回波抑制技術在地面數字電視網絡中的應用

　　宋伯煒：各位老師、各位領導、同事們大家下午好。今天很高興能夠有這樣的機會能夠跟大伙兒一塊在這探討一下回波抑制技術在我們直放站設備中的應用。我的題目是“回波抑制技術在地面數字電視網絡中的應用”，我們通俗說是直放站，有很多類型，我們今天討論的是無線直放站，就是空中已經存在的廣播信號，把它接收下來，再通過發射天線發射出去。我們今天主要是討論同頻的直放站，發出去和轉發的信號是同一個頻率的，對于同頻直放站而言又有不同類型，接收的信號只是簡單發射出去，我們經過一些數字處理或者經過其他的信號的調理再進行放大發射的話，我們稱之為差頻率轉發。我們在同頻直放站，如果我們轉發的時間比較短的話，同頻轉發是單頻網組網工程建設中重要的手段之一。它的工程實施相對比較簡單，投資也相對比較少，在日后維護過程中也比較容易。因此是肯定有它的技術優勢的，但是同頻轉發直放站有比較大的一個問題，它因為接收天線和發射天線的隔離度不夠，導致當我們的同頻直放站轉發功率過大會出現死機的問題。 如果我們通過一種技術手段，有效解決同頻轉發直放站幾死，會在日后建設中會發揮越來越重要的作用。

　　為什么同頻轉發直放站會有這么死機的過程呢?我們這里做一個直放站模型，右邊這邊我們給了基于系統的團體函數，大家看出來這樣的系統團體函數表達了帶有幾點的反饋系統，這個幾點的位置是由放大器的增益和天線隔離度G和E是決定的，如果是1的話，系統是穩定的，反之就落在單位元外，這個系統肯定不一定的。如果我們事先提到一個不帶回波抑制的直放站，我們G和E在工程上要求G和E必須小于負10DB，這樣才能在工程上滿足實際應用需求，否則就會出現我們左下角的平鋪圖，這就出現了放大器死機的狀態。回波抑制技術是同頻轉發的非常重要的技術，回波原理我們做一個簡要的解釋，在剛才我們同頻轉發直放站模型中增加這樣的一個模塊，這個模塊帶來的好處是我們剛才提到的系統轉移函數中增加了紅色框的這一項，它的目的是如果說我們可以對功放增益和收發天線隔離度做一個增益，如果說我們為了要消除這幾點，我們必須對回波的種類和強度做出非常準確的估計，這里我們對回波的種類做個分析。

　　回波是主站發過來的信號被接收天線識取，通過放大之后轉發出去，一方面一種是通過發射天線直接空間耦合到間接天線去了，還有一種遠端有山外，通過遠端的反射會被接收天線拾取，如果附近有建筑物的話，發出去的信號也會被接收天線拾取，如果我們周圍有移動物體，有汽車有行人，這個回波會移動的，因此，經過我們的分析，我們需要對抗的回波基本是屬于這么幾種。右下角的這張圖，紅色的信號我們認為是正常的廣播信號，藍色的這幾個是回波的信號。

　　下面這張圖還是以信道沖擊響應的形式來描述一下回波消除的過程，如果我們接收到的實際廣播信號是這樣的一個信號，黃色的信號的話，它接收天線拾取了以后放大并轉發出去會形成藍色的回波，那么實際上我們接收天線接收的信號是原來的發射信號和這些回波相疊加，其實我們會發現，我們收到的信號其實全是回波，有的信號也是淹沒在回波里面的，經過我們回波消除模塊之后，我們發射出來的信號其實是有用的信號，被拾取出來，并且被放大了。原來的藍色的回波是被消除掉的，只剩下一點點了，基本上不會影響我們的實際接收了。這張圖就描述一下我們回波消除的整個的過程。

　　對于我們經過了同頻轉發后補點之后覆蓋區域接收終端而言，我們收到的信號有兩個;一個是我們空中原始就已經存在的廣播信號，就是這塊的信號，還有一個我們同頻轉發直放站轉發出去的信號，這兩個疊加導致我們實際終端收到信號的多徑延遲增加，增加的延遲就是我們回波消除也罷，直放站也罷，我們的處理延遲，是值得我們在工程應用中關注的，因處理延遲不能超過我們保護間隔的時常，否則會影響我們工程覆蓋的效果了。

　　實際情況當中，我們大部分的工程應用現場是單頻網，很多人會提出這個同頻轉發直放站可不可以在單頻網的環境得到成功的應用呢?我們這里也做一個描述，原理跟剛才那張圖一樣，只不過我們接收到的信號本身就已經富含了多徑成分在里面，經過放大以后回波也是有多徑成分，經過回波消除以后轉發出去的信號也是多徑成分的，對于終端接收到的信號是這樣的一張圖，是兩促信號的疊加，因為有多徑存在，因為有我們所謂的處理延遲存在，使得整個終端接收到的信號多進出量的長度是本來的長度加上我們的處理延遲，這兩個參數在單頻網中應用同頻轉發設備的時候需要非常關注的兩個點。根據剛才我們提到的這些介紹的回波消除的原理，我們把這幾個重要的概念再回顧一下，回波延遲、回波窗口，處理延遲、多徑長度。后面兩個參數是非常重要的，是需要我們關注的，處理延遲和多徑長度兩個加一塊要小于我們的保護間隔，否則在單頻網使用過程中就會出現問題。這是我們做的實際對比的分析，如果我們同頻轉發直放站，如果我們接收到實際的主塔發過來信號的強度是負50DBM，收發天線隔離度是80DB，系統能提供最大的增益，這個增益是我們沒有回波死機情況下，天線的隔離減掉10DB，最后我們算出系統的最大增益是70DB，我們這臺直放站可以開出最大的功率是-50+70=100毫瓦，跟剛才這個PPT比較而言，我們加了30DB在這，稍候我會解釋這個30DB具體的含義，回波消除模塊使用，我們可以帶來30DB增益，因此剛才可以開出100毫瓦功率，我們在這就可以開出100瓦的功率，這個結果帶來的效果是非常明顯的，咱們現在架一個直放站，談一個物業是很困難的我們有了直放站點以后，希望功率開的越大越好，這樣在我們整個覆蓋過程中，我們以更少的點實現更大范圍的覆蓋，包括我們的前期工程投入和后期運行維護的成本，穩定性都會大大的提高。

　　我們來討論一下，對于回波消除的技術，我們以什么樣的技術指標來判斷這項技術在實際的工程應用中的效果呢?以什么樣的技術指標來衡量我們設備是不是過關?我們工程最終實檢是不是符合最終覆蓋的需求?之前我覺得我們可能會有這樣的誤解，比如我們一提到回波抑制，大家都會提說咱們這個回波抑制可以提供多少DB的隔離度?大家都會這么提也都這么提過，但是我今天想跟大家討論的是，我們認為這樣一種提法其實是不夠全面的，因為我們在提到回波抑制這項技術的性能指標的時候，它有兩個非常重要的指標，一個就是我們經常提到的回波比，就是回波究竟有多強的概念?還有一個指標是更加重要的，而往往這個指標會被大家所忽略掉，就是輸出辛勞MER，就是調制誤差率，我這張PPT把“調制誤差率”字體打的特別大，就是想強調這一點。

　　回波比，就是回波信號功率跟我們天線接收到的空中已經存在的廣播信號，主塔發過來的信號的比例來進行表達。我們下面來提MER的指標，MER大家都非常熟悉，對于我們工程布網價值來說，是評價我們工程質量最直觀的性能指標，只要MER好了，其他一切指標都應該是過關的，我們這里為了能夠很好的分析回波消除MER性能跟其他的因素，比如說回波強度的因素之間的關系，我們先在同頻轉發直放站當中，對輸出MER有影響的三個方面;第一，就是接收信號的信噪比，第二是功能線性和非線性失真。第三是回波比。接收信號的信噪比，如果質量不好，沒有理由相信轉發出去的MER能夠好。我們用這張圖舉一個例子，如果我們接受到的信號帶著回波，有用信號是淹沒在信號里的，底下這部分信號顏色不是很明顯，紅色的區域是有用的信號，整個這部分帶著回波和信號都疊加在一塊了，如果我們負95DB，整個接收信號是負50DB的話，我們回波最多是45-25，接收信號的信噪比一定是影響非常大的。第二個是功放線性和非線性失真，會導致我們底噪的增加，如果噪聲增加了，MER一定下降的，這張圖做了這樣的分析。

　　下面，這張圖是最說明我們的實際網絡當中的同頻轉發直放站，帶回波抑制消除后性能的描述圖表，橫坐標是我們輸入信號的MER，縱坐標是輸出信號的，轉發經過回波消除后輸出信號的MER，這張圖不同的曲線代表不同的回波的狀態，我們從上到下，分別是沒有回波、零DB、10DB和20DB回波，隨著輸入信號MER的降低，輸出的信號MER一定是降低，這是肯定的，但是有意思的是，這幾條曲線一定是在某一個點上擬合在一起的，也就是說，請大家注意，在這個點上，當我們的輸入信號MER在25DB以下的時候，這個時候如果說我們的回波的強度在10DB以下的時候，那么不管這個回波多強，我們輸出信號MER幾乎不變，這對我們工程實踐中是很有意義的，我們在很多工程應用中會出現多級直放站幾連跳的使用，每一級級連跳都會道路一定MER損失，一級級跳下去的，因為有這樣理論支持，每一級跳下去，它的MER損失是越來越小的。所以說我們這給另外一個圖表，橫坐標還是輸入信號的MER，縱坐標是我們輸出和輸入信號MER的損失，咱們可以看出這么一個點，當我們輸入信號越來越弱的時候，我們輸出信號和輸入信號的MER損失是成一個指數下降的關系，并且不同的回波這幾條曲線代表不同的回波，一定在某一個點擬合在一起的，因此這張圖可以看出來，當我們的叔輸出信號的MER低于一定程度的時候，如果說我們回波不強于10DB他們MER損失相當小的，支持我們在實際應用中一級級這么跳下去。

　　這里是我們國家臺灣地區提出來的一個帶著回波消除直放站性能指標的要求，它是一個驗收的指標上的要求，這個指標是基于MER，有明確定義和要求的，分兩部分，其實很簡單，一部分是絕對的MER指標，另一部分是相對的MER指標，你這個MER在我回波強度10DB的時候你大于25DB，我也不管你輸入信號MER是多少，你只要達到25DB，我就認為你這個設備是過關的。

　　第二，相對的MER指標，我不管你輸入信號的MER多差，也不管現在的回波多強，你只要保證MER損失在5個之內，我也認為你的設備和工程是過關的，這兩個絕對MER指標和相對MER指標是2選1的，也就是說它在實際驗收過程中，只要達到這兩個指標當中的任何一個，它就說你這個設備是可以過關的，你這個工程實施也是可以過關的，我們在實際的應用的過程中，我們覺得它這個驗收的標準定的還是有一定的道理的。

　　除了剛才提到的性能指標方面的要求之外，我們還覺得對于回波消除的設備還有穩定性和自適應功能上面的要求。比如說咱們回波消除的直放站同頻轉發直放站應該有信號的自動關閉自動回復的功能，如果主塔的信號里面下午要檢修了，信號關了，咱們直放站也得隨著它關掉，如果它檢修完了以后重新開機了，咱們直放站也應該立刻開機，這是功能上的要求。

　　還有一個，很重要的一點，這塊也是我們公司的專利技術，對信號質量自動檢測功能，我們之前曾經也跟蹤過一些咱們直放站的應用的案例，就是說我們發現很多的功能案例當中，對直放站使用不成功的情況，并不是因為我們的設備不過關，也不是因為我們的規劃不過關，往往是因為我們的工程安裝的人員可能對這塊不是很熟悉，對這塊的理論不是很熟悉造成的，如果要假設一個成功的直放站，我們需要了解像我剛才提到一大堆理論的東西，對工程安裝人員要求比較高，這也是不現實的，如果我們直放站需要這么高的技術門檻的話，這肯定是制約我們直放站在工程當中大規模應用的因素，因此，我們提出我們同頻轉發直放站要具備對接收信號、發射信號你MER的監測，輸出的信道比監測，包括對當前回波的監測，根據我剛才介紹這么多前面的理論和分析，我們需要把前面的理論打包成自身的算法，我們最后要達到什么樣的目的呢?工程人員拎著這個直放站以后，輸出信號和輸出信號是多強MER都不需要知道，當前的施工現場有多強的回波也不需要知道，這些比較高深復雜理論都應該做出自適應的算法，做到這個直放站里，做到直放站自適應可靠自動化的運行，我們提出傻瓜式工程安裝，才能最終突破我們帶著回波消除直放站功能應用中所碰到的困難和難點。

　　我們公司目前推出了全系列帶著回波消除直放站的產品，目前在國內外都有成功的應用，我們在應用過程中也積累了很多寶貴的經驗。我們回波消除系列產品支持多種數字地面的標準，我們首先是回波抑制的算法，射頻的性能，包括我們集成了我們公司所比較獨特的線性和非線性預失嗯的性能，我們自動可以計算和實時顯示回波的強度，可以自適應調控，自適應根據我們輸出輸入信道比，可以自適應算出我們目前的功率可以開到多大，實現傻瓜式安裝功能，用戶使用下來感覺是非常方便的。

　　最后，我想給大家介紹一下兩個實用的案例，這個案例在一個城區環境里面，我們選擇在高樓上，有一個定向接收，是一個換全向發射，四面有很多樓宇，我們的發射工具是100瓦，接收信號變頻功率-50DBM，接收信號MER是25.2DB，發射信號MER23.5DB，損失2個DB左右，當時我們檢測到的回波強度是正9DB左右。特別需要提出的是這個實現了我們經常所需要的定向接收全向發射，在城區環境里，對信號補充覆蓋的效果是非常明顯的，這個案例中，我們使用的是咱們ETMB數字地面電視廣播是多載波的，0.8的模式。

　　下面這個場景是我們在海外運行的一個場景，這個場景更加具有挑戰性。它的主塔信號被山擋住了，對這個覆蓋區一點都收不到的，但是這邊在一個島上，把信號先傳到島上，這里有一個回波消除的直放站，再轉到陸地上，這是三面環山，有一點點小口，把這個信號飄過來，在這塊建一個站，把轉發過來信號收取以后再把它轉發出去，并且接收方向和最后轉發方向是同一個方向。我們當時的發射功率是20瓦，接收信號功率很小是-70DBM，接收信號MER28DB，發射信號MER25DB，回波比15DB，在山上的震波非常厲害，我們跟蹤也能跟上，因為這塊是在島上，在海上，因為有潮汐的關系，早上和晚上信號強度變化非常大，這種邊遠山區接力的方式來進行信號覆蓋的方式，還好這個站到目前為止我們成功運行半年以上了，還是比較穩定的，今天非常高興有這樣的機會跟大家探討這個話題，我今天的介紹就到此結束，謝謝大家!非常希望大家能夠到我們公司的展位上，我們8館展位咱們可以做進一步的交流，也可以看看我們公司實體產品，謝謝大家。