國標地面數(shù)字電視DTMB移動監(jiān)測

周迪

摘 要：本文簡要介紹了我國地面數(shù)字電視發(fā)展規(guī)劃及國標地面數(shù)字電視系統(tǒng)技術特點及系統(tǒng)原理，結合云南省移動監(jiān)測系統(tǒng)重點探討了國標地面數(shù)字電視移動監(jiān)測的技術原理、主要功能及實現(xiàn)方法。

關鍵詞：地面數(shù)字電視；DTMB；移動監(jiān)測

中圖分類號： TN911 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）23-136-4

0 引言

第十八屆三中全會明確指出，要構建現(xiàn)代公共文化服務體系，建立公共文化服務體系建設協(xié)調(diào)機制，統(tǒng)籌服務設施網(wǎng)絡建設，促進基本公共文化服務標準化、均等化。作為公共文化服務重要手段之一的地面數(shù)字電視是廣播電視傳輸覆蓋網(wǎng)的重要組成部分，是各級政府提供廣播電視公共服務的主要手段。1999年我國成立了國家數(shù)字電視領導小組并著力推進數(shù)字電視研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，明確宣示自主制定技術標準，于2006年8月18日正式頒布了針對我國數(shù)字電視應用的《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調(diào)制》（GB20600-2006）地面數(shù)字電視廣播傳輸標準，于2007年8月1號正式實施，國標地面數(shù)字電視DTMB（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，數(shù)字電視地面多媒體廣播）（以下簡稱DTMB）成為中國廣播業(yè)地面電視信號的強制標準。2011年12月，國際電信聯(lián)盟在修訂地面數(shù)字電視國際標準，將我國的DTMB標準納入其中，DTMB標準也正式成為繼日本地面綜合業(yè)務數(shù)字廣播（ISDB-T）、歐洲數(shù)字視頻地面廣播（DVB-T）和美國高級電視系統(tǒng)委員會（ATSC）之后的第四個數(shù)字電視國際標準。

1 地面數(shù)字電視系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃

2014年12月30日，總局和財政部聯(lián)合印發(fā)了《關于實施中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的通知》（新廣電發(fā)[2014]311號）?！锻ㄖ访鞔_中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程計劃分兩步實施：

第一步：2015年，利用全國無線廣播電視骨干發(fā)射臺基本實現(xiàn)12套中央電視節(jié)目的無線數(shù)字化覆蓋，啟動3套中央廣播節(jié)目的無線數(shù)字化覆蓋試點；

第二步：2015-2016年，根據(jù)中央電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋效果，繼續(xù)補充完善覆蓋建設，以進一步擴大覆蓋面、提高覆蓋質(zhì)量；根據(jù)中央廣播節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋試點情況，做出下一步中央廣播節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋總體方案，再分年實施。

2015年，國家以財政投入方式解決中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化全國覆蓋問題。根據(jù)國辦發(fā)〔2006〕79號文件精神，按照分級負責原則，中央、省、市、縣各級政府分別負責解決轉播本級廣播電視節(jié)目的無線發(fā)射轉播臺站的機房和設備的更新改造資金和運行維護經(jīng)費。整個項目資金為48億元，計劃在全國2562個無線臺站，每個站2部發(fā)射機，共計6230部發(fā)射機，實現(xiàn)縣級以上發(fā)射臺站全覆蓋；項目建成后將基本形成地面數(shù)字電視和數(shù)字音頻廣播的全國性覆蓋。

目前云南省已有玉溪、紅河等多個州市完成了DTMB對本級節(jié)目覆蓋建設，同時按照2015年國家無線數(shù)字化全國覆蓋規(guī)劃，目前云南省已完成中央節(jié)目覆蓋161個大功率DTMB發(fā)射臺站招標工作，年底將完成建設。

2 地面數(shù)字電視及DTMB概述

2.1 地面數(shù)字電視技術

目前數(shù)字電視的傳輸方式分為地面、有線及衛(wèi)星3種，數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敒榈孛鎸拵o線傳輸，因為其地面開路傳輸?shù)奶匦?，傳輸環(huán)境較為復雜，因此其技術要求最高。地面數(shù)字電視系統(tǒng)主要由信源系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、天饋線系統(tǒng)這三部分組成。信源部分有多種組成方式，節(jié)目源可來自衛(wèi)星、有線、微波，然后通過本地編碼復用，輸出標準數(shù)字電視MPTS/SPTS碼流。發(fā)射系統(tǒng)主要由調(diào)制器、激勵器、發(fā)射機組成，將MPTS/SPTS碼流調(diào)制為射頻信號。天饋線系統(tǒng)包括電纜、功分器、天線等部件，也是發(fā)端的最后一個環(huán)節(jié)，最終將射頻信號通過無線方式進行覆蓋。

2.2 DTMB技術特點

DTMB廣播傳輸系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過擾碼器（隨機化）、前向糾錯編碼（FEC）由外碼（BCH 碼）和內(nèi)碼（LDPC）級聯(lián)實現(xiàn)，比特流通過星座映射到符號流，然后通過交織后組成基本數(shù)據(jù)塊，運用幀體數(shù)據(jù)處理將基本數(shù)據(jù)塊與系統(tǒng)信息復用形成幀體，幀體與相應的幀頭（PN序列）復接組成信號幀（組幀），再轉換為8MHz帶寬內(nèi)的基帶輸出信號，再通過正交上變頻轉得到UHF和VHF頻段范圍內(nèi)的射頻信號。復用中采用的時域正交頻分復用（TDS-OFDM）調(diào)制是DTMB的核心技術，采用時域和頻域混合處理，獲得快速碼字捕獲和可靠同步跟蹤性能，形成了與歐、日多載波技術不同的技術特點。

2.2.1 較高的傳輸效率或頻譜效率

DTMB中同步頭采用在符號中加入沃爾什編碼的偽隨機序列PN（Pseudo-noise Sequence），在OFDM的保護間隔中周期性地插入長度為378的PN序列作為幀頭，除了作為OFDM的保護間隔以外，在接收端還可以被用作信號幀的幀同步、載波恢復與自動頻率跟蹤、符號時鐘恢復、信道估計等用途，時間保護間隔同時用于傳輸信道估計信號，傳輸和頻譜效率優(yōu)于歐洲DVB-T的C-OFDM同時存在用于同步和信道估計等的導頻信號和保護間隔。

2.2.2 抗多徑干擾能力強

保護間隔的長度決定了抵抗多徑干擾的能力強弱。DTMB的時間保護間隔中插入的是已知的（系統(tǒng)同步后）PN序列，在接收端的信號可以直接算出，并去除。TDS-OFDM可以把幾個OFDM幀的PN序列聯(lián)合處理，使保護間隔長度不對多徑干擾的延時長度造成限制。

2.2.3 適于移動接收

移動接收的困難在于移動速度產(chǎn)生的多普勒頻移和傳輸過程中多徑引起的頻率選擇性衰落，使傳輸信道具有隨時間變化的特性。TDS-OFDM的信道估計僅取決于OFDM的當前符號，而C-OFDM的信道估計需要4個連續(xù)的OFDM符號。因此，C-OFDM在移動情況下，要考慮4個OFDM符號的信道變化影響，而TDS-OFDM只需考慮1個OFDM符號的信道變化影響，移動特性優(yōu)于歐洲 DVB-T 系統(tǒng)。

3 DTMB的移動監(jiān)測

隨著云南省、市、縣各級發(fā)射臺站全覆蓋建設的大力推進，根據(jù)安全播出監(jiān)測監(jiān)管的要求，DTMB的發(fā)射、傳輸、覆蓋必須納入省廣播電視安全播出監(jiān)管體系。DTMB監(jiān)測由固定監(jiān)測和移動監(jiān)測構成完整的監(jiān)測體系，固定監(jiān)測通過部署在各監(jiān)測點的固定監(jiān)測前端對DTMB信號進行實時監(jiān)測，移動監(jiān)測則可靈活規(guī)劃監(jiān)測區(qū)域或針對固定監(jiān)測未能監(jiān)測到的區(qū)域的DTMB信號發(fā)射、傳輸和覆蓋質(zhì)量效果進行動態(tài)監(jiān)測，與固定監(jiān)測相比移動監(jiān)測具有機動性和針對性。同時針對DTMB信號適用于移動接收的技術特點及其公共交通移動數(shù)字電視接收的實際應用，移動監(jiān)測更具重要意義。

3.1 移動監(jiān)測技術特點

移動監(jiān)測是完善廣播電視安全播出監(jiān)測的重要技術手段，以車輛為載體，通過車載的信號接收系統(tǒng)，信號測量及分析系統(tǒng)在行進路途中對無線信號的射頻指標、基帶指標及覆蓋分析等進行綜合智能化監(jiān)測。移動監(jiān)測與固定監(jiān)測相比有其特有的技術特點。

3.1.1 移動測試采用全向天線，多副天線可無縫切換

車載移動測試采用全向天線，簡化了方向性天線每個頻點測試時都需要尋找最大值的步驟，提升了整個測試工作的效率。另外，車載移動測試過程中的絕大部分測試工作都是在行進間進行的，天線切換控制系統(tǒng)可根據(jù)監(jiān)測任務切換不同的接收天線，由于使用不同的接收天線，在測試終端上讀取到的端口電壓也會不盡相同。為了解決這問題，就需要對測試結果進行歸一化處理：

E=Ur+K+L

其中：E為場強值， Ur為測量儀器端口電平，K為天線因子，L為線纜損耗。信號分析系統(tǒng)可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中所用天線的天線因子和線纜損耗自動對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行歸一化處理，從而達到移動監(jiān)測過程中不同天線的無縫切換，免去了天線架設和移除的數(shù)據(jù)補償換算工作。

3.1.2 加入了GPS信息，將射頻測試的場強數(shù)據(jù)與地理位置信息相結合

路測中每一采樣點數(shù)據(jù)通過GPS接收機攜帶GPS數(shù)據(jù)信息，不但包括了精確的經(jīng)度信息、緯度信息和海拔信息等地理信息，還包括了準確的時間信息。提升了測試位置和時間的準確性，整個測試結果的準確性也得到了相應的提升。

3.1.3 自動測試、自動存儲、自動整合分析

車載移動測試采用了集成度很高的自動測試系統(tǒng)，測試人員只需要在測試開始前設置好被測頻點，確保GPS信息收集正常，便可開始進行場強測試；整個測試過程中工作人員無需再對設備進行任何設置。測試過程中所采集的全部場強數(shù)據(jù)和GPS信息會被記錄，同時每一個監(jiān)測數(shù)據(jù)都通過時間進行排序，并自動與記錄時間所對應的GPS信息合成為同一條數(shù)據(jù)信息。測試結束后，測試數(shù)據(jù)會自動保存成文本格式文件，直接導入電腦即可存檔。車載移動測試具有極高的測試效率，相應的其獲取到的數(shù)據(jù)信息也是海量的。配套的應用軟件可以非常方便地對測試數(shù)據(jù)進行篩選、統(tǒng)計以及必要的數(shù)據(jù)分析，為監(jiān)測報告提供充足而必要的數(shù)據(jù)支撐。

3.1.4 引入地圖平臺系統(tǒng)

通過引入地圖平臺，包含GPS信息的測試數(shù)據(jù)中每一個采樣點可以在地圖中進行標記，呈現(xiàn)出整個監(jiān)測情況。設置不同的顏色來對場強測試數(shù)據(jù)值對應的區(qū)間范圍進行區(qū)分可以讓覆蓋區(qū)域內(nèi)的場強變化形勢突顯出來。

3.2 DTMB移動監(jiān)測功能及實現(xiàn)

作為固定監(jiān)測的延伸和補充，云南省移動監(jiān)測系統(tǒng)于2016年5月完成驗收正式投入使用，對包括DTMB地面國標數(shù)字電視及中波廣播、短波廣播、調(diào)頻廣播、開路模擬電視等多種信號的頻率、場強及多種參數(shù)進行監(jiān)測測量、監(jiān)聽監(jiān)視和統(tǒng)計分析并繪制場強覆蓋圖，同時具備對音頻和視頻的監(jiān)聽、錄音、存儲和回放、圖像監(jiān)看功能；實現(xiàn)對非法廣播電視信號的偵查和測向定位。

為了對移動監(jiān)測系統(tǒng)各項指標性能進行測試，對系統(tǒng)軟硬件運行情況及穩(wěn)定性進行驗證，我中心技術人員于2016年5赴玉溪、江川、元江等地進行了實地測試。其中也包括了對DTMB射頻信號指標的監(jiān)測、DTMB畫質(zhì)評估、DTMB基帶信號監(jiān)測及DTMB覆蓋分析。

3.2.1 DTMB信號射頻監(jiān)測

無線信號射頻層面的監(jiān)測主要建立在場強監(jiān)測的基礎上，通常以電平值（dBuV），功率值（dBm）和場強值來衡量信號的強弱。DTMB信號為數(shù)字信號，則選用以通道的積分功率dBm作為單位進行衡量。

接收功率對數(shù)計算公式：

dBm=101g（功率mW）

除了信號場強，射頻層面的監(jiān)測還包括載波頻偏、信號占用帶寬、載噪比及最大頻偏等指標監(jiān)測。云南省移動監(jiān)測系統(tǒng)配置備的MAGIC測試主機及數(shù)字電視解調(diào)記錄模塊兩個設備均可實現(xiàn)對DTMB射頻信號上述指標的監(jiān)測，因此支持多監(jiān)測任務同時進行并在地圖中沿行進路程顯示。玉溪市DTMB信號射頻監(jiān)測如圖1所示。

3.2.2 DTMB畫質(zhì)評估

畫質(zhì)評估一般有主觀評估和客觀評估兩種方式。主觀評估是通過DTMB信號解碼后對實際接收到的聲音和畫質(zhì)效果進行人為的主觀判斷。玉溪市及江川縣目前DTMB采用的是MPEG-2解碼，而2015年國家無線數(shù)字化全國覆蓋規(guī)劃將全面推行AVS+編解碼模式。為此云南省移動監(jiān)測系統(tǒng)設計支持解碼類型包括H.264、MPEG-2、AVS/AVS+，玉溪市DTMB信號經(jīng)MPEG-2解碼后可實時播放、錄像及回放各監(jiān)測點的畫面圖像如圖2所示。

客觀評估是指對實際收測到的客觀數(shù)據(jù)進行評估。DTMB信號采用了雙編碼方式以提高系統(tǒng)的糾錯性能，外碼（BCH 碼）和內(nèi)碼（LDPC），通過對兩種編碼的誤碼率（BER）進行測試就可以客觀反映實際的畫質(zhì)情況了，在監(jiān)測中誤碼率也可以在圖2及圖3中實時顯示。

3.2.3 DTMB覆蓋分析

DTMB信號覆蓋根據(jù)覆蓋范圍大小結合當?shù)氐膶嶋H情況一般采用單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)方式來進行覆蓋，分析軟件可生成區(qū)域覆蓋效果圖，覆蓋圖的精度取決于測試數(shù)據(jù)線路的數(shù)量。測試線路可以為四個方向，如果測試為八個方向覆蓋圖的效果會更加準確。通過統(tǒng)計分析可以在圖表中顯示全部測試點在不同場強區(qū)間內(nèi)的分布情況，便于監(jiān)測人員進一步掌握完整的測試情況。我們實際測試中沿路逐漸靠近發(fā)射臺站并在發(fā)射臺站附近繞行，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動分析生成等值線覆蓋圖如圖3所示。

矢量測試圖可以清晰顯示測試點的位置和線路，將包含矢量測試圖的監(jiān)測數(shù)據(jù)導入Google Earth平臺后，測試點周邊的地形和建筑物的分布就清晰顯示出來，便于監(jiān)測人員對信號的遮擋、反射和繞射等因素進行判斷分析。如圖4所示。

4 云南省移動監(jiān)測系統(tǒng)使用總結

經(jīng)過野外實地的使用和總結在移動監(jiān)測過程應注意以下幾個方面。

4.1 合理規(guī)劃設計監(jiān)測任務

根據(jù)監(jiān)測任務的合理分解，科學規(guī)劃監(jiān)測方案，監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)任務設置可自動對移動監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)多個監(jiān)測模塊和接收天線進行分配調(diào)用，可以在行進路程中同時完成多項監(jiān)測任務，提高移動監(jiān)測效率。例如在廣播電視全頻段掃描監(jiān)測的同時可以完成對DTMB及其他無線指定頻點信號的覆蓋監(jiān)測并解調(diào)和錄制音視頻。

4.2 電源的合理選用

通常情況下的移動監(jiān)測可選用移動監(jiān)測系統(tǒng)逆變器提供的電源進行監(jiān)測，但在精度要求較高的指標測量或者接收信號較弱需要額外增益放大的情況下，為避免逆變器輸出電源帶入底部噪音，因選用監(jiān)測系統(tǒng)配備的蓄電池組提供更純凈的電源。

4.3 車速控制

移動監(jiān)測時，為保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定與連續(xù)，車速應控制在60公里/小時以內(nèi)。對于精確的指標監(jiān)測可采取停車測量的方式。另外DTMB信號根據(jù)采用符號星座映射關系的不同，對移動監(jiān)測車速也有不同的上限要求，對應比特數(shù)越高的映射其攜帶信息越多，在高速中產(chǎn)生誤碼也越多，因此應將車速控制在誤碼率允許的范圍內(nèi)。

5 結語

我國的DTMB是中國的數(shù)字電視傳輸領域唯一的強制性國家標準，按照2015年國家無線數(shù)字化全國覆蓋規(guī)劃，我國地面數(shù)字電視業(yè)務將全面鋪開，作為公共文化服務的重要組成部分，從政治、經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)的角度出發(fā)，地面數(shù)字電視就擔當起了實現(xiàn)“公共文化服務均等化”的責任。針對DTMB的移動監(jiān)測可以對地面數(shù)字電視的建設發(fā)展及覆蓋效果起到良好的驗證作用，在規(guī)劃建設規(guī)劃中也具有重要的參考意義。

參 考 文 獻

[1] GY/T200.1-2006《移動多媒體廣播第一部分：廣播信道幀結構、信道編碼和調(diào)制》.

[2] GY/T200.2-2006《移動多媒體廣播第二部分：復用》.

[3] GB20600-2006《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結構、信道編碼和調(diào)制》.

[4] GB/T28437-2012《地面數(shù)字電視廣播監(jiān)測技術規(guī)程》.