DTMB與5G NR兼容性研究

趙光輝，陳穎，陽(yáng)輝，潘長(zhǎng)勇，佟璐

（1.清華大學(xué)，北京 100084；2.國(guó)家廣播電視總局廣播電視科學(xué)院，北京 100886；3.北京數(shù)字電視國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室有限公司，北京 100191）

1 引言

隨著廣播電視業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，地面電視的頻譜資源日益緊張。與此同時(shí)，其他無(wú)線電業(yè)務(wù)也在爭(zhēng)取更多的無(wú)線電頻譜資源來(lái)確保其業(yè)務(wù)應(yīng)用和發(fā)展。尤其是近些年來(lái)，寬帶無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)頻率資源提出了更多的需要[1]。在國(guó)內(nèi)，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，中國(guó)廣電擬在700M 頻段，建立5G NR(New Radio)廣播網(wǎng)，同樣面臨著頻段交疊的問(wèn)題。

進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，國(guó)際上陸續(xù)出現(xiàn)了包括美國(guó)ATSC、歐洲D(zhuǎn)VB-T、日本ISDB-T 三個(gè)國(guó)際數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)。我國(guó)地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)（DTMB）于2006 年8 月頒布，成為我國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斘ㄒ粡?qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。2011年12月7日，國(guó)際電聯(lián)第六研究組正式通過(guò)對(duì)1306 和1368 號(hào)建議書(shū)的修訂，補(bǔ)充了中華入民共和國(guó)開(kāi)發(fā)的DTMB系統(tǒng)[2]。DTMB標(biāo)準(zhǔn)正式成為了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

為了推動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，工信部發(fā)布了《關(guān)于調(diào)整700MHz 頻段頻率使用規(guī)劃的通知》，調(diào)整700MHz 頻段的使用規(guī)劃，明確將原來(lái)用于廣播電視業(yè)務(wù)的頻譜重新規(guī)劃用于移動(dòng)通信系統(tǒng)。工信部暫時(shí)沒(méi)有明確為中國(guó)廣電指派5G 頻率資源，但中國(guó)廣電已完成頻率申請(qǐng)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(kāi)展5G業(yè)務(wù)[3]。因此，在700M 頻段，中國(guó)廣電具備了建立5G 廣播網(wǎng)的必要條件，結(jié)合廣播大塔高功率(HTHP)和5G 小塔低功率(LTLP) 的5G 廣播網(wǎng)，其具備傳統(tǒng)地面數(shù)字廣播覆蓋范圍廣、低成本和移動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)雙向通信、密集覆蓋的優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)廣播大塔和5G 小塔同時(shí)在同一頻率或相鄰頻率發(fā)射無(wú)線信號(hào)時(shí)，發(fā)射信號(hào)之間必然存在相互干擾的問(wèn)題。因此，為了保障廣播電視業(yè)務(wù)的順利開(kāi)展，有必要對(duì)DTMB 和5G NR 進(jìn)行兼容性測(cè)試研究。

2 測(cè)試平臺(tái)

測(cè)試儀器：本測(cè)試系統(tǒng)使用R&S SFU BROADCAST TEST SYSTEM 設(shè)備發(fā)送DTMB 射頻信號(hào)；使用R&S SMW200A VECTOR SIGNAL GENERATOR設(shè)備發(fā)送5G NR 信號(hào)；使用Agilent E4401B 測(cè)量信號(hào)頻譜。

終端接收設(shè)備：終端設(shè)備使用的是DTMB/DTMB-A 接收機(jī)，能夠接收DTMB 和DTMB-A 信號(hào)。接收機(jī)前端調(diào)諧器芯片使用的是芯科公司（Silicon Labs）的si2151,解調(diào)芯片使用的是中天聯(lián)科公司的AVL833C。

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

表1 非欲收5G NR信號(hào)中心頻率

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

接收機(jī)正常接收信號(hào)判定標(biāo)準(zhǔn)：欲收地面數(shù)字電視信號(hào)在接收機(jī)功率為-60dBm時(shí)，在1分鐘內(nèi)接收到圖像未有肉眼可識(shí)別的損傷，即認(rèn)定為正常接收信號(hào)。

欲收DTMB有用信號(hào)工作模式見(jiàn)表2。

表2 欲收DTMB信號(hào)工作模式

非欲收5G NR信號(hào)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 非欲收5G NR信號(hào)技術(shù)參數(shù)

3 測(cè)試方法

搭建實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)，開(kāi)展地面數(shù)字電視信號(hào)受5G NR 信號(hào)同頻/鄰頻的干擾測(cè)試。DTMB 信號(hào)受5G NR信號(hào)干擾測(cè)試框圖如圖1所示。實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)實(shí)物如圖2所示。

圖1 數(shù)字電視信號(hào)受5G NR信號(hào)干擾測(cè)試框圖

圖2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試平臺(tái)實(shí)物

DTMB 信號(hào)發(fā)生器發(fā)送欲收地面數(shù)字電視射頻信號(hào)至合路器；5G NR 信號(hào)發(fā)生器發(fā)送非欲收5G NR射頻信號(hào)至可調(diào)衰減器，可調(diào)衰減器輸出衰減后的非欲收信號(hào)至合路器；合路器混合欲收信號(hào)和非欲收信號(hào)至接收機(jī)；接收機(jī)接收數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)、解碼后將圖像輸出到電視屏幕上顯示；頻譜分析儀用來(lái)測(cè)量輸入到接收機(jī)的信號(hào)頻譜。

DTMB信號(hào)受5G NR同頻干擾測(cè)試方法：

（1）首先，根據(jù)ITU建議書(shū)上有用數(shù)字電視信號(hào)的所有保護(hù)比值在-60dBm的接收機(jī)輸入功率下進(jìn)行測(cè)量[5]的要求，關(guān)閉干擾信號(hào)發(fā)生器設(shè)備，調(diào)整DTMB信號(hào)發(fā)生器設(shè)備功率輸出，直到頻譜分析儀測(cè)量輸入到接收機(jī)的信號(hào)功率為-60dBm。然后，設(shè)置DTMB信號(hào)發(fā)生器的工作模式，其工作模式如表2所示，設(shè)置DTMB信號(hào)的頻率為754MHz。

（2）打開(kāi)5G NR信號(hào)發(fā)生器，設(shè)置5G NR信號(hào)技術(shù)參數(shù)，其參數(shù)如表3所示；設(shè)置同頻干擾頻率，其頻率值如表1所示；不斷調(diào)整5G NR信號(hào)發(fā)生器的輸出功率，直到接收機(jī)處于正常接收信號(hào)和非正常接收的臨界點(diǎn)。

（3）關(guān)閉DTMB信號(hào)發(fā)生器，使用頻率分析儀測(cè)量5G NR干擾信號(hào)（全部帶寬）輸入到接收機(jī)的功率（I1）和5G NR干擾信號(hào)（DTMB有效帶寬內(nèi)）輸入到接收機(jī)的功率（I2)。已知，DTMB信號(hào)輸入到接收機(jī)的功率（C）為-60dbm。使用C/I1和C/I2分別計(jì)算出DTMB信號(hào)受5G NR干擾信號(hào)（全部帶寬）的同頻保護(hù)率和DTMB信號(hào)受5G NR干擾信號(hào)（DTMB 有效帶寬內(nèi)）的同頻保護(hù)率。

地面數(shù)字電視信號(hào)受5G NR鄰頻干擾測(cè)試方法與同頻干擾測(cè)試的方法類似，只需要將5G NR信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率，設(shè)置成鄰頻干擾頻率，其頻率值如表1所示，因?yàn)槲恼缕拗频脑颍@里就不再詳細(xì)介紹了。

4 測(cè)試結(jié)果和分析

DTMB受5G NR信號(hào)干擾的同頻干擾保護(hù)率測(cè)試結(jié)果，如表4、表5和表6所示。

表4 DTMB信號(hào)受非欲收5G NR信號(hào)(帶寬40MHz)干擾的同頻保護(hù)率

表6 DTMB信號(hào)受非欲收5G NR信號(hào)(帶寬20MHz)干擾的同頻保護(hù)率

DTMB受5G NR信號(hào)干擾的鄰頻干擾保護(hù)率測(cè)試結(jié)果，如表7所示。

作為參考，DTMB信號(hào)受DTMB信號(hào)干擾的同頻保護(hù)率和上、下鄰頻保護(hù)率如表8所示。

表5：DTMB信號(hào)受非欲收5G NR信號(hào)(帶寬30MHz)干擾的同頻保護(hù)率

從測(cè)試結(jié)果不難看出：DTMB信號(hào)在同種模式下，不同帶寬的5G NR信號(hào)在DTMB有效帶寬內(nèi)對(duì)DTMB信號(hào)的同頻干擾保護(hù)率基本相同，對(duì)比相同模式下DTMB信號(hào)受DTMB信號(hào)同頻干擾的保護(hù)率，其數(shù)值基本相同。由此可初步得出結(jié)論：DTMB系統(tǒng)在相同工作模式下，不同帶寬的5G NR信號(hào)在DTMB 有效帶寬內(nèi)對(duì)DTMB系統(tǒng)造成的同頻干擾傷害基本相同，要衡量5G NR信號(hào)對(duì)DTMB信號(hào)的干擾，只需要測(cè)試與DTMB信號(hào)相同頻率和相同帶寬內(nèi)的5G NR信號(hào)功率即可，帶外的信號(hào)起到的干擾作用可忽略不計(jì)。

DTMB信號(hào)在同種模式下，DTMB信號(hào)對(duì)來(lái)自上鄰頻的5G NR信號(hào)干擾保護(hù)率與下鄰頻干擾保護(hù)率基本一致，對(duì)比相同模式下DTMB信號(hào)受DTMB信號(hào)鄰頻干擾的保護(hù)率，上鄰頻保護(hù)率基本相同，下鄰頻保護(hù)率相差約6dB，說(shuō)明當(dāng)干擾信號(hào)處于下鄰頻時(shí)，5G NR信號(hào)干擾DTMB信號(hào)的保護(hù)率比DTMB信號(hào)干擾DTMB信號(hào)的保護(hù)率改善了6dB，可以容忍比DTMB干擾信號(hào)更大功率的5G NR干擾信號(hào)。

由于篇幅所限，本文只提供了有限的5G NR 信號(hào)對(duì)DTMB信號(hào)干擾時(shí)保護(hù)率的測(cè)試結(jié)果，在實(shí)際的測(cè)試中，測(cè)試了5G NR信號(hào)在不同信道調(diào)制模式、不同帶寬、不同子載波帶寬對(duì)DTMB信號(hào)在七種常用模式下干擾時(shí)的保護(hù)率，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果也于本文列出測(cè)試結(jié)果基本一致。

表7 DTMB信號(hào)受5G NR信號(hào)（帶寬40MHz）干擾的鄰頻保護(hù)率

表8 DTMB信號(hào)受DTMB信號(hào)干擾的同頻和鄰頻保護(hù)率

5 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，搭建DTMB系統(tǒng)與5G NR系統(tǒng)兼容性測(cè)試平臺(tái)，提出DTMB系統(tǒng)與5G NR系統(tǒng)兼容性測(cè)試方法，并開(kāi)展DTMB系統(tǒng)與5G NR系統(tǒng)在同頻及鄰頻的兼容性測(cè)試。DTMB 系統(tǒng)與5G NR 系統(tǒng)的兼容性研究，為今后DTMB 業(yè)務(wù)在5G 廣播網(wǎng)的順利開(kāi)展起到至關(guān)重要的作用。由于5G NR 測(cè)試設(shè)備不夠完善，目前僅進(jìn)行5G NR系統(tǒng)對(duì)DTMB系統(tǒng)的干擾測(cè)試實(shí)驗(yàn)。 待5G NR 測(cè)試設(shè)備完善后，將進(jìn)一步開(kāi)展DTMB系統(tǒng)對(duì)5G NR系統(tǒng)的干擾測(cè)試，從而開(kāi)展對(duì)DTMB系統(tǒng)與5G系統(tǒng)更深入的兼容性測(cè)試和研究。