地面广播介绍 Part 2

来源：IET Media Network 主讲：Richard Rudd 内容整理：赵研 该视频介绍了地面电视广播的发展和传输机制，以及相关的技术内容，如覆盖率设计、通信抗干扰、信号传播模式、天线选择和设计等，并对实际应用中的一些问题进行阐述，本文概述了视频的后半部分，包括全球广播规划、中低频广播、甚高/特高频广播等内容。

本主题前半部分帖子：地面广播介绍 Part 1

目录

• 全球广播规划与合作
  • 区域的频段分配
  • 传输模型
• 中低频（LF/MF）广播
• 甚高/特高频（VHF/UHF）广播
• 其他内容
• 未来预测

全球广播规划与合作

为了保证频带占用之间没有冲突，国内与全球合作规划至关重要，国际规划由 ITU-R（国际电联无线电通信部门）制定，而无线电通信局国际频率信息通报（BR IFIC）的用途是，提供登记在国际频率登记总表和规划中的频率指配/分配信息。

区域的频段分配

在进行全球广播规划时，通常假设所有的发射机规则地按照点阵分布，如图所示，然后将各个频段分给不同区域的发射机：首先规划不同区域边界的频带范围，再对区域内的各个发射机频段进行具体安排，如图 2 所示。

图1. 发射机分布设想图

图2. 区域频带分配

传输模型

即使最基本的广播规划，也需要对发射机信号强度随距离的变化进行建模，即'传输模型'设计，早期人们只能通过手动站点测试实现，后来基于这些测试，逐步产生了许多经验模型，图 3 是一个示例，ITU-R 也规范了一些用于全球规划的传输模型。

图3. 传输模型示例

模型精度取决于输入信号，如中低频广播（LF/MF）时需要输入地面导电率、甚高频与特高频广播（VHF/UHF）时要考虑地形情况，普遍情况下都需要考虑环境复杂程度（建筑、数目等）。此外，还需要对干扰的变化进行估计，通常来说，低频（<30 MHz）的广播需要考虑昼夜干扰变化，而更高频段（>30 MHz）则需要考虑大气对流程的影响。

中低频（LF/MF）广播

在英国，全国的 MF 广播服务使用了 23 个发射机（>10 kW），以及两个中频信道；而 FM 全国广播使用了 42 个主发射机和 174个 VHF 转发基站。DAB（Digital Audio Broadcasting，数字信号广播）使用了约 400 个发射机（220 MHz），而 DTT（Digital terrestrial television，数字地面电视广播）则需要超过 1000 个发射机（470~690 MHz）。如何使用更少的发射机达到更高的覆盖率，一直是很受关注的话题。

由于中低频信号的波长很长，因此不区分直接信号波和地面反射波，统一用表面波（'surface wave'）表示，当在海面或导电性很好的地面传播时，中低频信号的传输效率会变好。ITU-R P.368 中对地面波传输模型进行了建模，如图所示。

图4. ITU-R 中的地面波传输模型

地球大气层的导电性会随日光变化，因此广播的信号传输也会受此影响，如图 5 所示。此外，空中波和地面波会相互干扰，导致服务范围的缩小，如图 6 所示。

图5. 信号昼夜变化

图6. 地面波和空中波的相互干扰

甚高/特高频（VHF/UHF）广播

甚高频（VHF）最早在 1930s ~ 1940s 被用于电视服务，使用的是 41~68 MHz 的频段。更高频段的使用受限于发射机功率和接收端噪声。由于频率较高，穿透性较弱，因此该频段的广播受地形影响更严重，区间内信号变化也更剧烈，因而需要对直达波和反射波（相位反转 180 度）区别考虑。

此外，直达波和反射波之间会存在干扰，这也会影响信号传输质量。相较于直达波，反射波会有一定的信道延时，这会造成模拟电视的重影现象。该情况在建筑物密集的城市地区尤为严重，沿海地区则更多受海面的反射影响。

同时，天气状况（晴/雨）带来的大气折射率的改变，也会造成信号传输能力的变化，如下图所示。这些问题在特高频（UHF）更加严重，因此其覆盖范围更加受限，需要给出更加具体的设计模型。

图7. 天气状况对信号质量的影响

关于甚高/特高频的信号传输，ITU-R P.370 和 P.1546 也给出了经验模型，如下图所示。

图8. VHF/UHF 传输模型

其他内容

一般来说，会将最大的发送设备用于基带信号发射，传输媒介可以是线缆、光线、卫星等（线缆越来越少用），然后再通过数字或模拟调制，得到相应的射频信号。而网络中其他小型发射机则直接转发接收到的信号，并可能会将其调制到其他频段。此外，各地的发射机需要有精准的时间参考，一般通过 GPS 实现。

设计得到的模型不太可能是最优的，因为实际部署中还有许多其他问题需要考虑，如能量供应、资金开支，以及设备选址是否可用等。

未来预测

随着 4G/5G 的发展，关于地面广播电视的未来，主讲人进行了如下预测：

1. 中低频广播会逐渐消失，越来越少的接收端会提供相关支持；
2. 甚高频广播会逐渐廉价，门槛降低，人人都可使用；
3. DTT 市场会逐渐降低，不同国家会形成不同的部署模式，也许会对频段进行重新规划。

附上演讲视频：

http://mpvideo.qpic.cn/0bc3yqaa2aaaeqaibb2fenrfbrgdbxcaadia.f10003.mp4?dis_k=0ceeb06ad991152c77a312c0513f0fe6&dis_t=1649676347&vid=wxv_2334267767694393347&format_id=10003&support_redirect=0&mmversion=false