MMDS系统概述及实施设计论文.docx

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MMDS系统概述及实施设计论文

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MMDS系统概述及实施方案

摘要:

MMDS中文发名叫多路微波分配系统。

上世纪90年代发展迅速，曾经在通信、广播电视甚至军事等领域发挥了极其重要的作用。

近年来由于数字技术特别是数字压缩技术的成熟和应用，解决了MMDS受频带资源限制、传输容量小、抗干扰能力差、模拟加扰容易被破解的问题，MMDS又被重新赋予了新的生命力。

数字MMDS迅速发展，在电视广播都越来越用得广泛，特别是在农村解决收费难的问题，数字MMDS以后的普及是不言而喻的，它的重要越来越被人们所认识。

笔者着重介绍了数字MMDS的组成、构建以及运用进行了详细的介绍。

[关键词]：

数字电视农村条件接收机顶盒

目录

第一章系统介绍3

1.1简介3

1.1.1MMDS传输网络的分类3

1.1.2MMDS新技术与信息高速公路4

1.1.3国标规定MMDS频道配置4

1.2数字MMDS传送的优点4

第二章数字电视系统组成简介6

2.1系统组成6

2.2数字广播电视前端系统7

2.3数字广播电视传输网络系统7

2.4用户终端系统7

第三章数字电视前端系统8

3.1数字信源系统8

3.2数字信道系统10

3.3加扰授权及管理系统（CA&SMS）11

第四章CA条件接收系统12

4.1CA系统的原理12

4.2CA系统的特点与功能13

4.2.1特点13

4.2.2功能13

第五章农村数字电视15

5.1中国农村广播现状15

5.1.1农村有线电视解决方案15

5.2MMDS传输系统的规划设计16

第六章天线塔、馈线的安装与微波站的建设18

6.1天线塔、馈线的安装18

6.1.1天线塔的要求安装18

6.1.2馈线的要求与安装18

6.2MMDS微波站建设19

结束语21

参考文献22

致谢23

第一章系统介绍

1.1简介

1.1.1MMDS传输网络的分类

MMDS（Microwave　Multipoint　Distribution　Systems），中文叫多路微波分配系统。

它主要由数字MMDS发射基站、用于无线接收的微波天线、DVB-S数字机顶盒及电视机组成。

多路微波传输系统作为有线电视干线传输的一种传输媒介，从20世纪80年代起得到广泛的应用，它是将空着的2.5～2.7GHz的S频段利用来传输电视节目，其商业化过程是由美国人实现的。

20世纪90年代初传入我国。

微波传输的信号可以是模拟电视或经加扰的模拟电视信号，也可以是数字的或数字压缩的电视信号。

多路微波传输系统主要分两大类，一类是全向辐射的，称MMDS系统（MMDS—Microwave　Multipoint　Distribution　Systems），一般它是作为一个本地信号分配系统，微波直接到达用户家庭或集体接收点，具有和无线电视相似的属性；另一类是定向辐射的多路微波传输系统，调幅系统称为AML（AML—AmplitudeModulatedMicrowaveLink），调频系统称为FML，目前AML得到较多应用，它是一种传输系统，而不是分配系统。

MMDS的频率范围为2.5～2.69GHz，带宽为190MHz，在我国仅能传送23套电视节目；而AML的频率范围为12.7～13.25GHz，带宽为550MHz，能传送多达59套电视节目。

由于MMDS和AML的上述区别，其适用的场合也就不同。

通常MMDS作为一种分配系统，主要用于在已经享有许可的地区，延伸电缆所达到的服务范围，扩大服务区，对于接收点零散，信号接收后不必再给多级分配放大入户的情况，宜采用MMDS系统。

AML作为一种传输方式，常代替超干线，将节目定向传送至某个（或某几个）固定的接收点，然后再用电缆进行分配。

对于接收点包含用户较多，信号必须经三次以上放大后才能覆盖整个接收区的情况，宜采用AML系统。

图1MMDS市、地级远程传输网络示意图

从目前我国有线电视网的实际情况出发，MMDS电缆传输混合网的分类如下：

1、一级传输网：

各省、市把卫星信号及微波干线传送来的中央加密节目，通过微波骨干网传送到全省的地（州）、县微波站。

2、二级传输网：

各地（州）、县有线台接收本省微波传送来的加密节目，并插入本地区的自办节目，在人口密集的地区和地势最高点设立MMDS发射台。

3、三级传输网：

各乡、镇、村定向接收MMDS微波信号后，再加上来自卫星的多套电视节目，建立CATV分前端，再用同轴电缆传输到各集体用户或个体用户。

1.1.2MMDS新技术与信息高速公路

MMDS无线传输网与有线电视光纤网一样，可采用加/解扰技术，实现可寻址收费系统，计算机用户管理系统。

MMDS无线传输网与光纤网一样，可实现双向传送话务和数据信息，视频点播、电视会议等。

数字压缩技术最终解决MMDS频道容量少的缺陷。

可将4~10路电视节目压缩在一个模拟的8MHz通道中传输。

这能扩展更多的频道容量，提高频谱利用率。

因此，在信息高速公路时代来临之际，MMDS无线传输技术，仍然是信息高速公路联结我国广大山区、农村的有效手段。

1.1.3国标规定MMDS频道配置

MMDS频道配置按照GY/T132-1998标准，与国际接轨，在2503-2687MHz频段内，以每频道8MHz带宽邻频道间隔排列23个电视信道。

并在2684-2700MHz专用频段内，用于数据及话音通讯传输及双向传输的上行回传。

在200MHz带宽内，以梳状方式分成两个独立组，A组采用奇数频道号，B组采用偶数频道号，以隔频道排列。

每一频道组都可带或不带频率偏置：

0KHz偏置、或±7.8125KHz半行频偏置、或±10.416KHz2/3行频偏置、或±11.718KHz3/4行频偏置，以减少相邻地区边界上的同频干扰。

带频率偏置的频道称为A+、A-或B+、B-。

另外，每组频道都可采用垂直极化或水平极化，这样另有AH、AV、BH、BV组合。

①使用频率范围

空间传输频率：

2500-2700MHz

接收分配频率：

111-750MHz

②微波频段划分

国家标准MMDS频道配置

波段

频率范围（MHz）

业务内容

传输

2500-2687

电视

回传

1687-2700

数据及声音广播

1.2数字MMDS传送的优点

①使用最新的传送数字信号的信源编码与信道编码，并采用最新的调制技术。

使数字信号的频谱压缩，大大提高了频道利用率，提高了功率与频谱的综合利用。

②采用数字信号传输，抗干扰性强。

并采用新的信号再生方案，排除了噪声和失真的累积影响。

③因数字化信号传输C/N比门限值低、图像质量好，无累积影响，因此传输距离很远。

④由于采用数字滤波与数字存储方式，可用简单的方法消除噪声，改善其图像的信噪比；很容易实现自适应的二维、三维亮度分离，彻底消除亮度干扰；及其他提

高图像质量的措施，因此数字电视的图像质量远高于模拟电视信号质量，基本上与光碟的信号质量相当。

⑤数字信号能用存储器存储起来，容易实现图像信号的加工、复制、检索、编辑和随机访问等信号处理方法。

多次处理信号也不会降低图像质量。

⑥数字电视信号处理中用前向纠错编码（FEC）方式，减少误码率（BER），受空间干扰等影响小，因此可实现无差错接收，可靠性远高于模拟信号传输。

⑦数字传输对接收机的载噪比C／N的门限值比模拟信号C／N要求低。

⑧数字MMDS发射机是工作在平均功率上，因此功放发射管的功率利用率高。

⑨数字化传输容易实现加密、加扰。

采用数字压缩MMDS发射机，可大大减少模拟MMDS发射机数量。

⑩数字化传输处理可以进入宽带综合业务数字网，实现图文传输、数据传输、

点播电视、电视购物、交互式双向通信传输等多功能服务及多媒体通讯等。

第二章数字电视系统组成简介

2.1系统组成

数字广播电视系统由数字广播电视前端系统（含CA条件接收系统、SMS用户管理系统）、数字广播电视网络传输系统、用户终端接收系统三大部分组成。

图2.1a数字广播电视系统简图

图2.1b数字电视传输系统拓扑图

2.2数字广播电视前端系统

对于任何传输方式构成的系统，其前端系统的组成基本相同，有区别的仅是信道的调制方式。

目前有三种调制方式：

①DVB-C、MUDS采用QAM调制方式；

②卫星、MMDS采用QPSK调制方式；

③地面数字电视采用COFDM调制方式。

2.3数字广播电视传输网络系统

根据客户所在地的地理环境、经济实力以及特殊需求，数字广播电视传输网络系统可分为：

①有线（含光纤、同轴网）电视传输系统

1）光纤同轴（HFC）传输网络

2）用户分配网络

3）光发射机、光放大器、光接收机

4）放大器、分支分配器

②MMDS无线微波多点分布式数字电视发射传输系统

1）微波发射机

2）微波发射天线

③MUDS多路分米波邻频无线数字电视发射传输系统

1）分米波发射机

2）分米波发射天线

④地面数字电视传输系统

1）地面数字电视发射机

2）发射天线

2.4用户终端系统

数字有线电视传输系统用户终端必须有：

用户盒、DVB-C机顶盒。

MMDS数字电视传输系统用户终端必须有：

微波天线及下变频器，DVB-S数字机顶盒。

MUDS数字电视传输系统用户终端必须有：

分米波天线、DVB-C机顶盒。

地面数字电视传输系统用户终端必须有：

接收天线、DVB-T数字机顶盒。

系统仅当需要条件接收时，才需配备IC卡。

建议：

在数字电视平移初期可先采用无条件接收，一旦模数平移成功完成后再上CA系统。

第三章数字电视前端系统

图3.1数字前端系统

从数字广播电视系统示意图可见，整个系统可分为：

数字信源系统、数字信道系统、加扰授权管理系统。

3.1数字信源系统

数字信源系统主要包含以下的设备：

①DVB-S接收器：

可直接接收卫星天线的RF信号，解码输出数字卫星节目。

接收频率范围950～2150MHZ,符号率2～45Msymb/s。

直接接收DVB-S广播信号，调谐到要求的转发器频段，经过QPSK解调和FEC解码，获取TS数据，从而可通过传输平台向其它网络如HFC转发，同时它也能够解析节目信息、解码数字信号并实时监视。

●符合DVB-S标准ETSI/EN300421

●C/KU波段，SCPC/MCPC兼容

●接收门限Eb/No≤4dB

●符号率支持2～45MS/s

●Ftype输入，输入阻抗75欧

●输入频率950～2150MHz

●输入电平–65～-25dBmV

●输出TS数据，SPI接口

●解析节目信息

②MPEG-2音视频编码器

图3.1.1MPEG-2编码器工作原理图（一套模拟信号需一台编码器）

MPEG-2视音频编码器能够提供高质量视频、音频有效压缩的MPEG-2编码器。

这个模块对模拟视频音频信号进行数字化、压缩编码，输出MPEG-2TS数据。

内嵌微处理器使其能够方便地改变压缩参数和数据速率并进行实时监控。

本模块安装在传输平台上，可满足不同的视频服务和专业视频应用的需要

●符合ISO/IEC13818标准

●视频输入：

PAL/NTSC；CVBS，Y/C；1Vp-p，75Ω

●图像分辨率50Hz，720×576；60Hz，720×480

●高质量视频压缩，符合MPEG-24:

2:

0MP@ML

●视频压缩根据需要可选VBR/CBR

●视频实时数字预处理

●视频数字时基校正

●音频输入：

单声道，双声道，立体声，0～20KHz，0～4Vp-p

●音频采样率32KHz，44.1KHz，48KHz

●音频采样精度18bit/Samp，256倍过采样

●音频压缩码率64～384Kbps

●输出TS速率2～15Mbps

3.2数字信道系统

①复用器

图3.2.1复用器工作原理图

基于高速TS码流，可将不同来源如MPEG-2编码器和DVB-S的多路MPEG-2/DVB单节目TS（SPTS）或多节目TS（MPTS）数据复接成一路多节目TS（MPTS），在输出带宽允许的范围内复接的节目数量不受限制。

同时，它还可对输入的所有节目进行过滤，重新生成PSI/SI。

●符合ISO/IEC13818-1，ETSI/EN300468，ETR290

●数据总吞吐率超过100Mbps

●可输入SPTS或MPTS，单路数据速率0～60Mbps

●多种TS输入数据类型和方式，如SPI和ASI

●自动空包插入，根据输出带宽整合码率

●自动/手动PID映射

●节目自动过滤

●MPEG-2/PSI和DVB/SI重新生成

●TS输出方式为SPI，可选ASI

数字广播电视前端系统一般将6-8台编码器输出的TS流信号输入1台复用器，所以系统共需的复用器数量可按下面的方式计算：

所需复用器数量=总节目数/6或总节目数/8

②QAM调制器：

是一种高性能的数字调制器，它接收TS再复用数据流，对其进行帧交织、RS编码及QAM调制，输出调制中频信号直接到发射台的上变频器，从而使得数字视音频信号和其它业务数据进入有线或MMDS网络传输。

QAM调制方式显著提高信道容量，如一个8MHz频道最大容量为52.2Mbps。

●符合DVB-C标准ETSI/EN300429

●范围4、8、16、32、64、128、256QAM

●符号率支持0～6.96MS/s

●TS输入接口SPI

●输出中频可选36.125MHz，37.75MHz，44MHz等

●中频输出增益可调

●载噪比高，相位、幅度误差极低

●可选ASI数据输出

③QPSK调制器

通过QPSK调制器，首先将数字电视TS流调制为模拟信号，然后将调制后的电视信号通过上变频器将频率变换到950-1450MHz的空余频道（即我们规划的频道）上进行传输。

3.3加扰授权及管理系统（CA&SMS）

条件接收系统（CAS）通过在前端对播出的电视节目进行加扰，使得只有授权的接收端才能解扰收看的方式而建立有效的收费体系。

目前商业运营的条件接收系统在接收端普遍采用智能卡，智能卡具有较高的安全性。

因此，作为数字电视核心技术之一的条件接收系统已经成为数字电视运营必不可少的技术保障系统。

图3.3.1加扰授权和管理系统简图

每台复用器信号分别送入一台加扰机加扰，共需加扰机数量=复用器数量

第四章CA条件接收系统

4.1CA系统的原理

下图（CA系统原理图）给出了条件接收系统（CAS）的基本原理图。

在数字电视前端，加扰器将经过复用的TS流（包括音视频和其它数据）进行加扰，即用控制字（CW）作为密匙对TS流进行加密运算；同时将CW送给用户授权系统（SAS），由授权控制信息发生器（ECMG）处理生成授权控制信息（ECM）。

同时，SAS接收来自用户管理系统（SMS）的用户权限信息，由授权管理信息发生器（EMMG）处理生成授权管理信息（EMM）。

最后，将加扰TS流、ECM流和EMM流加到复用器（MUX）时，还要增加节目特定信息或服务信息（PSI/SI），其中的信息是接收端播放节目所必须的。

在接收端，机顶盒（STB）将过滤到的EMM和ECM分别送入智能卡,逐级解密得到CW。

以CW作为解扰密匙对TS流进行解扰得到原始TS流，解码后输出电视机播放。

图4.1CA系统原理图

CW控制字由加密算法得出，传输中的ECM、EMM消息使用了多级密钥加密保护

可定期通过空中发送消息改变用户的多级密钥以及用户的有关授权，增加了系统的抗攻击性。

系统结构符合国际DVBSimulCrypt标准，总体框架与国际主流一致，在接口上全面支持开放性，便于与其它的DVB前端系统连接。

CA系统完成系统用户的认证、授权、节目加扰工作，解决了两个问题：

①如何从用户收取费用。

②如何阻止用户收看那些XX的付费频道整个CA系统分为两个部分：

加扰和STB解扰加扰：

由加扰器和CA系统共同工作，生成加扰需要的各种信息：

CW、ECM、EMM，其中ECM、EMM信息通过HFC网络传送给用户。

STB解扰：

STB从传送流中获取EMM和ECM信息，并通过Smartcard接口送给Smartcard，由用户自己的Smratcard对自己能收看的节目进行解扰。

设计了独立的加扰机接口，可以方便地与其他不支持DVBSimulcrypt的前端系统连接。

前端系统基于局域网开发，可在网络环境下灵活配置和使用。

完成多种收视控制和管理功能：

①收费收视：

可按频道、节目编号、主题级别、分类、IPPV等授权方式控制用户的收视。

②免费收视：

发送免费收视授权，供指定用户群免费收视节目；

③区域管制：

对某一指定范围的用户实施收视管制，强制关闭或开启收视授权

④集成了电子节目指南生成系统、节目管理系统、用户管理系统、机顶盒接收系统、以及多种独立的智能卡发行与管理系统；

⑤支持家长锁定控制；

⑥支持机卡配对控制；

⑦使用智能卡控制用户接收，并支持多种寻址方式（用户地址、分组地址、全体集合）等。

4.2CA系统的特点与功能

4.2.1特点

①符合DVB同密（Simulcrypt）标准。

②最基本的授权方式：

分组授权和单独授权。

③EMM、ECM的加密算法选用3DES算法,动态密钥，支持机卡配对。

④选用符合“金融交易卡”安全要求的大容量智能卡为授权卡，保证足够的安全性及存储空间，为未来业务的扩展留有足够的空间。

⑤用户信息管理系统软件（SMS）包括：

授权信息产生、授权管理、用户基本信息管理、帐务统计分析、IC卡管理、节目管理、用户可定制的帐单、报表打印、操作员管理等功能；还可以根据用户需求即时定制，以满足不同用户的特殊需求。

4.2.2功能

经过加扰机、CA及用户管理系统通过机顶盒可以实现如下功能：

几乎可以实现所有的广播和交互式多媒体应用，如数字电视广播接收、电子节目指南（EPG）、准视频点播（NVOD）、按次付费观看（PPV）、软件在线升级、数据广2播、Internet接入、电子邮件、IP电话和视频点播等。

①电子节目指南

电子节目指南给用户提供一个容易使用的、界面友好的、可以快速访问节目的一种方式，用户还可以通过该功能收看一个或多个频道，甚至所有频道上近期将播放的节目。

同时，EPG可提供分类功能，可以帮助用户浏览和选择各种类型的节目。

②数据广播

DVB定义了四种数据广播方式：

数据管道（datapipe）、数据流（datastream）、多协议封装（MultipleProtocolEncapsulation）和数据/对象轮流传送（Data/ObjectCarousel）。

在数据管道方式中，数据直接在MPEG传送流的净荷中传送。

可以使用该方式在符合DVB标准的广播网络中进行简单的、异步的、端到端的数据传输业务。

数据流方式可以在数字电视广播系统中实现面向流的、端到端的数据传输。

数据流可以是异步的、同步的、或同步化（synchronized）的数据传输。

异步数据流是不需要定时的数据流（例如RS232数据）；同步数据流是对定时有要求的数据流，这里“定时要求”的含义是接收端可以再生发送端的数据和时钟，重新构造出同步数据流（如E1、T1）；同步化的数据流也是有定时要求的数据流，这里“定时要求”的含义是数据流中的数据可以与其他数据流中的数据同步播放（如视频和音频）。

数据流中的数据在MPEG-2标准的PES中传送。

多协议封装对需要在数字电视广播系统中传送符合通信协议的数据报（Datagram）的数据业务提供了技术支持。

利用这种数据广播方式，可以在有线电视系统中实现高速Internet数据接入。

要传送的数据报被封装在DSM-CC段中。

数据/对象轮流传送（Data/ObjectCarousel）可以支持需要周期性地传送数据模块的各种应用。

数据模块的大小是已知的，数据模块可以被更新、被加入和被移去。

多个模块可以被组成一个组（Group），多个组还可以组成超组（SuperGroup）。

DataCarousel所广播的数据在DSM-CCDataCarousel中传输。

DVB的数据广播规范具有很强的数据业务支持能力，机顶盒实现对上述数据广播业务的支持，其作用类似一个在用户家中的数据通信网关。

机顶盒本身可以不对接收数据的有效负载进行处理，只是通过解复用实现数据分流，将相应的数据送给处理终端。

③软件在线升级

软件在线升级是数据广播（DataCarousel）的应用之一。

数据广播服务器按DVB数据广播标准将升级软件广播下来，机顶盒能识别该软件的版本号，在版本不同时接收该软件，并对保存在存储器中的软件进行更新。

④Internet接入和电子邮件

有线电视数字机顶盒可以通过内置的电缆调制解调器方便地实现Internet接入功能，并可以提供以太网接口，用来连接PC。

使用电缆调制解调器的速度与电话调制解调器相比，提高了100倍，最高可达到10Mbps，所以非常具有竞争力。

目前市场上最为火爆的电缆调制解调器是MCNS定义的DOCSIS标准。

⑤视频点播

为每个用户提供视频点播功能，让用户能在他所希望的时间和地点收看他想看的节目，是服务提供商的主要目标。

有线电视数字机顶盒利用交互式的数据信道和广播信道，为实现该功能提供理想的技术基础。

虽然系统能够具备以上功能，但在实际应用中根据用户的需求来逐步配置。

第五章农村数字电视

5.1中国农村广播现状

5.1.1农村有线电视解决方案

我国目前的HFC接入网主要分布在地市级和县镇级，除西部外，大部分已成功地将原同轴网改造为HFC混合网，接入用户主要分布在城区和乡镇。

统计在册的1亿有线电视用户绝大部分属于城镇用户，目前我国拥有3亿多台电视机，尚有2亿农村用户还不能收看有线电视。

当前，我国农村广播电视网的现状是：

占我国人口70%的农村，因缺乏切实可行的技术经济手段，绝大多数地方只能看到几个不太清晰的开路电视节目。

目前的现状远不能满足广大农村人民群众的需要及广播电视事业发展的迫切需要。

我们经过广泛的调查认为：

绝大部分中国农村居民今后较长一段时间内最大、最迫切的需求是看内容十分丰富的多频道彩色电视节目，而不是什么视频点播或在自己的砖瓦房里搭上信息高速公路的列车。

这一点从农村电视的普及率达到80%以上就可以得到准确反映；我国农村地形复杂，居住分散，农村居民承受能力差，组织工作、管理工作难度大，光纤电视现阶段根本无法覆盖。

因此，如何迅速解决我国农村广播电视网的问题，不仅是一个十分重大的政治问题，一个关系到广大农民群众切身利益的重大问题，也是一个关系到各级广播电视部门发展的根本出路的问题。

有线电视网难以向农村发展的主要原因是因为农村居住分散，接入成本居高不下，管理成本很高。

为了解决这个难题，可以采取如下方案

HFC—城市CATV的有线延伸。

通过光缆将城区有线电视信号传送到各乡镇，再由各乡镇向中心村拉光缆。

由于目前4芯光缆价格下降，向中心村拉光缆成本并不高。

但要选择合适的光接点，为了使MUDS更好的发挥效益，建议以1-3km左右为半径，以较大中心村作为光节点，接收处理后再利用MUDS转发给用户这样可以覆

盖1-3km以内的自然村。

在数字频率设定时最好按国家有关规定频率设定550－750MHz。