關于數字電視中的單頻網的思考

高純忠

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

關鍵詞： 優(yōu)勢；均衡器；潛在問題

一、單頻網的優(yōu)勢

傳統(tǒng)的單發(fā)射機系統(tǒng)，有時候為了提高覆蓋率只能通過結合增加天線高度、提高發(fā)射機輸出功率、改變天線模式這三種方法來實現。為了避免一些地區(qū)的有效輻射功率達到最大指標，這常常是十分昂貴甚至不可實現的。單頻網吸引人的一點是，可以通過在預期覆蓋面積內簡單添加小功率發(fā)射機的方法實現覆蓋面積的擴展。在眾多優(yōu)勢之中，相比單發(fā)射機系統(tǒng)而言，單頻網可以更靈活的調整覆蓋面積形狀；具有較高的抗干擾性能（也具有較低的干擾）；還天然的具有較強的容錯性。它們還可以降低配置的費用。此外，單頻網系統(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)射機故障，天線故障，電力故障等。在單頻網系統(tǒng)中，覆蓋交疊區(qū)缺少一臺發(fā)射機不會帶來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，移動電話塔等都可以用作發(fā)射機基站。單頻網系統(tǒng)采取這樣的做法還可以促進服務，不再需要工作人員爬上高處，而且取下一個發(fā)射機將不會導致全部覆蓋面積的消失。

二、 均衡器，單頻網的關鍵

在一個單頻網系統(tǒng)中，多個發(fā)射機以同一頻率同時地發(fā)射同一信號。所以接收機可能接收到來自不止一臺發(fā)射機的相同信號（又名“重影”）。為了單頻網的工作，接收機必須能克服多徑情況。DTMB標準采用均衡技術后都能在相當嚴重的多徑環(huán)境中正常工作。實際上，單頻網系統(tǒng)的所有局限性在均衡器功能面前都敗下陣來。由于不是所有的均衡器的都是一致的，一些接收機在單頻網環(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，一個真正的單頻網系統(tǒng)是不可實現的。然而，若應用均衡器將使得一個 NTSC 制式的單頻網系統(tǒng)變?yōu)榭赡埽ㄒ簿褪钦f局限不在于 NTSC 制式，而在于接收端缺少均衡）。正是因為這個原因，在 NTSC 系統(tǒng)中保留間隙的想法正在設計，這樣就可以保證任意兩個發(fā)射機都僅有小塊的覆蓋交疊區(qū)。因此接收機就只可能收到來自一臺發(fā)射機的信號。這些 NTSC 系統(tǒng)在技術上是單頻網系統(tǒng)的典范。

1、 均衡器性能。均衡器可處理的最大延遲，延遲信號的最大強度，以及均衡器在脈沖響應變化中的調節(jié)速度。復雜情形下，這三個參數是不相互獨立的。此外，不同的系統(tǒng)也會或多或少的受其他各種參數影響。

2、接收機天線。如果延遲信號超出了均衡器性能，則一個有向接收天線會起作用。如果天線可以衰減這些信號 10-15dB，那么問題就基本消失了。為了保證這一點就要求信號來自不同的方向，而這一標準又往往是不夠。給安有基本上全向天線的用戶提供網絡覆蓋也令人滿意。

三、單頻網存在的潛在的問題。

由于存在著潛在的問題，所以在實施單頻網時必須加以謹慎。簡單地將相同的 SMPTE/MPEG 類型數據供給兩臺不同的發(fā)射機不會產生一個正常工作的單頻網為使一個單頻網系統(tǒng)正常工作必須保證傳輸信號幾乎同步的或者在一個合理的時間區(qū)間。至少有三種情況可以導致單頻網系統(tǒng)崩潰：定時錯誤，頻率偏差和數據錯誤。

1、定時錯誤。單頻網正常工作時，接收方所看到的時間偏差必須介于均衡器限度之內。來自兩個不同發(fā)射機的信號間的時間差異取決于兩個因素：發(fā)射機間的時間偏差，以及接收機相對發(fā)射機的位置。如果延遲大于均衡器可處理的限度，那么將會出問題。類似地，如果用戶已經看到來自一臺發(fā)射機的延遲信號，如果增加第二或者第三個接收機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)射機間的任何頻率偏差在接收信號端都會看作是多普勒頻移。可處理的多普勒頻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)射機之間同步在 1Hz 之內。這是一個苛刻的要求，通常實用的解決辦法是借助 GPS 接收機或其他分步頻率參考的作用。由于一個時間參考是令人高度信服的而且是必需的，所以用一個 GPS 接收機同時提供時間參考和頻率參考似乎成為一個標準。假設發(fā)射機不存在較大頻率錯誤地正常運行，那么似乎沒理由懷疑一個單頻網系統(tǒng)會比一個傳統(tǒng)的系統(tǒng)具有更大的多普勒頻移。

3、數據錯誤。理想情況下不同發(fā)射機發(fā)射的信號是幾乎完全相同的。最簡單的做法就是提供實際的射頻信號，這種情況下要使用通道中繼器。如果不用中繼器，那么就要求每個發(fā)射機必須采用相同的調制方式。如果單獨調制的信號不完全相同，那么接收機就不能正常工作。這個問題在傳統(tǒng)的多徑中還沒有出現過，對單頻網系統(tǒng)是唯一的。從工作室到發(fā)射機這個環(huán)節(jié)不會出現過多的錯誤。實際上這個環(huán)節(jié)更可能產生一些微不足道的小錯誤而不會引起任何問題。然而，如果這個環(huán)節(jié)確實出現了太多的錯誤，唯一的辦法就是引入額外的校正來解決掉。

四、地形影響

接收機看到的多徑很大程度上取決于接收天線及其方向性。即使在一個存有很多多徑的區(qū)域，多數情況下通過采用有向射頻天線還是可以接受到信號。因此，這在一些存有過多多徑的區(qū)域是可以接受的，但這種情況應盡量避免。一般地，廣播公司會盡可能地爭取最高的天線。在單頻網系統(tǒng)中這不再絕對需要甚至是無益的。為了更合適地覆蓋某一特定區(qū)域，往往會降低對基站地點高度的需求。一個較低的天線高度對其他系統(tǒng)及自身產生更少的干擾。當發(fā)射機安置在山頂時，大量的多徑所帶來問題是很大的。而把發(fā)射機置于谷底則會避免多數的多徑。唯一遇到多徑的用戶就是那些住在山頂的人群，那里至多也只有兩個較強的信號，因為其他發(fā)射機都被山區(qū)所阻礙了。如果所有發(fā)射機同時發(fā)射，那么引入的多徑將在均衡器范圍內。

結語：單頻網確實存在著很多潛在的優(yōu)勢。最主要的一點就是降低了干擾和可靈活調整的覆蓋區(qū)。但籌劃單頻網必須格外謹慎，特別注意在接近均衡器性能邊緣。