宋伯炜：回波抑制技术在地面数字电视网络中的应用

图为：上海全波通信技术有限公司技术总监宋伯炜博士

以下为演讲实录：

宋伯炜：各位老师、各位领导、同事们大家下午好。今天很高兴能够有这样的机会能够跟大伙儿一块在这探讨一下回波抑制技术在我们直放站设备中的应用。我的题目是“回波抑制技术在地面数字电视网络中的应用”，我们通俗说是直放站，有很多类型，我们今天讨论的是无线直放站，就是空中已经存在的广播信号，把它接收下来，再通过发射天线发射出去。我们今天主要是讨论同频的直放站，发出去和转发的信号是同一个频率的，对于同频直放站而言又有不同类型，接收的信号只是简单发射出去，我们经过一些数字处理或者经过其他的信号的调理再进行放大发射的话，我们称之为差频率转发。我们在同频直放站，如果我们转发的时间比较短的话，同频转发是单频网组网工程建设中重要的手段之一。它的工程实施相对比较简单，投资也相对比较少，在日后维护过程中也比较容易。因此是肯定有它的技术优势的，但是同频转发直放站有比较大的一个问题，它因为接收天线和发射天线的隔离度不够，导致当我们的同频直放站转发功率过大会出现死机的问题。 如果我们通过一种技术手段，有效解决同频转发直放站几死，会在日后建设中会发挥越来越重要的作用。

为什么同频转发直放站会有这么死机的过程呢？我们这里做一个直放站模型，右边这边我们给了基于系统的团体函数，大家看出来这样的系统团体函数表达了带有几点的反馈系统，这个几点的位置是由放大器的增益和天线隔离度G和E是决定的，如果是1的话，系统是稳定的，反之就落在单位元外，这个系统肯定不一定的。如果我们事先提到一个不带回波抑制的直放站，我们G和E在工程上要求G和E必须小于负10DB，这样才能在工程上满足实际应用需求，否则就会出现我们左下角的平铺图，这就出现了放大器死机的状态。回波抑制技术是同频转发的非常重要的技术，回波原理我们做一个简要的解释，在刚才我们同频转发直放站模型中增加这样的一个模块，这个模块带来的好处是我们刚才提到的系统转移函数中增加了红色框的这一项，它的目的是如果说我们可以对功放增益和收发天线隔离度做一个增益，如果说我们为了要消除这几点，我们必须对回波的种类和强度做出非常准确的估计，这里我们对回波的种类做个分析。

回波是主站发过来的信号被接收天线识取，通过放大之后转发出去，一方面一种是通过发射天线直接空间耦合到间接天线去了，还有一种远端有山外，通过远端的反射会被接收天线拾取，如果附近有建筑物的话，发出去的信号也会被接收天线拾取，如果我们周围有移动物体，有汽车有行人，这个回波会移动的，因此，经过我们的分析，我们需要对抗的回波基本是属于这么几种。右下角的这张图，红色的信号我们认为是正常的广播信号，蓝色的这几个是回波的信号。

下面这张图还是以信道冲击响应的形式来描述一下回波消除的过程，如果我们接收到的实际广播信号是这样的一个信号，黄色的信号的话，它接收天线拾取了以后放大并转发出去会形成蓝色的回波，那么实际上我们接收天线接收的信号是原来的发射信号和这些回波相叠加，其实我们会发现，我们收到的信号其实全是回波，有的信号也是淹没在回波里面的，经过我们回波消除模块之后，我们发射出来的信号其实是有用的信号，被拾取出来，并且被放大了。原来的蓝色的回波是被消除掉的，只剩下一点点了，基本上不会影响我们的实际接收了。这张图就描述一下我们回波消除的整个的过程。

对于我们经过了同频转发后补点之后覆盖区域接收终端而言，我们收到的信号有两个；一个是我们空中原始就已经存在的广播信号，就是这块的信号，还有一个我们同频转发直放站转发出去的信号，这两个叠加导致我们实际终端收到信号的多径延迟增加，增加的延迟就是我们回波消除也罢，直放站也罢，我们的处理延迟，是值得我们在工程应用中关注的，因处理延迟不能超过我们保护间隔的时常，否则会影响我们工程覆盖的效果了。

实际情况当中，我们大部分的工程应用现场是单频网，很多人会提出这个同频转发直放站可不可以在单频网的环境得到成功的应用呢？我们这里也做一个描述，原理跟刚才那张图一样，只不过我们接收到的信号本身就已经富含了多径成分在里面，经过放大以后回波也是有多径成分，经过回波消除以后转发出去的信号也是多径成分的，对于终端接收到的信号是这样的一张图，是两促信号的叠加，因为有多径存在，因为有我们所谓的处理延迟存在，使得整个终端接收到的信号多进出量的长度是本来的长度加上我们的处理延迟，这两个参数在单频网中应用同频转发设备的时候需要非常关注的两个点。根据刚才我们提到的这些介绍的回波消除的原理，我们把这几个重要的概念再回顾一下，回波延迟、回波窗口，处理延迟、多径长度。后面两个参数是非常重要的，是需要我们关注的，处理延迟和多径长度两个加一块要小于我们的保护间隔，否则在单频网使用过程中就会出现问题。这是我们做的实际对比的分析，如果我们同频转发直放站，如果我们接收到实际的主塔发过来信号的强度是负50DBM，收发天线隔离度是80DB，系统能提供最大的增益，这个增益是我们没有回波死机情况下，天线的隔离减掉10DB，最后我们算出系统的最大增益是70DB，我们这台直放站可以开出最大的功率是-50+70=100毫瓦，跟刚才这个PPT比较而言，我们加了30DB在这，稍候我会解释这个30DB具体的含义，回波消除模块使用，我们可以带来30DB增益，因此刚才可以开出100毫瓦功率，我们在这就可以开出100瓦的功率，这个结果带来的效果是非常明显的，咱们现在架一个直放站，谈一个物业是很困难的我们有了直放站点以后，希望功率开的越大越好，这样在我们整个覆盖过程中，我们以更少的点实现更大范围的覆盖，包括我们的前期工程投入和后期运行维护的成本，稳定性都会大大的提高。

我们来讨论一下，对于回波消除的技术，我们以什么样的技术指标来判断这项技术在实际的工程应用中的[FS:Page]效果呢？以什么样的技术指标来衡量我们设备是不是过关？我们工程最终实检是不是符合最终覆盖的需求？之前我觉得我们可能会有这样的误解，比如我们一提到回波抑制，大家都会提说咱们这个回波抑制可以提供多少DB的隔离度？大家都会这么提也都这么提过，但是我今天想跟大家讨论的是，我们认为这样一种提法其实是不够全面的，因为我们在提到回波抑制这项技术的性能指标的时候，它有两个非常重要的指标，一个就是我们经常提到的回波比，就是回波究竟有多强的概念？还有一个指标是更加重要的，而往往这个指标会被大家所忽略掉，就是输出辛劳MER，就是调制误差率，我这张PPT把“调制误差率”字体打的特别大，就是想强调这一点。

回波比，就是回波信号功率跟我们天线接收到的空中已经存在的广播信号，主塔发过来的信号的比例来进行表达。我们下面来提MER的指标，MER大家都非常熟悉，对于我们工程布网价值来说，是评价我们工程质量最直观的性能指标，只要MER好了，其他一切指标都应该是过关的，我们这里为了能够很好的分析回波消除MER性能跟其他的因素，比如说回波强度的因素之间的关系，我们先在同频转发直放站当中，对输出MER有影响的三个方面；第一，就是接收信号的信噪比，第二是功能线性和非线性失真。第三是回波比。接收信号的信噪比，如果质量不好，没有理由相信转发出去的MER能够好。我们用这张图举一个例子，如果我们接受到的信号带着回波，有用信号是淹没在信号里的，底下这部分信号颜色不是很明显，红色的区域是有用的信号，整个这部分带着回波和信号都叠加在一块了，如果我们负95DB，整个接收信号是负50DB的话，我们回波最多是45-25，接收信号的信噪比一定是影响非常大的。第二个是功放线性和非线性失真，会导致我们底噪的增加，如果噪声增加了，MER一定下降的，这张图做了这样的分析。

下面，这张图是最说明我们的实际网络当中的同频转发直放站，带回波抑制消除后性能的描述图表，横坐标是我们输入信号的MER，纵坐标是输出信号的，转发经过回波消除后输出信号的MER，这张图不同的曲线代表不同的回波的状态，我们从上到下，分别是没有回波、零DB、10DB和20DB回波，随着输入信号MER的降低，输出的信号MER一定是降低，这是肯定的，但是有意思的是，这几条曲线一定是在某一个点上拟合在一起的，也就是说，请大家注意，在这个点上，当我们的输入信号MER在25DB以下的时候，这个时候如果说我们的回波的强度在10DB以下的时候，那么不管这个回波多强，我们输出信号MER几乎不变，这对我们工程实践中是很有意义的，我们在很多工程应用中会出现多级直放站几连跳的使用，每一级级连跳都会道路一定MER损失，一级级跳下去的，因为有这样理论支持，每一级跳下去，它的MER损失是越来越小的。所以说我们这给另外一个图表，横坐标还是输入信号的MER，纵坐标是我们输出和输入信号MER的损失，咱们可以看出这么一个点，当我们输入信号越来越弱的时候，我们输出信号和输入信号的MER损失是成一个指数下降的关系，并且不同的回波这几条曲线代表不同的回波，一定在某一个点拟合在一起的，因此这张图可以看出来，当我们的叔输出信号的MER低于一定程度的时候，如果说我们回波不强于10DB他们MER损失相当小的，支持我们在实际应用中一级级这么跳下去。

这里是我们国家台湾地区提出来的一个带着回波消除直放站性能指标的要求，它是一个验收的指标上的要求，这个指标是基于MER，有明确定义和要求的，分两部分，其实很简单，一部分是绝对的MER指标，另一部分是相对的MER指标，你这个MER在我回波强度10DB的时候你大于25DB，我也不管你输入信号MER是多少，你只要达到25DB，我就认为你这个设备是过关的。

第二，相对的MER指标，我不管你输入信号的MER多差，也不管现在的回波多强，你只要保证MER损失在5个之内，我也认为你的设备和工程是过关的，这两个绝对MER指标和相对MER指标是2选1的，也就是说它在实际验收过程中，只要达到这两个指标当中的任何一个，它就说你这个设备是可以过关的，你这个工程实施也是可以过关的，我们在实际的应用的过程中，我们觉得它这个验收的标准定的还是有一定的道理的。

除了刚才提到的性能指标方面的要求之外，我们还觉得对于回波消除的设备还有稳定性和自适应功能上面的要求。比如说咱们回波消除的直放站同频转发直放站应该有信号的自动关闭自动回复的功能，如果主塔的信号里面下午要检修了，信号关了，咱们直放站也得随着它关掉，如果它检修完了以后重新开机了，咱们直放站也应该立刻开机，这是功能上的要求。

还有一个，很重要的一点，这块也是我们公司的专利技术，对信号质量自动检测功能，我们之前曾经也跟踪过一些咱们直放站的应用的案例，就是说我们发现很多的功能案例当中，对直放站使用不成功的情况，并不是因为我们的设备不过关，也不是因为我们的规划不过关，往往是因为我们的工程安装的人员可能对这块不是很熟悉，对这块的理论不是很熟悉造成的，如果要假设一个成功的直放站，我们需要了解像我刚才提到一大堆理论的东西，对工程安装人员要求比较高，这也是不现实的，如果我们直放站需要这么高的技术门槛的话，这肯定是制约我们直放站在工程当中大规模应用的因素，因此，我们提出我们同频转发直放站要具备对接收信号、发射信号你MER的监测，输出的信道比监测，包括对当前回波的监测，根据我刚才介绍这么多前面的理论和分析，我们需要把前面的理论打包成自身的算法，我们最后要达到什么样的目的呢？工程人员拎着这个直放站以后，输出信号和输出信号是多强MER都不需要知道，当前的施工现场有多强的回波也不需要知道，这些比较高深复杂理论都应该做出自适应的算法，做到这个直放站里，做到直放站自适应可靠自动化的运行，我们提出傻瓜式工程安装，才能最终突破我们带着回波消除直放站功能应用中所碰到的困难和难点。

我们公司目前推出了全系列带着回波消除直放站的产品，目前在国内外都有成功的应用，我们在应用过程中也积累了很多宝贵的经验。我们回波消除系列产品支持多种数字地面的标准，我们首先是回波抑制的算法，射频的性能，包括我们集成了我们公司所比较独特的线性和非线性预失嗯的性能，我们自动可以计算和实时显示回波的强度，可以自适应调控，自适应根据我们输出输入信道比，可以自适应算出我们目前的功率可以开到多大，实现傻瓜式安装功能，用户使用下来感觉是非常方便的。

最后，我想给大家介绍一下两个实用的案例，这个案例在一个城区环境里面，我们选择在高楼上，有一个定向接收，是一个换全向发射，四面有很多楼宇，我们的发射工具是100瓦，接收信号变频功率-50DBM，接收信号MER是25.2DB，发射信号MER23.5DB，损失2个DB左右，当时我们检测到的回波强度[FS:Page]是正9DB左右。特别需要提出的是这个实现了我们经常所需要的定向接收全向发射，在城区环境里，对信号补充覆盖的效果是非常明显的，这个案例中，我们使用的是咱们ETMB数字地面电视广播是多载波的，0.8的模式。

下面这个场景是我们在海外运行的一个场景，这个场景更加具有挑战性。它的主塔信号被山挡住了，对这个覆盖区一点都收不到的，但是这边在一个岛上，把信号先传到岛上，这里有一个回波消除的直放站，再转到陆地上，这是三面环山，有一点点小口，把这个信号飘过来，在这块建一个站，把转发过来信号收取以后再把它转发出去，并且接收方向和最后转发方向是同一个方向。我们当时的发射功率是20瓦，接收信号功率很小是-70DBM，接收信号MER28DB，发射信号MER25DB，回波比15DB，在山上的震波非常厉害，我们跟踪也能跟上，因为这块是在岛上，在海上，因为有潮汐的关系，早上和晚上信号强度变化非常大，这种边远山区接力的方式来进行信号覆盖的方式，还好这个站到目前为止我们成功运行半年以上了，还是比较稳定的，今天非常高兴有这样的机会跟大家探讨这个话题，我今天的介绍就到此结束，谢谢大家！非常希望大家能够到我们公司的展位上，我们8馆展位咱们可以做进一步的交流，也可以看看我们公司实体产品，谢谢大家。