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深度剖釋中國數(shù)字電視的發(fā)展
四、ADTB-T和DMB-T誰能當(dāng)駙馬
上面我們簡單介紹了單載波調(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)，最后由大家來猜一猜，ADTB-T和DMB-T，誰能當(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，對于3780個載波平均下來，每個載波平均傳送的碼率大約只有6.3Kbit/S，這樣，哪怕每個載波都選用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。但這是在沒有考慮解碼以及圖像信號處理需要時間的理想情況，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)字信號傳送的速度一定要大于圖像信號處理的速度，這樣，最后輸出信號才不會產(chǎn)生間斷。例如，我國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處理電路對輸入信號處理所需要的時間，那么，多載波的最低頻率就不能低于32KHz，否則，行掃描電路就會出現(xiàn)沒有信號可掃描的情況，圖像顯示就會出現(xiàn)間斷。因此，MPEG解碼電路以及圖像信號處理電路對數(shù)字信號傳送速度也有同樣的要求。
另一方面，多載波解調(diào)制對數(shù)字信號進(jìn)行分批處理時候，每次都需要等3780個載波傳送的數(shù)據(jù)全部到齊以后，才能一次性地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，即需要對信號進(jìn)行并轉(zhuǎn)串處理；因此，其解調(diào)制過程消耗的時間相對來說比較長，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于殘留邊帶發(fā)送來說大約要寬一倍。
綜合以上因素，就平均而言，多載波的平均頻率相對來說可以低一些，但載波的最高頻率與單載波的頻率相對來說，并不會相差很大。
載波頻率低的最大好處就是，可以降低信號傳送過程中的多經(jīng)反射干擾（即圖像重影效應(yīng)）。下面我們分三種情況來分析：
比如單載波頻率為6MHz，其周期為0.17uS，兩個正交載波相差1/4個周期（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的載波對應(yīng)于一個周期所傳播的距離就是51米，即波長為51米；半個周期為25.5米（半波長），1/4個周期為12.75米（1/4波長）。
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波長的奇數(shù)倍），即電視接收機(jī)相當(dāng)于同時收到兩個信號，一個是主信號，另一個是反射信號，兩個調(diào)制載波信號的相位正好相差90°（1/4波長）；這樣，兩個調(diào)制載波信號互相疊加以后，不但會改變原來信號的相位，同時也會改變信號的幅度，結(jié)果相當(dāng)于I和Q兩路信號互相串?dāng)_，并且，當(dāng)兩個信號疊加之后的相位差越接近時，即反射信號越強(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)相差半個波長（25.5米，或半個波長的奇數(shù)倍），則兩個調(diào)制載波信號的相位正好相差180°（半波長），由于正交調(diào)制的兩路信號（I和Q）都是對載波的半波進(jìn)行幅度調(diào)制的，因此，兩路調(diào)制過的信號合成之后就相當(dāng)于是對載波的1/4波進(jìn)行調(diào)制；當(dāng)原信號正、負(fù)半周是對稱時，則兩個信號互相疊加的結(jié)果會使接收信號減弱，相當(dāng)于電視接收機(jī)接收靈敏度降低；當(dāng)原信號正、負(fù)半周不是對稱時，則兩個信號互相疊加的結(jié)果會使接收信號失真，相當(dāng)于兩路信號（I和Q）互相串?dāng)_，與兩個調(diào)制載波信號的相位相差90°時沒有多大區(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個波長（51米，或1個波長的整數(shù)倍），兩個信號的相位正好相差360°（1個波長）；當(dāng)原信號正、負(fù)半周為對稱時，則兩個信號互相疊加的結(jié)果會使接收信號加強(qiáng)，相當(dāng)于電視接收機(jī)接收靈敏度提高；當(dāng)原信號正、負(fù)半周不是對稱時，則兩個信號互相疊加的結(jié)果會使接收信號失真，相當(dāng)于兩路信號（I和Q）互相串?dāng)_，與兩個調(diào)制載波信號的相位相差90°時沒有多大區(qū)別。
由此可見，只要接收到兩個信號（主信號和反射信號）的相位角相差正好是90°（1/4波長）的整數(shù)倍，對單載波正交調(diào)制信號造成的干擾最嚴(yán)重；對于其它相位差同樣也會產(chǎn)生干擾，只是干擾程度相對來說沒有90°時那么嚴(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，相對來說多載波的波長比較長；根據(jù)兩點(diǎn)之間的電磁場強(qiáng)度與距離的平方成反比的定理，可以求得，在1/4波長處是干擾最嚴(yán)重的地方，兩者的電磁場強(qiáng)度相差4倍。而對所有載波平均而言，甚至可以相差幾百倍，即多載波調(diào)制的多經(jīng)干擾相對來說比單載波輕。
但多載波調(diào)制和解調(diào)的過程都非常麻煩，多個載波經(jīng)過調(diào)制后合在一起傳輸，解調(diào)時對其再進(jìn)行分離就非常困難；因?yàn)�，在高碼率傳送之下，它無法用濾波電路把各個調(diào)制載波信號選出來，只能采用同步分離的方法，因此，它對同步信號的相位要求非常嚴(yán)格，所以多個載波對相位噪音的要求比單載波高很多。
如果多載波調(diào)制信號解調(diào)時各個載波信號分離不干凈，就相當(dāng)于多個載波之間會互相產(chǎn)生干擾，信噪比（S/N）就會降低。一般多載波解調(diào)電路要求信噪比（S/N）的門限值要比單載波解調(diào)電路高好幾個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)字延時均衡技術(shù)，即從信號中取出一部分信號經(jīng)延時一個相位后再與原信號疊加，現(xiàn)在這種技術(shù)可以通過軟件控制來實(shí)現(xiàn)，將來所有的數(shù)字信號接收機(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)制才能用于移動電視接收機(jī)，而單載波調(diào)制無法實(shí)現(xiàn)移動接收的功能。我認(rèn)為，這種想法毫無道理。
比如，一輛汽車的速度是每小時100公里（28米/秒），那么，它跑1/4周期（6MHz）的時間（0.0425uS）所對應(yīng)的距離就是1.19×10－6米，這相當(dāng)于2.3×10－8個波長；或它跑1/4波長的距離（12.75米）所對應(yīng)的時間為0.46秒，相當(dāng)于2710000個周期。這兩個結(jié)果無論是在時間上或在距離上都沒有可比性。因此，汽車速度對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秒時間內(nèi)，數(shù)字延時均衡電路是否能正常工作。
而對于高頻載波在移動接收過程中產(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，而清華方案必需要整套更換成全新的數(shù)字發(fā)射機(jī)，這筆代價在邊遠(yuǎn)地區(qū)還是需要斟酌的很大的一筆開銷。
同時，在衡量一個數(shù)字信號接收的時候，還需考慮信號的接收穩(wěn)定率；由于是數(shù)字信號的屬性是0和1，就是要么收到，要么收不到，這就凸現(xiàn)門限的意義；根據(jù)測試結(jié)果，DMB-T的接收門限比DVB-T低，可ADTB-T的接收門限比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。
另外，上交大單載波系統(tǒng)在組建單頻網(wǎng)（SFN）時，對發(fā)射機(jī)時鐘頻率的精度和穩(wěn)定度的要求僅為E-9。這同任何多載波系統(tǒng)相比，要低三個數(shù)量級，因此，其工程造價較低。
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)將來還可以把地面接收和有線接收同用一個高頻頭和解碼器，因?yàn)�，目前有線電視采用的調(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，將來也可以選用64-QAM。
上面這些分析，對老百姓來說，不一定會感興趣；但老百姓感興趣的是，怎么樣能買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選擇的話，他們一定會知道自己應(yīng)該選擇什么樣的數(shù)字電視接收機(jī)。但什么時候老百姓有過自己的選擇權(quán)，皇帝家的駙馬是由老百姓來選擇的嗎？
五、ADTB-T和DMB-T是雙胞胎，還是畸形兒
誰都清楚，是雙胞胎就應(yīng)該分開來撫養(yǎng)，是畸形兒就應(yīng)該趕快動手術(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，它們在功能上沒有互補(bǔ)性，在性能上也沒有多大區(qū)別，它們在使用中完全可以互相取代，即他們是一對雙胞胎。
既然是雙胞胎，為什么在標(biāo)準(zhǔn)號為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？這個道理，在一般人看來是很難想象的，在醫(yī)學(xué)上更無法進(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，兩個捆綁在一起，既增加成本（估計(jì)增加30%），還會降低機(jī)器的技術(shù)性能。國內(nèi)所有電視機(jī)生產(chǎn)企業(yè)都強(qiáng)烈反對，殊不知中國的老百姓是否反而會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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文章來源：高清堂
