上海地区CMMB系统架构与应用介绍
汪秀婷 徐光道 姜俊
（上海东方明珠传输有限公司）
摘 要：近年来，随着通信技术的不断发展，移动多媒体广播越来越受到人们的关注。作为广电系手机电视行业标准的CMMB由于其绝对的技术优势和完善的覆盖网络，已经在我国广泛应用，在上海已经正式启动商业运营。本文以上海地区CMMB目前的整个系统架构为基础，详细阐述了包括单频网网点组成、系统框架、前端系统、信号传输分配系统、应用中所遇问题及解决方法等内容，以此介绍了目前上海地区CMMB应用实施情况。关键词：CMMB 中国移动多媒体广播 微波 前端1.引言
2006年9月，国家广电总局确定了基于STiMi信道编码和调制技术的移动多媒体广播技术体系，即CMMB。上海地区已经成功开设了22个CMMB发射站点，采用单频网组网方式进行小功率发射，基本实现了全城和部分郊区的覆盖。本文将对CMMB概况、前端系统、上海地区组网情况、实际问题解决方法等内容逐一介绍。2.中国移动多媒体广播（CMMB）概况
CMMB——China Mobile Multimedia Broadcasting，中国移动多媒体广播是基于泰美公司的STiMi（Satellite Terrestrial Interactive Multi-service Infrastructure卫星地面交互式多业务体系）技术所研发的新一代多媒体广播技术，是一种基于卫星和地面信道的调制技术和信道编码技术的统称，于2006年10月被国家广电总局批准为行业标准，一般称为手机电视行业标准。CMMB采用S波段大功率卫星与地面同频增补网络相结合的技术体制，通过单向广播和双向互动相结合，实现全国“天地一体、星网结合、统一标准、全国漫游”的目的。目前，CMMB已经制定颁布了13个相关技术标准和规范，具体内容包括：广播信道帧结构信道编码和调制 、复用 、电子业务指南 、紧急广播 、数据广播 、条件接收 、接收解码终端技术要求、复用器技术要求和测量方法、卫星分发信道帧结构信道编码和调制、安全广播、室内覆盖系统实施指南、复用实施指南、室内覆盖系统无源器件技术要求和测量。3.上海地区CMMB实施情况
上海地区人口众多，且建筑群分布比较密集，再加上地铁、轻轨等轨道交通十分发达，所以普通终端在上海是无法直接接收到CMMB的S波段的卫星信号的。因此，构建UHF频段的CMMB单频网覆盖网络势在必行。单频网的应用充分节约了珍贵的频率资源，况且由于发射机使用相同的频率发送同样的信号，可实现网络增益，每个发射机的发射功率相比多频网中的发射机要小很多。对于覆盖阴影地区则由同频转发器进行补充覆盖。2009年3月上海地区作为全国第一个加密播出CMMB的商用试点正式对外播出，其中包括7套加密视频（NAGRA-CA系统）和若干加密数据广播（电子业务指南ESG、路况、股票、天气等）和1套清流视频节目。3.1 上海地区CMMB单频网网点组成
目前上海市共有CMMB发射站点22处（未来还要新开3处），频点为754MHz（DS-43）。其中包括I期的8个发射台站：东方明珠广播电视塔、虹桥路广播大厦、大宁多媒体大厦、绿地科技岛大厦、空军通信塔、新金桥大厦、海宏宾馆、松江电视台；II期的7个发射台站：崇明相化镇、崇明城桥镇、嘉定台、宝山台、金山、青浦、奉贤；以及III期的7个发射台站：绿地豪生大酒店发射站、江苏饭店发射站、汇亨新亚大酒店发射站、方泰发射站、三和大厦发射站、滴水湖发射站、航头汇力商务广场发射站。这22个站点构成CMMB单频网，都采用东芝1kw数字发射机，DS-43频道（中心频率754MHz）进行发射，使得CMMB信号基本全部覆盖了整个上海市区和部分郊区。见图2：上海地区CMMB发射站点分布图。在部分CMMB信号比较弱，接收终端不能正常接收的区域，采用小功率发射装置，即直放站进行补点发射。 表1为上海地区CMMB各个“副站”与“主站”距离，其中“主站”为东方明珠广播电视塔，其余均为“副站”。在CMMB单频网中的所有站点的节目传输分配是通过微波链路完成的，各发射站点的发射机采用同一频率在同一时刻发射相同的节目。CMMB单频网推荐台站最大间距不超过15km，如果不满足这个条件，可能引起台站之间的同频干扰，必须通过配置合理延时得以解决。调整单频网时延，首先要确定覆盖重叠区域（多径信号电平差异小于保护率的范围），然后合理调整网络延时，使得覆盖重叠区域内的多径信号时延差异不超过保护间隔。表1：上海地区CMMB各个“副站”与“主站”距离
站点名称 | 虹桥路广播大厦 | 大宁多媒体 | 绿地科技岛 | 海宏大酒店 | 新金桥大厦 | 空军通信塔 | 松江电视台 | 崇明相化镇 | 崇明城桥镇 | 绿地豪生大酒店发射站 |
与主站距离km | 10 | 7 | 17.3 | 8.3 | 8.7 | 5.5 | 35.8 | 37.6 | 43.8 | 20.4 |
站点名称 | 江苏饭店 | 汇亨新亚大酒店 | 方泰 | 三和大厦 | 滴水湖 | 航头汇力商务广场 | 嘉定台 | 宝山台 | 金山 | 青浦 | 奉贤 |
与主站距离km | 8.33 | 31.6 | 28 | 4 | 55 | 24.3 | 28.7 | 18.4 | 49.8 | 36.3 | 35.6 |
3.2 上海地区CMMB系统框架
图3为上海地区CMMB系统结构示意图（不包括加密系统）。整个系统由22个发射站点组成，图中只画出主站与1个副站示意。发射机A位于东方明珠广播电视塔，称作“主站”，发射机B代表其他发射站点的发射机，称作“副站”。前端系统位于主站——东方明珠发射台，MPEG-2的本地节目信号源先通过H.264编码器进行编码，每套视频输出码流约为400Kbps左右，再通过UDP方式将编码后的节目源信号传送到复用器，各种数据业务也是通过UDP的方式传送到复用器，复用器将编码后的节目和数据业务进行打包，打包成符合CMMB标准的PMS码流，以ASI形式一路直接送往位于东方明珠广播电视塔的发射机，另一路送往主站PBI，进行ASI-IP的格式转换，转换后的码流就作为其余“副站”的节目源。另外，从图中也可以看到，编码器、数据业务服务器和复用器处于由交换机1所连接的“复用网段”中；而几个发端微波设备则处于由交换机2所连接的“微波网段”中。将“复用网段”和“微波网段”分开，是为了使它们之间互不干扰，增加系统的冗余性，保证了系统的可靠性。3.3上海地区CMMB前端系统结构
目前上海地区CMMB共有8套视频节目，和若干数据信息。其中一套视频节目为清流，其余7套节目为加密传输。节目信号来源有两种，一是来自CMMB卫星的中央台节目，已为H.264视频格式并加密，直接送入复用器；另一种是来自本地节目，分别经过各自的H.264编码器（同时加扰）后再送入复用器打包。各种数据业务如股票、天气、路况、ESG等也从专属的数据服务器送往复用器打包。前端系统框如图4所示，共包含5大部分：网管系统、视音频编码处理及数据服务器、主站微波设备、副站相关设备、CA及BOSS。 网管系统控制监测整个联入前端系统的设备，能对诸如编码器、数据服务器、主站或副站的微波设备、复用器、发射机、加密系统等等起到监控和设置的作用，通过IP方式连接，安全高效。视频编码器采用的是ENVIVIO公司的H.264编码器，对将PBI输出的TS流进行H.264编码。编码器在编码的同时，可对节目进行加扰。加扰后的节目，并产生ECM信息。在每台编码器之前使用PBI工程机顶盒进行射频到视/音频的解调与解码转换。另外，由于PBI转换后输出的音频过小，而为单声道输出，所以编码器前添加了ADA音频分配放大器。微波设备将信号以微波形式进行各个副站机房与东方明珠发射机房信号的双向传输，当微波信号有干扰时可通过网管设备暂时更改通信频点。各个副站设备大同小异，微波链路组成的信号源分配系统，再通过PBI工程机顶盒将已经复用为符合CMMB标准的数据流由IP转换成接入发射机的ASI码流，最后进行发射。CA及BOSS系统的作用是对本地节目进行加密与授权。针对接收终端的大卡、小卡方案，有同密、单密两种加密形式。另外，复用器给每套视频节目分配了4个时隙进行传输，每套数据则分配了1~2个时隙。为了提高系统的可靠性，复用器有热备份可以切换。
3.4 微波方式传输分配网络
各个发射站点的信号源统一从主站通过微波信号接收。虽然能采用光纤方式传送信号源至各个站点，其信号稳定性和抗干扰性肯定大大优于微波方式。但考虑到没有专门用于CMMB单频网的广电光纤通信链路，且租借电信光纤的费用较高，因此目前采用微波方式来传送信号源。
我们采用的是Redline公司生产的AN-80微波高速无线以太网桥，它采用IEEE 802.16d标准，支持点对点（PTP）与点对多点（PMP）的网络结构，工作在公共频段。系统具有双向自适应调制能力，能够在8种调制方法中（从BPSK到64 QAM）依次调节无线链路质量，不仅优化了频谱利用率，还解决了既定网络环境下的信号衰减问题，从而保证了最高的数据吞吐量。我们使用的微波设备有高增益窄波束定向天线（9度），在视距环境下通信距离可达80公里，在非视距环境下通信距离亦可达10公里。主站与副站的实际距离为6km~35km不等，实际信噪比一般在22dB以上，信号强度在-70dB~-60dB左右。另外，在空中的传输速率高达144Mbps，相当于以太网90Mbps的单向速率。而根据现有配置，CMMB复用器的输出码流净负荷大小仅为4.382Mbps，经过PBI转换后的码流大小也仅为5~6Mbps之间，远远小于微波传输容量。
4.实际问题和解决方法
- 由于上海地区微波传送使用的是5.725GHz~5.825GHz的公共频段、TCP/IP协议，无任何带宽安全保证机制，可能造成码流抖动和丢包的情况，此外由于天气和信号干扰等原因造成的微波传输不稳定，会造成调制器无功率输出，从而使单频网混乱。因此，若未来条件允许，将使用光纤代替微波组网。
- 随着上海地区CMMB发射站点的不断增多，发射站点的日常维护量日益加大，设备种类也日趋复杂，这些都对进一步拓宽CMMB的业务形成了阻碍。为了应对这一突出矛盾，新的发射站点的建设都遵循“无人值守”的理念。而如今除了东方明珠发射塔和虹桥路广播大厦外，其余站点均无人值守，缺乏对各站点有效的监控手段。针对该情况，所有的无人值守机房都通过“CMMB远程监控网管系统”完成对发射站点的远程视频监控、发射机数据采集、发射机开关机、发射机房环境监控等功能的实现。除了通过网管系统的软件客户端，维护人员还可通过任何一台连接中心数据库的电脑，或者手机上网的形式登录“CMMB远程监控网管系统”，对发射站点的设备和环境状况进行及时监控。
- GPS提供给复用器、CMMB调制器10M、1PPS、TOD信息，由此实现发射机的信号、时间、比特同步。任一网点的 GPS失锁，会导致单频网混乱。针对可能发生的严重后果。将来会采取2种方式解决该问题：一、提供GPS不间断电源；二、增添备用GPS设备。
- 上海地区CMMB建网至今，先后使用过两种激励器。第一代数码视线产激励器，经使用发现在无TS流输入情况下，激励器不控制关闭功放，发射机依然有功率输出。经过厂家的软件升级，激励器增加RF Mute功能，在无TS流输入情况下，激励器能够控制关闭功放。随后，数码视线对激励器进行升级。第二代激励器在功能上，改进了一代激励器单频网延时调整的缺陷。随着CMMB发射站点的增加，在单频网测试过程中，又出现新的问题：第二代激励器设置的单频网延时参数不稳定，运行一段时间后会自动跑掉，影响单频网稳定。并且，对于复用器输出的TS流码流抖动非常敏感，当TS码流发生变化时，激励器也会发出关闭功放命令。因此，在经过一段时间的测试后，仍然改回使用数码视线第一代激励器。
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