DAB的单频网是提高频谱效率的重要途径之一。对于西欧的发达国家,DAB单频网已经运行多年,而在我国,真正建立DAB单频网并投入运行的只有广东粤广数字多媒体公司,这里谈谈公司在这方面积累的一些经验。
单频网也叫同步网,是指在大面积的覆盖区内,各发射机使用同一个频率工作的发射网。从理论上说,单频网内两台发射机覆盖的交界处,接收机收到的是两个来自不同发射机的信号,合成信号可能会失真,调幅或调频同步广播就是想办法如何减小这种失真。与调幅广播或调频广播的同步网不同,在DAB单频网里,两台发射机覆盖的交界出并不会出现失真,因为这是在设计DAB系统的时候,已经充分考虑了这个问题。
一个单频网可能有时工作得很正常的,但有时也会出现不稳定的现象。不稳定的具体表现是,有些地方的信号场强虽然不低,但是误码率却很高,甚至不能正常接收。根据观测,DAB单频网的不稳定往往出现在网内两台发射机覆盖的交界处,误码率的起伏非常大,甚至无法接收DAB信号。而在单机的其他覆盖范围内,静态和移动接收基本正常,接收机误码率指示较低,DAB信号和DMB视频都没有什么问题。与此相比,在两个发射台覆盖的交接地带,静态和移动接收时CRC检测的误码起伏非常大,特别是DMB图像基本不能接收,或时好时坏,非常不稳定。
要分析单频网不稳定的原因,首先要从单频网工作原理着手。正常状态下的DAB单频网的工作原理已经有很多文献做了说明。DAB单频网是建立在OFDM调制、加入符号保护间隔、频率交织和信道卷积编码的基础上的,通过时间交织进一步提高其抗突发干扰能力和移动接收能力。
OFDM也就是正交频分复用,在一个信道里利用多个正交的副载波同时进行多个符号的传送。DAB有四种工作模式,当工作在模式1时,有1536个相互正交的载波。使用多载波方式有两个好处:
1.在有回波的时候,或者在多台同步工作的发射机工作时,信号的叠加只会造成少数载波的深度衰落,而大多数载波会得到加强,解调时只会在深度衰落的载波上产生误码,通过频率交织,将衰落造成的误码均匀分布,然后通过卷积编码和解码进行纠错,就能达到无差错传输。
2.将调制符号分布在多个载波上(载波之间有正交关系),使得每个符号的符号期大大延长,从而可以加入“保护间隔”。只要两个信号的时间差不超过这个“保护间隔”的时间,它们在接收机上的叠加是不会影响符号的有用部分的,该符号就能正确解调出来,如图1。对于不同的DAB模式,符号时间和保护间隔也不一样,比如模式1,每个符号期达到1246uS,其中246uS作为保护间隔,这样就能保证在理想情况下,两个相隔73.8公里(246微秒*300000公里/秒)的发射台在同步发射的时候完全没有符号干扰。
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以上是在理想情况下要求的条件,实际上,当单频网出现不稳定时,就必须寻找这种不稳定的原因了。
一.单频网不稳定的第一个原因是发射机之间频率偏差过大。
单频网本身就意味着网内所有发射机的发射频率是完全相同的。但在实践中,发射机之间的频率难免会有一些偏差,由于两台同步工作的发射机的工作频率不同,在接收端同时接收两个台的信号时,就会使接收到的合成信号的各个载波不再准确保持原有的频率,因而破坏了各载波的正交性,从而在解调时造成误码。按照WorldDAB的《地面DAB发射机的最低要求》[1],对于模式1,单频网内两台发射机之间的频率差别不应大于10Hz。对于模式4则不应大于20Hz,对于模式2和3分别是40和80Hz。可见对于模式1的要求是最严格的。
实践中,各发射机都是用GPS锁定其工作频率的,在这种情况下,同步网是稳定的。但如果有一台发射机的GPS出现故障导致频率跑了,同步网马上就会出现问题。因此,一旦单频网中两台发射机覆盖交叉地区接收情况不好,首先要检查的就是发射机的频率问题,尤其是GPS系统的工作是否正常?当然,发射机里的锁相环路也是检查的内容之一。
二.单频网不稳定的第二个原因是ETI信号传送问题。
在理想的情况下,各发射台发射的码流都是一样的。实际上,由于ETI信号在传送到各发射台的条件难免会有差别,在系统其他部分正常工作的时候,如果发进入各发射机的ETI信号的时延调整不当,就会在一些地点形成接收时的符号间的干扰。我们进行过一些模拟和测试,测试采用一种能显示接收状态的DMB接收机,它能显示接收机的误码率。测试在实验室进行,使用两台激励器,发射功率0.5W,输入到两个激励器的ETI信号是同一路,将其中一台激励器的ETI延时设定为0,调整另一台激励器的ETI延时。系统如下图。
下表为模拟实际不同的时延差造成的码间干扰情况的测试结果:
延时差(us) | 误码指示 | 误码率 | 同步状态 | 图像质量 |
0 | 6 | 0 | 同步 | 正常 |
100 | 5—6 | 3*10-4--0 | 同步 | 正常 |
150 | 5—6 | 3*10-4--0 | 同步 | 正常 |
200 | 5—6 | 3*10-4--0 | 同步 | 正常 |
250 | 2—6 | 2*10-2--0 | 同步 | 正常 |
300 | 2 | 1*10-2--5*10-3 | 同步 |
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