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扩大英国数字广播覆盖的挑战
J·L·赖利 S·L·埃尔维奇—塔彭登 M·R·艾理斯
2006年05月01日
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本文作者J. L. Riley、S. L. Elvidge-Tappenden、M. R. Ellis先生，BBC R&D成员。原文发表于《IBC 2005论文集》，版权为IBC所有。冯锡增译。
关键词：DAB 覆盖 规划 英国
引言
随着过去3年覆盖的稳定扩大，BBC的全国数字广播网络现在已经包含了大约80台发射机，服务整个英国大约85%的人口。覆盖现在是和大不列颠的大小相似。服务的对象是乘汽车的人士，但也支持室内的便携式和手持式收音机。就数字接收机市场渗透来说，英国是一个成功的故事：在年初，卖出的接收机超过100万而且今年继续上升。作为一个公共服务的广播公司，BBC寻求更进一步扩大覆盖，并且在它去年发表的“创造公众价值”的声明中，表明它的下一个目标要达到90%的覆盖。为此，我们已经开发了一个大体的计划，鉴定超过200个合适的站点。
未来站点的选择将受到若干因素的影响，这些因素将在本文提出。
站点的共享
在英国开始数字音频广播之初(1995年)，商业的发射规划就已经与BBC的全国网络规划一起着手进行。在1995年威斯巴登举行的欧洲会议之后，分配给英国的频谱支持在3波段有两个全国性业务的复接，以及五个地方性的和地区性业务的频道，见图1。BBC的复接在全英国用一个单频网(SFN)运作。因此，许多地方性和地区性的复接是和二个全国性的复接相邻的，而且它们彼此也相邻。
在理想世界中，所有的复接都应由一些相同的站点发射，但为什么这样做可能不实际，这有几个理由。两个全国性业务的规划是通过使用高的站点,典型的全向发射天线和大功率，向主要的人口区和干线道路提供大的覆盖区域。地方性和区域性的网络有较多限制，因为他们要保护在英国的其他同频道配置。典型地，他们对准当地的人口中心，因而采用比较低的站点，比较低的功率和指向性天线，站点常常靠近目标人口。有时，站点的容量不足，这也不得不使用新的站点。因此，各站点常常不是在同一位置，这就可能导致对邻频的干扰。
当引入一台新的，工作在频道N的发射机到另一个工作在频道N±1的网络的业务区域中，邻频干扰就可能发生。干扰首先在新发射机的近旁区域影响其他网络，除非其他网络也在新发射机处或者非常靠近的地方发射。
为了实现来自非同台站点的干扰电平是可接受的，英国制定过一些规则。以35dB的邻频保护比，0.16的相关系数和4dB的站点变化的标准偏离为基础，对99%的地点，预测室外移动业务的邻频干扰保护边际值是23dB。对新的邻频业务，在超过23dB保护边际的区域里面的人口将被计算。如果受影响的人口超过了一个门限值，那么提出的站点就是不可接受的。这些规则在过去十年来工作得很好，使49个地方性的和区域性的网络能够在英国成功地铺开。
在图2，看一看由商业的DAB复接使用而不是由BBC全国复接使用的站点的相对位置，那就可以估计“邻频”问题的潜在影响了。然而，因为绝大多数地方性的和区域性的发射机是相对小功率的，而且干扰区域靠近发射机，通常位于乡下区域，有问题的情况一直不多。
市区的补点
去年，Digital One提出，要在它的全国网络上，与现有的音频业务一起，开播一套以手持式接收机为目标的新数据业务。业务预计要用于室内，典型地是在市区里。结果，他们计划在伦敦地区建立额外的小功率补点台，作为提供更可靠的室内覆盖的试验网络的一部份。所提出的网络扩大计划最初由十个新的补点组成，每个点为300W，使用全向天线。
由于意识到有邻频干扰的潜在可能性，选择了一个在Uxbridge的站点，用于测量由非公用的300W补点所引起的干扰的程度。预测指出，假定是全向天线的话，邻频12A业务的Switch Digital的覆盖就会打出一个“洞”来，见图3。这被影响的区域是按新的业务超过23dB保护边际而考虑的。修理这个洞的计划是要在相同的站点使用一台频道12A的3W补点发射机，而且使用相同的天线。包括BBC，NTL Broadcast和王冠城堡英国的测量都确认这是行得通的。
然而，对第二邻频的BBC全国性频道12B的进一步测量显示，产生的干扰比预期的要大。进一步判别出，这干扰主要是由频道11D的300W补点发射产生而不是由3W的邻频“修理”补点发射产生的。其后对接收机选择性性能的测试确认，这是干扰的主要因素。
接收机性能
射频选择性
BBC对有代表性的接收机进行的测试显示，邻频以外的频道受干扰的影响要比当初规划数字广播网络时所假定的程度大得多。结果表明，35dB的邻频保护比仍然是可以接受的(在接收机输入端的有用功率电平为-70dBm)，见图4(图中省略了所测的最差接收机)。然而，那种认为超过第一邻频后，邻频选择性会明显优于第一邻频选择性，因而它可以被忽略的假定，已经被证明是过于乐观了。已经发现，对多数接收机而言，接收机对超过第一邻频的响应只是比第一邻频的选择性稍好而已。
虽然不是所有的接收机都符合Cenelec现行的目标，但是我们的建议将会对第一邻频外的接收机选择性提出更严格的要求，以减少由不同站点发射所引起的干扰。表1是对规划传输时使用的，不同的频道关系的保护比。
射频灵敏度
2005年3月BBC对在英国最流行的大约40种便携式和手持式接收机的测试指出，射频灵敏度的相差范围非常宽，见图5。测试是在电信管理局(Ofcom)在Whyteleafe的屏蔽测试室中，在高斯信道条件之下进行的，在这里可以产生受控制的场强。每个被测的型号只有一台单一的样品接收机。
结果表明，在3波段的12个频道上，被测接收机的性能有相当大的差别。比较好的便携式接收机接近规划的需求，而所有的接收机(灵敏度)都呈现出随频率的变化。
最初的网络规划是以1990年代早期，车辆上的移动接收机推算出的标准为基础的，目的是要得到与FM广播相比预期性能改善的好处。BBC为室外移动接收的规划一直是假定接收机在瑞利信道下的-91dBm能够工作，在现实世界中瑞利信道是典型的。瑞利信道要求的C/N比是大约14dB。假定系统噪音指数为7dB，天线增益为-6dBd，覆盖90%的地点有对数尺度的衰落，算出在接收天线的最小平均场强为37dBμV/m。
对于灵敏度，高斯信道一般会给出乐观的值：假定C/N比是大约7dB，有如上相似的系统噪音指数和天线增益，算得在频道12B的最小平均场强是29dBμV/m，如图5的BBC规划目标所示。在相同的频率下，目前的Cenelec标准相等于47dBμV/m左右，虽然许多接收机比这好多了。允许实际的便携式接收机有更大的实现边际，比较低的假设天线增益，目标最小平均场强应该处在上述二个数值之间。
最大输入信号
Uxbridge的试验显示，在都市发射机的邻近，可能会有123dBμV/m左右的场强。因此，接收机能承受这样的输入功率而没有信号的过载，这是重要的。
非共站址发射机的指导方针
Uxbridge的试验以及后来接收机的测试结果，导致了对管理新发射机的站点的指导方针的重新检讨，试图处理干扰的影响，并对它的效果更加精确地量化。在过去，只考虑在邻频方面的效果，在将来，对所有现存的和规划中的DAB业务的影响都需要评估。进一步，发展任何的新的DAB网络都需要平衡现存网络在覆盖上付出的代价。
为评估干扰的影响，英国正在开发一种比例预测方法，承认其效果是业务可能接收到的地方的地点的百分比的减少而不是在业务上的总体损失。因此蒙受干扰的人口百分比可以根据那(覆盖)减少的程度来计算。
NTL Broadcast和BBC合作，已经调查过那些存在邻频和第二邻频关系的站点，以检验预测的假定是否有效。通过同时登录多个业务，有可能在现场直接比较有用的和干扰的信号电平，查证有关的保护边际是否已经被突破。图6显示的就是在Reading地区这种调查的结果之一，把测得的保护边缘与预计失去接收的人口的比例作了比较。
室内接收
ITU的地区无线电通讯会议(RRC-06)负责为世界的广大区域，包括欧洲，俄罗斯的大部分，非洲和中东的一部份，对波段3/4/5的广播频谱配置进行再规划。除了在3波段提供更多数字广播可用的频谱机会之外，RRC还开拓了室内便携式覆盖计划的可能性。一个预算不足的，保守的估计，提供可靠的室内接收，与室外移动相比，是9dB。按照这个数量把现有网络的发射机功率简单地加大，看来是既不实际，也不经济的。
BBC已经开始两项市场调查：一个是大范围的调查，了解听众的态度和期待；另一个小规模的调查集中在DAB的室内接收。提出的基本问题是，“在地面上10m高，需要多大的信号场强才能提供可接受的室内便携式覆盖?”。这个问题的答案将允许我们判定，现有的网络进入室内将成功机会有多大；为满足听众的长期热望，需要采取什么行动。
（全文完）
来源：《世界广播电视》 出版日期：2006年5月
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