微博

QQ

构建“RFTV”

2011-11-29 克雷格·诺里斯 传播与制作


  尽管现在大力推广依赖宽带和手机网络的新电视分配模式,但从地面电视发射机或地球同步卫星的传统射频(RF)广播依然吃香。

  为保持地面和卫星电视广播机构的竞争能力,最近一段时期RF传输领域取得了不少进展。射频电视(RFTV)广播领域许多技术进步的推动力来自DVB组织。去年的NAB和亚洲广播展及IBC上,DVB都在推广新DVB-T2和DVB-S2标准,这两个标准现在都已经瓜熟蒂落。这些新标准的好处归结为一词—“效率”。但在现实世界中效率有多种表现形式。

  “带宽效率”是某些电视广播机构的一件优先考虑的事项,而DVB组织保证使用新标准,带宽效率大约有50%的提高。该增加的带宽效率可以以下三种方式之一加以利用。

  1.同一射频信道内有更多的数字电视频道。改进的调制方案在一个8MHz RF信道内(相比DVB-T的31MHz)提供高达50Mb/s的有效载荷。增加的有效载荷可以至少多支持两个标清频道。

  2.对劣化的信噪比之下的传输误差有更高的鲁棒性,从而通过增大边缘接收距离扩大地域覆盖。DVB-T2提供的增加带宽可用于更强的前向纠错(FEC),以便实现上述的鲁棒性。

  3.降低发射机功率就可覆盖此新标准出台前所确定的相同的地域。凭借更强的前向纠错,用一台较低功率的发射机即可实现相同的覆盖。建议降低约3-6dB的功率。

  这三个选择可能令广播工程师左右为难。每种选择都为电视界可能冲突的各方提供希望。选择1有利于那些认为给予观众更多选择是提高收视率进而吸引广告客户的一种方式的节目和市场人员。选择2有利于那些居住于边缘接收地区的消费者,它令这些消费者的声像在以前导致无法忍受的阻滞和静音的条件下依然俱佳。选择3降低功耗,这有利于那些对运行成本的任何降低都很欣赏的财会人员,也因减少碳排放而有利于环境,当然也就有利于每一个人。

构建“RFTV”

  以上的改进是凭借对无线电波上的串行数据更高效的调制方案实现的。把这些无线电波连续发射到消费者的天线上也在研究改善。DVB-T已经达到了单频网(SFN)的实用性,使发射机网能够在不多消耗频谱的条件下填补某一地域内每一个缝隙和阴影。而现在如澳大利亚Broadcast Australia等有识之士正在提出另一种SFN组网方式—高密度网(HDN)。

构建“RFTV”

  本质上,高密度网用一个分布式低功率发射机网取代一台大功率发射机。HDN的基本原理是提高整个接收区域的本地场强,以便为效率低的设备提供更好的服务。

  与架设于屋顶的八木天线、相控阵列天线或对数周期天线相比,便携式设备、室内天线等并不提供增益。为弥补手持和室内接收天线的不足,Broadcast Australia建议接收机的场强须比正常值高约30dB。单一的发射机一般在50kW ERP运行相当高效,增加30dB可能需要50MW ERP,这极不现实。但HDN以较一台假想的超级发射机高得多的场强和低得多的成本,能够更高效地覆盖某地域。

  电视HDN有一个更像手机网的特性。但对DVB-T,SFN的特性允许由HDN内的邻近发射机无缝转换信号接收,接收机内无需任何切换。信号以一种来自多个发射机的累积方式仅仅存在于天线(如果接收机处于一个以上发射机的范围内)。SFN设计和和整个SFN上数据流的精确同步有效消除来自同一个SFN上邻近发射机的抵消及其它类型的干扰。

  HDN概念的重要性在大量观众居住于高层住宅楼等的地点更大。通常高层住宅有内部分配网络,从天台的一个共用天线接收信号分配给大厦内的每家住户。但某些大楼的共用天线系统分配网并不适合数字信号,原因是老化和使用状态恶化。

  为了给每家提供良好的数字信号,需要更换或改造共用天线系统,这成本高昂。HDN通过有需要时提供更好的本地场强,使住户能够用简单的室内天线接收信号,从而避开了共用天线系统。

  同样地,如果某电视广播机想为有代表性的步行地点和旅游路线内漫游的手持式DVB-H接收机提供可靠的服务,有代表性的接收地点的场强必须比一般地点的场强高出30dB,而HDN能以合理的成本做到。

  较少的频谱内有更多的比特以及更有效地覆盖观众的地点,听起来全都不错。但RF传输领域依然有一障碍,而这是发射机本身不高的功率效率。

  功耗成本已被定为一个改进目标,而DVB-T2提供用一个较低功率(至多一半功率)发射机覆盖相同地域的机会。但发射机本身的效率并不高,像发射机功放级通常只有15%的效率。这被更精确地描述为低效率。

  世界上一些地区正在极其严肃地对待气候变化,尤其是欧洲正在努力切实可行地减少生活和工业碳排放。电视广播机构是耗电大户,而RF传输网可用去一个电视广播机构用电总量的75%以上。2008年EBU技术评论中Nujira有限公司一篇论文中指出一个典型的电视广播机构可能共耗电12MW,年均成本约1200万欧元。但就是不考虑资金成本,如果广播机构用电由矿物燃料提供,这对大气的碳黑含量也是一个沉重的负担。

  移动电话行业一段时间以前已经解决了此问题,从经济和环保必需性出发,他们已经开始提高其RF功放级的效率,现在该是电视广播机构跟进了。

  电视发射机所需的技术(业已在移动通信网得到验证)与安排功放级始终运行于峰值功率从而最大限度地提高效率有关。OFDM信号的峰值系数(峰值与平均功率比)约11-12dB,因此如果信号本身以11-12dB变化,我们如何才能在峰值功率驱动功放?答案就在一个三步过程:

  1.降低峰值系数

  2.信号输入功放前的自适应数字预失真

  3.包络跟踪—调制功放级内的导电轨,始终略高于RF波形包络的峰值电压,从而RF信号的峰值电压始终非常接近电源轨的瞬时值。这样放大器级始终接近饱和,因而对RF信号包络的任何瞬时峰值,在满功率都有效,从而工作于其最高效率。

  当上述三个技术都得到采用(现代移动通信网基站即如此),功放级效率可从15%提高到40%-45%。提高功放效率的冲击效应是减少发射机产生的热量,从而降低冷却和空调要求(它们也是用电大户)。

  2008年EBU技术评论中Nujira有限公司的论文指出可能降低总功耗和成本的一半,这意味着有一个大发射机网的普通电视广播机构能够省下巨资。

  2010年RF传输的情景是这样的:更多的带宽更高效地提供更多的内容给所有的观众,无论他们是在家中还是外出,同时不多占用RF频谱,而电视广播机构也不会破费很多。这全多亏DVB-T2的新调制方式、以HDN形式更好地实现网络拓扑,以及大幅提高发射机功放级的功率效率。B&P
 

RFTV

视听科技视频号 广告
发表评论