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深度剖釋中國(guó)數(shù)字電視的發(fā)展
四、ADTB-T和DMB-T誰(shuí)能當(dāng)駙馬
上面我們簡(jiǎn)單介紹了單載波調(diào)制和多載波調(diào)制的工作原理，下面我們進(jìn)一步來(lái)分析單載波調(diào)制和多載波調(diào)制的優(yōu)、缺點(diǎn)，最后由大家來(lái)猜一猜，ADTB-T和DMB-T，誰(shuí)能當(dāng)駙馬？
根據(jù)上面分析，采用16-QAM單載波調(diào)制，其最高碼率為24Mbit/S，載波頻率為6MHz；如果選用多載波調(diào)制，在碼率同樣為24Mbit/S的情況下，采用3780-OFDM多載波調(diào)制，對(duì)于3780個(gè)載波平均下來(lái)，每個(gè)載波平均傳送的碼率大約只有6.3Kbit/S，這樣，哪怕每個(gè)載波都選用QPSK調(diào)制，其載波的最高頻率還是可以選得很低；如果選用16-QAM或64-QAM調(diào)制，其載波的最高頻率還可以進(jìn)一步降低。但這是在沒(méi)有考慮解碼以及圖像信號(hào)處理需要時(shí)間的理想情況，實(shí)際并不是這樣。
一方面，在數(shù)字電視機(jī)中，選用的載波頻率也不能太低，因?yàn)�，�?shù)字信號(hào)傳送的速度一定要大于圖像信號(hào)處理的速度，這樣，最后輸出信號(hào)才不會(huì)產(chǎn)生間斷。例如，我國(guó)HDTV的行掃描頻率大約為32KHz，如果不考慮MPEG解碼電路以及圖像信號(hào)處理電路對(duì)輸入信號(hào)處理所需要的時(shí)間，那么，多載波的最低頻率就不能低于32KHz，否則，行掃描電路就會(huì)出現(xiàn)沒(méi)有信號(hào)可掃描的情況，圖像顯示就會(huì)出現(xiàn)間斷。因此，MPEG解碼電路以及圖像信號(hào)處理電路對(duì)數(shù)字信號(hào)傳送速度也有同樣的要求。
另一方面，多載波解調(diào)制對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分批處理時(shí)候，每次都需要等3780個(gè)載波傳送的數(shù)據(jù)全部到齊以后，才能一次性地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行并轉(zhuǎn)串處理；因此，其解調(diào)制過(guò)程消耗的時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)比較長(zhǎng)，其最低頻率也就不能取得很低。另外，多載波調(diào)制一般都不采用殘留邊帶發(fā)送，因此，調(diào)制后的頻帶寬度相對(duì)于殘留邊帶發(fā)送來(lái)說(shuō)大約要寬一倍。
綜合以上因素，就平均而言，多載波的平均頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)可以低一些，但載波的最高頻率與單載波的頻率相對(duì)來(lái)說(shuō)，并不會(huì)相差很大。
載波頻率低的最大好處就是，可以降低信號(hào)傳送過(guò)程中的多經(jīng)反射干擾（即圖像重影效應(yīng)）。下面我們分三種情況來(lái)分析：
比如單載波頻率為6MHz，其周期為0.17uS，兩個(gè)正交載波相差1/4個(gè)周期（90°），為0.0425uS；由于電磁波的速度約等于光速，即每微妙為300米，那么，頻率為6MHz的載波對(duì)應(yīng)于一個(gè)周期所傳播的距離就是51米，即波長(zhǎng)為51米；半個(gè)周期為25.5米（半波長(zhǎng)），1/4個(gè)周期為12.75米（1/4波長(zhǎng)）。
如果反射體的路經(jīng)距離正好與電視接收點(diǎn)相差12.75米（或1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍），即電視接收機(jī)相當(dāng)于同時(shí)收到兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)是主信號(hào)，另一個(gè)是反射信號(hào)，兩個(gè)調(diào)制載波信號(hào)的相位正好相差90°（1/4波長(zhǎng)）；這樣，兩個(gè)調(diào)制載波信號(hào)互相疊加以后，不但會(huì)改變?cè)瓉?lái)信號(hào)的相位，同時(shí)也會(huì)改變信號(hào)的幅度，結(jié)果相當(dāng)于I和Q兩路信號(hào)互相串?dāng)_，并且，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)疊加之后的相位差越接近時(shí)，即反射信號(hào)越強(qiáng)，干擾就越嚴(yán)重；在這種情況下，數(shù)字電視接收機(jī)的調(diào)制解調(diào)電路可能無(wú)法正常解碼。
如果反射體的路經(jīng)距離正好與電視接收點(diǎn)相差半個(gè)波長(zhǎng)（25.5米，或半個(gè)波長(zhǎng)的奇數(shù)倍），則兩個(gè)調(diào)制載波信號(hào)的相位正好相差180°（半波長(zhǎng)），由于正交調(diào)制的兩路信號(hào)（I和Q）都是對(duì)載波的半波進(jìn)行幅度調(diào)制的，因此，兩路調(diào)制過(guò)的信號(hào)合成之后就相當(dāng)于是對(duì)載波的1/4波進(jìn)行調(diào)制；當(dāng)原信號(hào)正、負(fù)半周是對(duì)稱(chēng)時(shí)，則兩個(gè)信號(hào)互相疊加的結(jié)果會(huì)使接收信號(hào)減弱，相當(dāng)于電視接收機(jī)接收靈敏度降低；當(dāng)原信號(hào)正、負(fù)半周不是對(duì)稱(chēng)時(shí)，則兩個(gè)信號(hào)互相疊加的結(jié)果會(huì)使接收信號(hào)失真，相當(dāng)于兩路信號(hào)（I和Q）互相串?dāng)_，與兩個(gè)調(diào)制載波信號(hào)的相位相差90°時(shí)沒(méi)有多大區(qū)別。
如果反射體的路經(jīng)距離正好與電視接收點(diǎn)相差1個(gè)波長(zhǎng)（51米，或1個(gè)波長(zhǎng)的整數(shù)倍），兩個(gè)信號(hào)的相位正好相差360°（1個(gè)波長(zhǎng)）；當(dāng)原信號(hào)正、負(fù)半周為對(duì)稱(chēng)時(shí)，則兩個(gè)信號(hào)互相疊加的結(jié)果會(huì)使接收信號(hào)加強(qiáng)，相當(dāng)于電視接收機(jī)接收靈敏度提高；當(dāng)原信號(hào)正、負(fù)半周不是對(duì)稱(chēng)時(shí)，則兩個(gè)信號(hào)互相疊加的結(jié)果會(huì)使接收信號(hào)失真，相當(dāng)于兩路信號(hào)（I和Q）互相串?dāng)_，與兩個(gè)調(diào)制載波信號(hào)的相位相差90°時(shí)沒(méi)有多大區(qū)別。
由此可見(jiàn)，只要接收到兩個(gè)信號(hào)（主信號(hào)和反射信號(hào)）的相位角相差正好是90°（1/4波長(zhǎng)）的整數(shù)倍，對(duì)單載波正交調(diào)制信號(hào)造成的干擾最嚴(yán)重；對(duì)于其它相位差同樣也會(huì)產(chǎn)生干擾，只是干擾程度相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有90°時(shí)那么嚴(yán)重。
假設(shè)多載波的最高頻率只有3MHz，即為單載波頻率的二分之一，相對(duì)來(lái)說(shuō)多載波的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)；根據(jù)兩點(diǎn)之間的電磁場(chǎng)強(qiáng)度與距離的平方成反比的定理，可以求得，在1/4波長(zhǎng)處是干擾最嚴(yán)重的地方，兩者的電磁場(chǎng)強(qiáng)度相差4倍。而對(duì)所有載波平均而言，甚至可以相差幾百倍，即多載波調(diào)制的多經(jīng)干擾相對(duì)來(lái)說(shuō)比單載波輕。
但多載波調(diào)制和解調(diào)的過(guò)程都非常麻煩，多個(gè)載波經(jīng)過(guò)調(diào)制后合在一起傳輸，解調(diào)時(shí)對(duì)其再進(jìn)行分離就非常困難；因?yàn)�，在高碼率傳送之下，它無(wú)法用濾波電路把各個(gè)調(diào)制載波信號(hào)選出來(lái)，只能采用同步分離的方法，因此，它對(duì)同步信號(hào)的相位要求非常嚴(yán)格，所以多個(gè)載波對(duì)相位噪音的要求比單載波高很多。
如果多載波調(diào)制信號(hào)解調(diào)時(shí)各個(gè)載波信號(hào)分離不干凈，就相當(dāng)于多個(gè)載波之間會(huì)互相產(chǎn)生干擾，信噪比（S/N）就會(huì)降低。一般多載波解調(diào)電路要求信噪比（S/N）的門(mén)限值要比單載波解調(diào)電路高好幾個(gè)db（根據(jù)報(bào)道為3-4dB）。
目前已經(jīng)有很多方法可以降低單載波多經(jīng)反射干擾，例如，采用數(shù)字延時(shí)均衡技術(shù)，即從信號(hào)中取出一部分信號(hào)經(jīng)延時(shí)一個(gè)相位后再與原信號(hào)疊加，現(xiàn)在這種技術(shù)可以通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，將來(lái)所有的數(shù)字信號(hào)接收機(jī)都可以采用這種技術(shù)。
很多人都認(rèn)為，只有多載波調(diào)制才能用于移動(dòng)電視接收機(jī)，而單載波調(diào)制無(wú)法實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收的功能。我認(rèn)為，這種想法毫無(wú)道理。
比如，一輛汽車(chē)的速度是每小時(shí)100公里（28米/秒），那么，它跑1/4周期（6MHz）的時(shí)間（0.0425uS）所對(duì)應(yīng)的距離就是1.19×10－6米，這相當(dāng)于2.3×10－8個(gè)波長(zhǎng)；或它跑1/4波長(zhǎng)的距離（12.75米）所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為0.46秒，相當(dāng)于2710000個(gè)周期。這兩個(gè)結(jié)果無(wú)論是在時(shí)間上或在距離上都沒(méi)有可比性。因此，汽車(chē)速度對(duì)單載波的相位影響幾乎等于零。而受影響最大的反而應(yīng)該是，在0.46秒時(shí)間內(nèi)，數(shù)字延時(shí)均衡電路是否能正常工作。
而對(duì)于高頻載波在移動(dòng)接收過(guò)程中產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)，它只影響接收頻率的偏移，這種影響對(duì)單載波調(diào)制和多載波調(diào)制都是一樣的。
特別值得注意的是，由于ADTB-T是單載波技術(shù)，因此，它對(duì)廣電原有的發(fā)射系統(tǒng)能夠很方便的接洽。根據(jù)資料分析，在前端數(shù)字化改造方面，交大方案的成本要比清華方案的成本節(jié)省約80～90％，僅需要一個(gè)MPEG和ADTB-T調(diào)制器即可利用原有模擬發(fā)射機(jī)發(fā)射數(shù)字信號(hào)，而清華方案必需要整套更換成全新的數(shù)字發(fā)射機(jī)，這筆代價(jià)在邊遠(yuǎn)地區(qū)還是需要斟酌的很大的一筆開(kāi)銷(xiāo)。
同時(shí)，在衡量一個(gè)數(shù)字信號(hào)接收的時(shí)候，還需考慮信號(hào)的接收穩(wěn)定率；由于是數(shù)字信號(hào)的屬性是0和1，就是要么收到，要么收不到，這就凸現(xiàn)門(mén)限的意義；根據(jù)測(cè)試結(jié)果，DMB-T的接收門(mén)限比DVB-T低，可ADTB-T的接收門(mén)限比DMB-T還要低，這就是為什么采用ADTB-T的發(fā)射系統(tǒng)其覆蓋范圍比DMB-T的發(fā)射系統(tǒng)的覆蓋范圍更廣闊的原因，因?yàn)槠溟T(mén)限低，采用ADTB-T接收機(jī)的靈敏度要比DMB-T接收機(jī)的靈敏度高3-4dB，因此，其能夠在更遠(yuǎn)的距離上接收弱信號(hào)。
另外，上交大單載波系統(tǒng)在組建單頻網(wǎng)（SFN）時(shí)，對(duì)發(fā)射機(jī)時(shí)鐘頻率的精度和穩(wěn)定度的要求僅為E-9。這同任何多載波系統(tǒng)相比，要低三個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，其工程造價(jià)較低。
在發(fā)射功率方面相比，上交大單載波系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)平均功率是多載波系統(tǒng)的二分之一，其標(biāo)定功率則是后者的五分之一。即：在同樣的覆蓋范圍之內(nèi)，為了實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率的固定接收，上交大方案需要1kW的平均發(fā)射功率，則其發(fā)射機(jī)的標(biāo)定功率需要4kW，因?yàn)槠浞寰龋≒AR）接近6dB。
而對(duì)于多載波系統(tǒng)（以歐洲標(biāo)準(zhǔn)為代表）而言，如果要覆蓋相同的地區(qū)，則其平均發(fā)射功率需要2.0-2.5kW。這是因?yàn)椋憾噍d波系統(tǒng)與單載波系統(tǒng)相比，載噪比（C/N）門(mén)限值要增加3-4 dB。其次，其發(fā)射機(jī)的標(biāo)定功率需要20-25kW，因?yàn)槠浞寰龋≒AR）接近10dB。
選用單載波系統(tǒng)將來(lái)還可以把地面接收和有線接收同用一個(gè)高頻頭和解碼器，因?yàn)椋壳坝芯�電視采用的調(diào)制方式基本上都是采用64-QAM，而地面?zhèn)鬏斠话愣疾捎?6-QAM，將來(lái)也可以選用64-QAM。
上面這些分析，對(duì)老百姓來(lái)說(shuō)，不一定會(huì)感興趣；但老百姓感興趣的是，怎么樣能買(mǎi)到既便宜又好用的電視機(jī)。相比之下，交大方案數(shù)字電視接收機(jī)的生產(chǎn)成本大約要比清華方案的生產(chǎn)成本低20～30%。這很清楚，如果由老百姓自己來(lái)選擇的話，他們一定會(huì)知道自己應(yīng)該選擇什么樣的數(shù)字電視接收機(jī)。但什么時(shí)候老百姓有過(guò)自己的選擇權(quán)，皇帝家的駙馬是由老百姓來(lái)選擇的嗎？
五、ADTB-T和DMB-T是雙胞胎，還是畸形兒
誰(shuí)都清楚，是雙胞胎就應(yīng)該分開(kāi)來(lái)?yè)狃B(yǎng)，是畸形兒就應(yīng)該趕快動(dòng)手術(shù)。上海交大的ADTB-T方案和清華的DMB-T方案，是兩套功能完全相同的系統(tǒng)方案，它們?cè)诠δ苌蠜](méi)有互補(bǔ)性，在性能上也沒(méi)有多大區(qū)別，它們?cè)谑褂弥型耆梢曰ハ嗳〈此麄兪且粚?duì)雙胞胎。
既然是雙胞胎，為什么在標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GB20600-2006的《數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制》標(biāo)準(zhǔn)中還要把他們捆綁在一起，這不是把雙胞胎又改變成畸形兒了嗎？這個(gè)道理，在一般人看來(lái)是很難想象的，在醫(yī)學(xué)上更無(wú)法進(jìn)行解釋。
實(shí)踐已經(jīng)證明，把上海交大的ADTB-T方案和清華的DMB-T方案，兩個(gè)捆綁在一起，既增加成本（估計(jì)增加30%），還會(huì)降低機(jī)器的技術(shù)性能。國(guó)內(nèi)所有電視機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都強(qiáng)烈反對(duì)，殊不知中國(guó)的老百姓是否反而會(huì)喜歡這種奇特電視機(jī)？如果不是這樣的話，那么只能認(rèn)為，把兩個(gè)方案捆綁在一起，唯一的好處就是能夠增加“雞的P”。
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