|
DAB同步发射网（一）
同 步 发 射 网 及DAB 同 步 工 作 能
力 的 基 础
---- 所 谓 同 步 发 射 网（ 简 称 同 步
网）， 是 由 处 于 不 同 地 点 的 许 多 发 射
台 构 成 的， 这 些 发 射 台 的 发 射 机 工 作
于 相 同 的 频 率， 时 间 同 步 地 发 射 相 同
的 节 目。DAB 同 步 网 又 称 单 频 网（Single
Frequency Network， 即SFN）。 这 里 的“ 单 频”，
是 指 同 步 网 中 的 所 有 发 射 机 都 使 用
中 心 频 率 相 同 的 带 宽 为1.536MHz 的 频 率
块。 基 于DAB 的 同 步 工 作 能 力， 可 以 根
据 需 要 构 成 任 意 大 小 的 地 面 覆 盖 网，
在 同 步 覆 盖 区 域 中， 接 收 机 移 动 接 收
不 需 要 更 换 频 率。
---- DAB 的 同 步 工 作 能 力 是 建 立 在 什 么
样 的 基 础 上 呢 ？ 下 面 我 们 应 首 先 回
答 这 个 问 题， 然 后 再 深 入 讨 论 关 于DAB
同 步 网 的 技 术 问 题。
---- 大 家 知 道，DAB 是 一 种 数 字 广 播 系
统， 它 是 专 门 为 适 应 在 移 动 应 用 情 况
下 不 良 的 传 输 条 件 而 开 发 的 系 统。 前
文 曾 经 谈 到 过， 在 移 动 无 线 电 信 道 中
出 现 的 多 径 传 播 现 象， 会 产 生 与 此 相
联 系 的 时 间 选 择 性 和 频 率 选 择 性 衰
落。 同 时， 通 过 多 普 勒 效 应， 还 会 产
生 频 率 偏 移。 因 此，DAB 所 使 用 的 传 输
方 法， 都 考 虑 了 处 理 这 些 问 题 的 对
策。 例 如， 采 用 码 率 兼 容 的 可 删 除 型
卷 积 编 码 进 行 传 输 差 错 的 修 正， 采 用
多 载 波 的 宽 带 系 统； 工 作 于 不 同 频 段
的 不 同DAB 工 作 模 式， 有 不 同 的 符 号 持
续 期、 不 同 的 载 波 数 量 和 不 同 的 载 波
间 隔； 数 据 符 号 之 间 使 用 了 保 护 间
隔； 数 据 流 的 时 间 交 织 和 频 率 交 织
等。
---- 由 于 采 取 了 上 述 措 施， 尽 管 有 不
同 时 延 的 直 达 波 和 反 射 波 在 接 收 天
线 叠 加， 接 收 机 也 能 够 对 接 收 的 信 息
正 确 解 码。 对 于 接 收 机 来 说， 不 论 是
所 有 信 号 来 源 于 同 一 发 射 台 但 有 不
同 时 延 而 在 接 收 天 线 上 相 遇， 还 是 天
线 上 的 信 号 有 一 部 分 是 来 自 其 它 同
步 工 作 的 发 射 台， 都 是 无 所 谓 的。 因
此 处 在 不 同 地 点 的 很 多DAB 发 射 台， 可
以 工 作 于 相 同 的 频 率， 发 射 相 同 的 节
目， 以 覆 盖 不 同 大 小 要 求 的 范 围。
---- DAB 的 同 步 工 作 能 力， 正 是 通 过 解
决 由 多 径 传 播 引 起 的 移 动 接 收 时 所
出 现 的 问 题 而 换 取 的。
同 步 网 的 网 络 增 益 与 功 率 节 约
---- DAB 系 统 可 以 使 同 步 网 中 所 有 到 达
接 收 机 的 信 号， 建 设 性 地 相 加 形 成 总
的 信 号， 只 要 这 些 信 号 间 的 时 延 差 不
超 出 保 护 间 隔。 这 种 效 应 称 为 同 步 网
的 网 络 增 益。 如 果 一 个 信 号 有 较 大 的
时 延， 与 直 达 接 收 机 的 信 号 相 比 时 延
差 大 于 保 护 间 隔， 则 这 个 信 号 既 提 供
有 用 成 分， 也 提 供 干 扰 成 分， 有 用 成
分 的 贡 献 随 着 时 延 差 的 增 加 而 降 低，
而 干 扰 成 分 的 破 坏 作 用 增 强。 如 果 时
延 差 超 出 了COFDM 符 号 的 整 个 长 度， 贡
献 完 全 消 失， 通 过 增 强 的 干 扰 成 分 产
生 符 号 间 干 扰。 过 大 的 时 延 差 会 产 生
同 步 网 的 固 有 干 扰， 这 可 通 过 相 应 的
网 络 规 划 予 以 避 免。
---- 当DAB 工 作 模 式 确 定 以 后， 相 应 的 保
护 间 隔 的 时 间 长 度 就 决 定 了 同 步 网
最 大 可 能 的 发 射 台 间 的 距 离dmax：
---- dmax=1.2Tg ·C … … ①
---- 式 中Tg 为 保 护 间 隔（ 对 应 于DAB 工
作 模 式1、2、3、4，Tg 可 分 别 为246 μs、62 μs、31
μs、123 μs），C 为 电 波 传 播 速 度， 系 数1.2
是 考 虑 了 来 自 远 处 的 发 射 台 的 信 号
衰 减， 可 将 系 数 由1 变 为1.2。 由 式 ① 可
以 算 出， 对 应 模 式1、2、3、4 的DAB 同 步 网
中 允 许 的 发 射 台 间 的 最 大 距 离 分 别
为90km、22.5km、11.25km 和45km。
---- 在 同 步 网 中， 通 过 不 同 电 台 会 产
生 分 集（ 合 成） 效 应， 也 就 是 说， 多
个 信 号 同 时 遮 蔽 的 概 率 要 远 远 低 于
单 个 信 号 遮 蔽 的 概 率。 这 种 效 果 在 覆
盖 预 测 中 表 现 为 统 计 网 络 增 益， 在 大
多 数 的 情 况 下， 它 甚 至 会 超 出 由 各 个
同 步 信 号 的 和 而 得 到 的 相 加 网 络 增
益。 网 络 增 益 包 括“ 相 加” 和“ 统 计”
两 部 分。 相 加 分 量 是 建 立 在 同 时 出 现
许 多 有 用 的 输 入 信 号、 它 们 的 电 平 相
加 的 基 础 上； 统 计 分 量 是 产 生 自 场 强
的 不 同 地 点 分 布。 在 同 步 网 中， 接 收
机 接 收 的 总 信 号 的 波 动 要 小 于 仅 接
收 一 个 电 台 时 的 信 号 的 波 动。 因 此，
在 一 般 情 况 下， 如 果 保 证 相 同 的 覆 盖
率，SFN 有 效 发 射 功 率 相 对 于 仅 单 一 发
射 机 可 以 降 低。 发 射 功 率 降 低， 除 了
节 约 能 源 外， 也 减 小 了 电 磁 污 染， 对
保 护 环 境 有 利。
---- 与FM 广 播 相 比，DAB 同 步 网 所 需 的
发 射 功 率 是 很 小 的， 功 率 节 约 可 达10dB
或 更 多。 图1 所 示 是DAB 同 步 网 与FM 的 功
率 定 性 对 比。
---- 用 相 同 频 率 和 一 套 节 目 覆 盖 相
同 的 范 围， 在FM 时 需 要 一 个 很 大 功 率
的 发 射 台； 而 在 有 很 多 发 射 台 的、 有
同 步 能 力 的DAB 中， 只 需 要 明 显 少 的 总
功 率 就 够 了。 此 外， 在FM， 由 于 大 的 发
射 功 率， 也 会 产 生 较 大 的 在 近 邻 区 域
中 的 干 扰。
---- 下 面 我 们 再 借 助 图2， 进 一 步 定
量 说 明 网 络 增 益 的 作 用。
---- 图2 中 给 出 由 四 个 发 射 台 组 成 的
同 步 网， 左 上 角 小 方 块 中1、2、3 和4 表
示 四 个 发 射 台 所 在 地，R 表 示 接 收 机
所 在 地。 曲 线1 表 示 仅1 号 发 射 台 工
作， 由 图 可 以 看 出， 场 强 超 出34dB（ μv/m）
的 概 率 仅50%， 超 出 约14dB（ μv/m） 的 概 率
才 能 达99 ％。 当 四 个 电 台 同 时 工 作（
曲 线1、2、3、4）， 场 强 超 出34dB（ μv/m） 的
概 率 可 达99 ％。 相 比 之 下， 曲 线1 相 差20dB，
也 就 是 说， 如 果 只 用 一 个 电 台 进 行 相
同 的 覆 盖， 功 率 需 要 提 高100 倍。
同 步 网 的 频 率 节 约
---- 在 传 统 的FM 广 播 中， 发 射 台 只 有 相
距240km 以 上， 才 允 许 使 用 相 同 的 频 率，
否 则 将 产 生 相 互 干 扰。 要 用 一 套 节 目
覆 盖 图3 所 示 的 面 积（ 边 长 为240km 的 菱
形）， 需 要31 个 频 道， 每 个 频 道 带 宽 按0.1MHz
计， 共 占 用3.1MHz 的 频 谱。
---- 如 果 使 用DAB 同 步 网， 用6 套 立 体 声
节 目 覆 盖 同 样 的 区 域， 仅 需 约1.5MHz（
相 当 于 占 用1-15 频 道） 的 频 谱， 如 图4 所
示。
---- 根 据 彩 色 绘 图 学 原 理， 要 想 把 不
同 地 理 区 域 分 开， 需 要 的 最 少 颜 色 为4
种。 对 于DAB 的 覆 盖 来 说， 理 论 上 说，
也 仅 需 要4 种 不 同 的 频 率 块 就 够 了。
图5 所 示 是 在 电 视12 频 道 中4 个 频 率 块
的 安 排（ 图 中BT、FT、TT1 和TT2 分 别 为 电 视
的 图 像 载 波、 彩 色 副 载 波、 伴 音1 和2
载 波）。 图6 所 示 是 许 多 不 同 的 同 步 网
仅 使 用4 个DAB 频 率 块 的 示 意 图。 假 设 某
个 区 域 的 同 步 网 使 用 了 频 率 块A， 相
隔 一 定 的 距 离（ 称 为 退 耦 距 离 或 再 用
距 离、 重 复 距 离） 后， 另 一 个 区 域 同
样 可 以 使 用 频 率 块A 构 成 另 外 一 个 同
步 网（ 属 于 另 一 个 广 播 机 构， 播 送 另
外 的 节 目）。
---- DAB 的 频 率 经 济 性， 或 称 频 谱 利 用
率 由 同 步 网 的 规 模 大 小 决 定。 同 步 网
的 区 域 越 大， 频 率 越 经 济。 这 是 因
为， 不 论 同 步 网 的 规 模 是 大 是 小， 都
需 要 一 定 的 退 耦 距 离， 在 相 对 大 的 同
步 网 的 情 况 下， 扣 去 的 退 耦 距 离 相 对
而 言 所 占 比 例 就 越 小。
DAB 同 步 网 规 划 的 若 干 参 数
---- 对 于 广 播 网 的 规 划 来 说， 一 些 参
数， 比 如 同 频 道 保 护 率、 邻 频 道 保 护
率、 覆 盖 区 边 缘 的 接 收 质 量 等， 有 着
重 要 意 义。 下 面 我 们 解 释 这 些 概 念 与DAB
的 关 系。
---- 对 于 不 同 的 传 输 方 法 来 说， 可 以
定 义 不 同 的 同 频 道 保 护 率 和 邻 频 道
保 护 率。 保 护 率 表 明， 允 许 多 强 的 干
扰 信 号， 而 不 会 低 于 某 一 确 定 的 最 低
传 输 质 量 要 求。 对 于DAB 来 说， 要 求 同
频 道 保 护 率 约 为14dB， 即 有 用 信 号 场 强
应 高 出 同 频 道 干 扰 信 号14dB。 邻 频 道（
指 两 个DAB 块 相 距176KHz） 保 护 率 约 为-35dB。
---- 通 常， 广 播 网 是 这 样 设 计 的， 即
在 覆 盖 区 域 中， 要 确 保 在99 ％ 的 地
点、99 ％ 的 时 间 中， 有 一 个 最 低 要 求
的 传 输 质 量。 对 于 数 字 系 统 来 说， 比
如DAB， 从 良 好 接 收 变 不 能 接 收， 只 要2dB
的 场 强 差 别 就 足 够 了。 因 此， 为 了 确
保 在 覆 盖 区 边 缘 也 能 达 到 所 要 求 的
最 低 质 量， 对 于 网 络 规 划 来 说 这 意 味
着， 在DAB 还 必 须 在 上 述 必 要 的 保 护 率
的 基 础 上， 再 提 高 约18dB 的 裕 量。 这 个
裕 量 或 称 修 正 系 数， 是 由 电 波 传 播 的
统 计 模 型 得 来 的。 由 此， 得 到DAB 同 频
道 运 行 的“ 准” 保 护 率 为14+18=32dB。 这 个
值 适 用 于 单 个DAB 发 射 台。 在 一 个DAB 同
步 网 中， 基 于 网 络 增 益， 该 值 更 加 适
宜。
---- 还 需 要 强 调 的 是， 与 模 拟FM 广 播
不 同， 数 字 声 音 广 播 的 接 收 信 号， 不
仅 仅 只 是 场 强 起 决 定 作 用， 而 是 还 要
考 虑 比 特 差 错 率。 在 相 同 的 场 强 下，
采 用 不 同 信 道 编 码 和 调 制 方 法 的 数
字 系 统， 会 有 不 同 的 误 码 率， 从 而 表
现 出 不 同 的 质 量。 按 照 目 前 的 标 准，
在VHF 的 Ⅲ 波 段， 应 提 供 不 低 于35dB（ μv/m）
的 最 小 可 用 场 强， 并 使 比 特 差 错 率BER
≤10-3。 这 个 标 准 适 合 于99 ％ 的 时 间 概
率 和50 ％ 的 地 点 概 念。 如 果 希 望 将50 ％
的 地 点 概 念 也 提 高 为99 ％， 要 求 的 最
低 场 强 需 要 再 高 出 约13dB， 即 最 小 可 用
场 强 变 为48dB（ μv/m）。 这 些 参 数 都 是 以10m
高 的 接 收 天 线 确 定 的。 如 果 考 虑 到 汽
车 接 收 机 仅 使 用2m 高 的 天 线， 相 对 于10m
高 天 线 又 损 失10dB， 这 样， 最 低 等 价 场
强 应 为48+10=58dB（ μv/m）。
---- 在L 波 段， 最 低 等 价 场 强 应 为43+13+10=66dB（
μv/m）。
DAB 工 作 频 率
---- 在 选 择DAB 工 作 频 率 时 通 常 要 考 虑，
随 着 频 率 的 提 高， 允 许 的 发 射 台 之 间
的 距 离 要 减 小， 从 而 需 要 的 发 射 台 的
数 量 成 平 方 的 关 系 增 多。
---- 1、 波 段 Ⅰ（47-68MHz）
---- 在 该 波 段 中， 由 于 超 作 用 距 离（E
层 散 射） 使 应 用 受 到 限 制。 此 外， 在
波 段I 中， 特 别 是 所 谓 的“ 人 为 噪 声”，
例 如 地 铁 的 干 扰 等， 对 于DAB 来 说， 不
是 理 想 的 工 作 频 段。
---- 2、 波 段 Ⅱ（87.5MHz-108MHz）
---- 波 段 Ⅱ 是 分 配 给 地 面 声 音 广 播
使 用 的， 现 在 被 调 频 广 播 所 占 用。 显
然，DAB 最 终 要 在 该 波 段 发 射。 波 段 Ⅱ
不 仅 是 指 配 给 声 音 广 播 的， 而 且 由 于
它 处 于100MHz 附 近， 对 于 数 字 地 面 声 音
广 播 来 说 特 别 理 想。
---- 3、 波 段 Ⅲ（174-230MHz）
---- 该 波 段 同 样 良 好 适 合 于 数 字 地
面 声 音 广 播， 尤 其 是 在 进 行DAB 场 试 验
或 实 施 的 初 始 阶 段， 可 以 选 择 波 段 Ⅲ，
例 如 使 用223M-230M 的 电 视12 频 道。
---- 4、 波 段 Ⅳ/ Ⅴ（470-790MHz）
---- 在UHF 波 段 中，80 ％ 以 上 用 于 电 视
覆 盖。 如 果 同 步 网 是 小 峰 房 的 同 步
网， 且 最 高 行 车 速 度 受 限 的 话，UHF 频
段 对DAB 来 说 完 全 是 可 以 应 用 的。
---- 5、L 波 段（1452-1492MHz）
---- 在1998 年 以 前， 可 以 使 用1452-1467MHz，
如 果 想 使 用1467-1492MHz 范 围 的 频 率 需 要
同 邻 国 协 调。1998 年 将 举 行 卫 星 广 播 的
频 率 规 划 会 议， 明 确 该 频 段 的 使 用 问
题， 关 于1.5GHz 范 围 的 特 性 和 能 力， 例
如 传 播 特 性、 同 步 工 作 能 力、 移 动 接
收 标 准 以 及 其 它 一 些 问 题， 还 要 通 过
大 规 模 的 试 验 予 以 澄 清。 不 过 欧 广
联（EBU） 对 此 指 出， 用 工 作 于1.5GHz 范 围
的DAB 数 字 同 步 网 进 行 地 面 覆 盖， 虽 然
技 术 上 是 可 能 的， 但 与 在VHF（ 例 如 电
视12 频 道） 波 段 相 比， 发 射 台 数 量 要
大16 倍， 其 运 行 费 用 也 明 显 的 高， 据
粗 略 估 算， 大 约 是 工 作 于VHF 波 段 时 的4
倍。 此 外， 对 于 汽 车 里 的 接 收 机 来
说， 需 要 两 付 天 线 系 统， 一 个 用 于VHF
波 段， 一 个 用 于1.5GHz。 图7 所 示 是 欧 洲
做 出 的 用 于DAB 在L 波 段 的 频 率 安 排， 从1452-1467.5MHz
共 安 排 了 从A-I 九 个1.536MHz 宽 的DAB 频 率
块。L 波 段 大 多 用 于 本 地 覆 盖 和 小 型
同 步 网。
---- 6、S 波 段（2300-2600MHz）
---- 为 了 达 到 与L 波 段 相 同 的 覆 盖，
对 于 工 作 于S 波 段 的 卫 星 转 发 器 来
说， 需 要 更 大 的 功 率。 同 时， 由 于 较
高 的 遮 蔽， 在“ 阴 影” 区 需 要 更 多 的
填 充 发 射 机。 此 外， 由 于 多 普 勒 效
应， 使 这 些 填 充 发 射 机 工 作 于 相 同 频
率 的 有 效 性 降 低。 总 的 来 说， 数 字 声
音 广 播 工 作 于S 波 段 是 一 种 昂 贵 的 选
择， 并 且 只 能 提 供 很 有 限 的 技 术 可 能
性。（ 作 者 为 北 京 广 播 学 院李 栋 教
授）
|
