各级政府分别负责解决转播本级广播电视节目的无线发射转播台站的机房和设备的更新改造资金和运行维护经费。整个项目资金为48亿元，计划在全国2562个无线台站，每个站2部发射机，共计6230部发射机，实现县级以上发射台站全覆盖；项目建成后将基本形成地面数字电视和数字音频广播的全国性覆盖。
目前云南省已有玉溪、红河等多个州市完成了DTMB对本级节目覆盖建设，同时按照2015年国家无线数字化全国覆盖规划，目前云南省已完成中央节目覆盖161个大功率DTMB发射台站招标工作，年底将完成建设。
2 地面数字电视及DTMB概述
2.1 地面数字电视技术
目前数字电视的传输方式分为地面、有线及卫星3种，数字电视地面传输为地面宽带无线传输，因为其地面开路传输的特性，传输环境较为复杂，因此其技术要求最高。地面数字电视系统主要由信源系统、发射系统、天馈线系统这三部分组成。信源部分有多种组成方式，节目源可来自卫星、有线、微波，然后通过本地编码复用，输出标准数字电视MPTS/SPTS码流。发射系统主要由调制器、激励器、发射机组成，将MPTS/SPTS码流调制为射频信号。天馈线系统包括电缆、功分器、天线等部件，也是发端的最后一个环节，最终将射频信号通过无线方式进行覆盖。
2.2 DTMB技术特点
DTMB广播传输系统输入数据码流经过扰码器（随机化）、前向纠错编码（FEC）由外码（BCH 码）和内码（LDPC）级联实现，比特流通过星座映射到符号流，然后通过交织后组成基本数据块，运用帧体数据处理将基本数据块与系统信息复用形成帧体，帧体与相应的帧头（PN序列）复接组成信号帧（组帧），再转换为8MHz带宽内的基带输出信号，再通过正交上变频转得到UHF和VHF频段范围内的射频信号。复用中采用的时域正交频分复用（TDS-OFDM）调制是DTMB的核心技术，采用时域和频域混合处理，获得快速码字捕获和可靠同步跟踪性能，形成了与欧、日多载波技术不同的技术特点。
2.2.1 较高的传输效率或频谱效率
DTMB中同步头采用在符号中加入沃尔什编码的伪随机序列PN（Pseudo-noise Sequence），在OFDM的保护间隔中周期性地插入长度为378的PN序列作为帧头，除了作为OFDM的保护间隔以外，在接收端还可以被用作信号帧的帧同步、载波恢复与自动频率跟踪、符号时钟恢复、信道估计等用途，时间保护间隔同时用于传输信道估计信号，传输和频谱效率优于欧洲DVB-T的C-OFDM同时存在用于同步和信道估计等的导频信号和保护间隔。
2.2.2 抗多径干扰能力强
保护间隔的长度决定了抵抗多径干扰的能力强弱。DTMB的时间保护间隔中插入的是已知的（系统同步后）PN序列，在接收端的信号可以直接算出，并去除。TDS-OFDM可以把几个OFDM帧的PN序列联合处理，使保护间隔长度不对多径干扰的延时长度造成限制。
2.2.3 适于移动接收
移动接收的困难在于移动速度产生的多普勒频移和传输过程中多径引起的频率选择性衰落，使传输信道具有随时间变化的特性。TDS-OFDM的信道估计仅取决于OFDM的当前符号，而C-OFDM的信道估计需要4个连续的OFDM符号。因此，C-OFDM在移动情况下，要考虑4个OFDM符号的信道变化影响，而TDS-OFDM只需考虑1个OFDM符号的信道变化影响，移动特性优于欧洲 DVB-T 系统。
3 DTMB的移动监测
随着云南省、市、县各级发射台站全覆盖建设的大力推进，根据安全播出监测监管的要求，DTMB的发射、传输、覆盖必须纳入省广播电视安全播出监管体系。DTMB监测由固定监测和移动监测构成完整的监测体系，固定监测通过部署在各监测点的固定监测前端对DTMB信号进行实时监测，移动监测则可灵活规划监测区域或针对固定监测未能监测到的区域的DTMB信号发射、传输和覆盖质量效果进行动态监测，与固定监测相比移动监测具有机动性和针对性。同时针对DTMB信号适用于移动接收的技术特点及其公共交通移动数字电视接收的实际应用，移动监测更具重要意义。
3.1 移动监测技术特点
移动监测是完善广播电视安全播出监测的重要技术手段，以车辆为载体，通过车载的信号接收系统，信号测量及分析系统在行进路途中对无线信号的射频指标、基带指标及覆盖分析等进行综合智能化监测。移动监测与固定监测相比有其特有的技术特点。
3.1.1 移动测试采用全向天线，多副天线可无缝切换
车载移动测试采用全向天线，简化了方向性天线每个频点测试时都需要寻找最大值的步骤，提升了整个测试工作的效率。另外，车载移动测试过程中的绝大部分测试工作都是在行进间进行的，天线切换控制系统可根据监测任务切换不同的接收天线，由于使用不同的接收天线，在测试终端上读取到的端口电压也会不尽相同。为了解决这问题，就需要对测试结果进行归一化处理：
E=Ur+K+L
其中：E为场强值， Ur为测量仪器端口电平，K为天线因子，L为线缆损耗。信号分析系统可根据数据库中所用天线的天线因子和线缆损耗自动对监测数据进行归一化处理，从而达到移动监测过程中不同天线的无缝切换，免去了天线架设和移除的数据补偿换算工作。
3.1.2 加入了GPS信息，将射频测试的场强数据与地理位置信息相结合
路测中每一采样点数据通过GPS接收机携带GPS数据信息，不但包括了精确的经度信息、纬度信息和海拔信息等地理信息，还包括了准确的时间信息。提升了测试位置和时间的准确性，整个测试结果的准确性也得到了相应的提升。
3.1.3 自动测试、自动存储、自动整合分析
车载移动测试采用了集成度很高的自动测试系统，测试人员只需要在测试开始前设置好被测频点，确保GPS信息收集正常，便可开始进行场强测试；整个测试过程中工作人员无需再对设备进行任何设置。测试过程中所采集的全部场强数据和GPS信息会被记录，同时每一个监测数据都通过时间进行排序，并自动与记录时间所对应的GPS信息合成为同一条数据信息。测试结束后，测试数据会自动保存成文本格式文件，直接导入电脑即可存档。车载移动测试具有极高的测试效率，相应的其获取到的数据信息也是海量的。配套的应用软件可以非常方便地对测试数据进行筛选、统计以及必要的数据分析，为监测报告提供充足而必要的数据支撑。
3.1.4 引入地图平台系统
通过引入地图平台，包含GPS信息的测试数据中每一个采样点可以在地图中进行标记，呈现出整个监测情况。设置不同的颜色来对场强测试数据值对应的区间范围进行区分可以让覆盖区域内的场强变化形势突显出来。
3.2 DTMB移动监测功能及实现
作为固定监测的延伸和补充，云南省移动监测系统于2016年5月完成验收正式投入使用，对包括DTMB地面国标数字电视及中波广播、短波广播、调频广播、开路模拟电视等多种信号的频率、场强及多种参数进行监测测量、监听监视和统计分析并绘制场强覆盖图，同时具备对音频和视频的监听、录音、存储和回放、图像监看功能；实现对非法广播电视信号的侦查和测向定位。
为了对移动监测系统各项指标性能进行测试，对系统软硬件运行情况及稳定性进行验证，我中心技术人员于2016年5赴玉溪、江川、元江等地进行了实地测试。其中也包括了对DTMB射频信号指标的监测、DTMB画质评估、DTMB基带信号监测及DTMB覆盖分析。
3.2.1 DTMB信号射频监测
无线信号射频层面的监测主要建立在场强监测的基础上，通常以电平值（dBuV），功率值（dBm）和场强值来衡量信号的强弱。DTMB信号为数字信号，则选用以通道的积分功率dBm作为单位进行衡量。
接收功率对数计算公式：
dBm=101g（功率mW）
除了信号场强，射频层面的监测还包括载波频偏、信号占用带宽、载噪比及最大频偏等指标监测。云南省移动监测系统配置备的MAGIC测试主机及数字电视解调记录模块两个设备均可实现对DTMB射频信号上述指标的监测，因此支持多监测任务同时进行并在地图中沿行进路程显示。玉溪市DTMB信号射频监测如图1所示。
3.2.2 DTMB画质评估
画质评估一般有主观评估和客观评估两种方式。主观评估是通过DTMB信号解码后对实际接收到的声音和画质效果进行人为的主观判断。玉溪市及江川县目前DTMB采用的是MPEG-2解码，而2015年国家无线数字化全国覆盖规划将全面推行AVS+编解码模式。为此云南省移动监测系统设计支持解码类型包括H.264、MPEG-2、AVS/AVS+，玉溪市DTMB信号经MPEG-2解码后可实时播放、录像及回放各监测点的画面图像如图2所示。
客观评估是指对实际收测到的客观数据进行评估。DTMB信号采用了双编码方式以提高系统的纠错性能，外码（BCH 码）和内码（LDPC），通过对两种编码的误码率（BER）进行测试就可以客观反映实际的画质情况了，在监测中误码率也可以在图2及图3中实时显示。
3.2.3 DTMB覆盖分析
DTMB信号覆盖根据覆盖范围大小结合当地的实际情况一般采用单频网和多频网方式来进行覆盖，分析软件可生成区域覆盖效果图，覆盖图的精度取决于测试数据线路的数量。测试线路可以为四个方向，如果测试为八个方向覆盖图的效果会更加准确。通过统计分析可以在图表中显示全部测试点在不同场强区间内的分布情况，便于监测人员进一步掌握完整的测试情况。我们实际测试中沿路逐渐靠近发射台站并在发射台站附近绕行，根据监测数据系统自动分析生成等值线覆盖图如图3所示。
矢量测试图可以清晰显示测试点的位置和线路，将包含矢量测试图的监测数据导入Google Earth平台后，测试点周边的地形和建筑物的分布就清晰显示出来，便于监测人员对信号的遮挡、反射和绕射等因素进行判断分析。如图4所示。
4 云南省移动监测系统使用总结
经过野外实地的使用和总结在移动监测过程应注意以下几个方面。
4.1 合理规划设计监测任务
根据监测任务的合理分解，科学规划监测方案，监测系统根据任务设置可自动对移动监测系统内多个监测模块和接收天线进行分配调用，可以在行进路程中同时完成多项监测任务，提高移动监测效率。例如在广播电视全频段扫描监测的同时可以完成对DTMB及其他无线指定频点信号的覆盖监测并解调和录制音视频。
4.2 电源的合理选用
通常情况下的移动监测可选用移动监测系统逆变器提供的电源进行监测，但在精度要求较高的指标测量或者接收信号较弱需要额外增益放大的情况下，为避免逆变器输出电源带入底部噪音，因选用监测系统配备的蓄电池组提供更纯净的电源。
4.3 车速控制
移动监测时，为保证数据的稳定与连续，车速应控制在60公里/小时以内。对于精确的指标监测可采取停车测量的方式。另外DTMB信号根据采用符号星座映射关系的不同，对移动监测车速也有不同的上限要求，对应比特数越高的映射其携带信息越多，在高速中产生误码也越多，因此应将车速控制在误码率允许的范围内。
5 结语
我国的DTMB是中国的数字电视传输领域唯一的强制性国家标准，按照2015年国家无线数字化全国覆盖规划，我国地面数字电视业务将全面铺开，作为公共文化服务的重要组成部分，从政治、经济和产业的角度出发，地面数字电视就担当起了实现“公共文化服务均等化”的责任。针对DTMB的移动监测可以对地面数字电视的建设发展及覆盖效果起到良好的验证作用，在规划建设规划中也具有重要的参考意义。
参 考 文 献
[1] GY/T200.1-2006《移动多媒体广播第一部分：广播信道帧结构、信道编码和调制》.
[2] GY/T200.2-2006《移动多媒体广播第二部分：复用》.
[3] GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》.
[4] GB/T28437-2012《地面数字电视广播监测技术规程》.
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更新时间：2024/12/22 19:15:05