關(guān)于數(shù)字電視中的單頻網(wǎng)的思考

高純忠

摘 要： 單頻網(wǎng)具有很多優(yōu)勢(shì)，包括高覆蓋，低干擾，低功率以及高可靠性。單頻網(wǎng)還可以節(jié)省出很多電視頻段，因而具有較高的頻譜利用率。本文概述了單頻網(wǎng)的若干優(yōu)勢(shì)以及關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)單頻網(wǎng)的一些基本要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 優(yōu)勢(shì)；均衡器；潛在問題

一、單頻網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的單發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，有時(shí)候?yàn)榱颂岣吒采w率只能通過(guò)結(jié)合增加天線高度、提高發(fā)射機(jī)輸出功率、改變天線模式這三種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了避免一些地區(qū)的有效輻射功率達(dá)到最大指標(biāo)，這常常是十分昂貴甚至不可實(shí)現(xiàn)的。單頻網(wǎng)吸引人的一點(diǎn)是，可以通過(guò)在預(yù)期覆蓋面積內(nèi)簡(jiǎn)單添加小功率發(fā)射機(jī)的方法實(shí)現(xiàn)覆蓋面積的擴(kuò)展。在眾多優(yōu)勢(shì)之中，相比單發(fā)射機(jī)系統(tǒng)而言，單頻網(wǎng)可以更靈活的調(diào)整覆蓋面積形狀；具有較高的抗干擾性能（也具有較低的干擾）；還天然的具有較強(qiáng)的容錯(cuò)性。它們還可以降低配置的費(fèi)用。此外，單頻網(wǎng)系統(tǒng)不受那些可以引發(fā)傳統(tǒng)系統(tǒng)的覆蓋面積減小的問題的影響——比如，發(fā)射機(jī)故障，天線故障，電力故障等。在單頻網(wǎng)系統(tǒng)中，覆蓋交疊區(qū)缺少一臺(tái)發(fā)射機(jī)不會(huì)帶來(lái)任何覆蓋面積的減少；即便不是覆蓋交疊區(qū)，那么也只有全部覆蓋面積的一部分的損失。由于單頻網(wǎng)系統(tǒng)中安置較低的天線是可能的而且令人滿意的，所以已有的建筑比如高樓，水塔，移動(dòng)電話塔等都可以用作發(fā)射機(jī)基站。單頻網(wǎng)系統(tǒng)采取這樣的做法還可以促進(jìn)服務(wù)，不再需要工作人員爬上高處，而且取下一個(gè)發(fā)射機(jī)將不會(huì)導(dǎo)致全部覆蓋面積的消失。

二、 均衡器，單頻網(wǎng)的關(guān)鍵

在一個(gè)單頻網(wǎng)系統(tǒng)中，多個(gè)發(fā)射機(jī)以同一頻率同時(shí)地發(fā)射同一信號(hào)。所以接收機(jī)可能接收到來(lái)自不止一臺(tái)發(fā)射機(jī)的相同信號(hào)（又名“重影”）。為了單頻網(wǎng)的工作，接收機(jī)必須能克服多徑情況。DTMB標(biāo)準(zhǔn)采用均衡技術(shù)后都能在相當(dāng)嚴(yán)重的多徑環(huán)境中正常工作。實(shí)際上，單頻網(wǎng)系統(tǒng)的所有局限性在均衡器功能面前都敗下陣來(lái)。由于不是所有的均衡器的都是一致的，一些接收機(jī)在單頻網(wǎng)環(huán)境中要比其他的更匹配。在有些不用均衡器的制式中，比如 NTSC/PAL，一個(gè)真正的單頻網(wǎng)系統(tǒng)是不可實(shí)現(xiàn)的。然而，若應(yīng)用均衡器將使得一個(gè) NTSC 制式的單頻網(wǎng)系統(tǒng)變?yōu)榭赡埽ㄒ簿褪钦f(shuō)局限不在于 NTSC 制式，而在于接收端缺少均衡）。正是因?yàn)檫@個(gè)原因，在 NTSC 系統(tǒng)中保留間隙的想法正在設(shè)計(jì)，這樣就可以保證任意兩個(gè)發(fā)射機(jī)都僅有小塊的覆蓋交疊區(qū)。因此接收機(jī)就只可能收到來(lái)自一臺(tái)發(fā)射機(jī)的信號(hào)。這些 NTSC 系統(tǒng)在技術(shù)上是單頻網(wǎng)系統(tǒng)的典范。

1、 均衡器性能。均衡器可處理的最大延遲，延遲信號(hào)的最大強(qiáng)度，以及均衡器在脈沖響應(yīng)變化中的調(diào)節(jié)速度。復(fù)雜情形下，這三個(gè)參數(shù)是不相互獨(dú)立的。此外，不同的系統(tǒng)也會(huì)或多或少的受其他各種參數(shù)影響。

2、接收機(jī)天線。如果延遲信號(hào)超出了均衡器性能，則一個(gè)有向接收天線會(huì)起作用。如果天線可以衰減這些信號(hào) 10-15dB，那么問題就基本消失了。為了保證這一點(diǎn)就要求信號(hào)來(lái)自不同的方向，而這一標(biāo)準(zhǔn)又往往是不夠。給安有基本上全向天線的用戶提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋也令人滿意。

三、單頻網(wǎng)存在的潛在的問題。

由于存在著潛在的問題，所以在實(shí)施單頻網(wǎng)時(shí)必須加以謹(jǐn)慎。簡(jiǎn)單地將相同的 SMPTE/MPEG 類型數(shù)據(jù)供給兩臺(tái)不同的發(fā)射機(jī)不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正常工作的單頻網(wǎng)為使一個(gè)單頻網(wǎng)系統(tǒng)正常工作必須保證傳輸信號(hào)幾乎同步的或者在一個(gè)合理的時(shí)間區(qū)間。至少有三種情況可以導(dǎo)致單頻網(wǎng)系統(tǒng)崩潰：定時(shí)錯(cuò)誤，頻率偏差和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

1、定時(shí)錯(cuò)誤。單頻網(wǎng)正常工作時(shí)，接收方所看到的時(shí)間偏差必須介于均衡器限度之內(nèi)。來(lái)自兩個(gè)不同發(fā)射機(jī)的信號(hào)間的時(shí)間差異取決于兩個(gè)因素：發(fā)射機(jī)間的時(shí)間偏差，以及接收機(jī)相對(duì)發(fā)射機(jī)的位置。如果延遲大于均衡器可處理的限度，那么將會(huì)出問題。類似地，如果用戶已經(jīng)看到來(lái)自一臺(tái)發(fā)射機(jī)的延遲信號(hào)，如果增加第二或者第三個(gè)接收機(jī)引起了微小的額外延遲，將可能使其超出均衡器限度。

2、頻率偏差。兩發(fā)射機(jī)間的任何頻率偏差在接收信號(hào)端都會(huì)看作是多普勒頻移?？商幚淼亩嗥绽疹l移大小隨均衡器和系統(tǒng)的不同而改變。讓均衡器處理小于 1Hz 的多普勒頻移，這就要求不同發(fā)射機(jī)之間同步在 1Hz 之內(nèi)。這是一個(gè)苛刻的要求，通常實(shí)用的解決辦法是借助 GPS 接收機(jī)或其他分步頻率參考的作用。由于一個(gè)時(shí)間參考是令人高度信服的而且是必需的，所以用一個(gè) GPS 接收機(jī)同時(shí)提供時(shí)間參考和頻率參考似乎成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。假設(shè)發(fā)射機(jī)不存在較大頻率錯(cuò)誤地正常運(yùn)行，那么似乎沒理由懷疑一個(gè)單頻網(wǎng)系統(tǒng)會(huì)比一個(gè)傳統(tǒng)的系統(tǒng)具有更大的多普勒頻移。

3、數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。理想情況下不同發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)是幾乎完全相同的。最簡(jiǎn)單的做法就是提供實(shí)際的射頻信號(hào)，這種情況下要使用通道中繼器。如果不用中繼器，那么就要求每個(gè)發(fā)射機(jī)必須采用相同的調(diào)制方式。如果單獨(dú)調(diào)制的信號(hào)不完全相同，那么接收機(jī)就不能正常工作。這個(gè)問題在傳統(tǒng)的多徑中還沒有出現(xiàn)過(guò)，對(duì)單頻網(wǎng)系統(tǒng)是唯一的。從工作室到發(fā)射機(jī)這個(gè)環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的錯(cuò)誤。實(shí)際上這個(gè)環(huán)節(jié)更可能產(chǎn)生一些微不足道的小錯(cuò)誤而不會(huì)引起任何問題。然而，如果這個(gè)環(huán)節(jié)確實(shí)出現(xiàn)了太多的錯(cuò)誤，唯一的辦法就是引入額外的校正來(lái)解決掉。

四、地形影響

接收機(jī)看到的多徑很大程度上取決于接收天線及其方向性。即使在一個(gè)存有很多多徑的區(qū)域，多數(shù)情況下通過(guò)采用有向射頻天線還是可以接受到信號(hào)。因此，這在一些存有過(guò)多多徑的區(qū)域是可以接受的，但這種情況應(yīng)盡量避免。一般地，廣播公司會(huì)盡可能地爭(zhēng)取最高的天線。在單頻網(wǎng)系統(tǒng)中這不再絕對(duì)需要甚至是無(wú)益的。為了更合適地覆蓋某一特定區(qū)域，往往會(huì)降低對(duì)基站地點(diǎn)高度的需求。一個(gè)較低的天線高度對(duì)其他系統(tǒng)及自身產(chǎn)生更少的干擾。當(dāng)發(fā)射機(jī)安置在山頂時(shí)，大量的多徑所帶來(lái)問題是很大的。而把發(fā)射機(jī)置于谷底則會(huì)避免多數(shù)的多徑。唯一遇到多徑的用戶就是那些住在山頂?shù)娜巳?，那里至多也只有兩個(gè)較強(qiáng)的信號(hào)，因?yàn)槠渌l(fā)射機(jī)都被山區(qū)所阻礙了。如果所有發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射，那么引入的多徑將在均衡器范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)：?jiǎn)晤l網(wǎng)確實(shí)存在著很多潛在的優(yōu)勢(shì)。最主要的一點(diǎn)就是降低了干擾和可靈活調(diào)整的覆蓋區(qū)。但籌劃單頻網(wǎng)必須格外謹(jǐn)慎，特別注意在接近均衡器性能邊緣。