多路径以求清晰

通过无线接收高清电视需要运气和极大的耐心

保持天线水平。旋转 90 度。向左移动几英寸。站到右边。稍微举高一点……好了——不行。再试一次。

那是我对高清电视(HDTV)的体验。2003 年,在我用 42 英寸的等离子平板电视取代了我的电子枪显像管电视后不久,我便一头扎进了数字电视(DTV)这个字母汤世界。我曾希望享受清晰锐利的图像——结果却发现我的曼哈顿有线电视公司传输的画面有多糟糕。较大的屏幕放大了模拟信号中的缺陷,这些缺陷不仅使图像在细节和色彩上显得柔和,而且还增加了淡淡的线条和斑点,更不用说刺耳的音频了。我太小气了,舍不得每月花 15 美元订购数字有线电视,而且即使订购了,也只包含几个高清电视频道。所以我决定像过去那样,通过无线接收信号。

由于 1997 年联邦通信委员会(FCC)的授权(见 www.dtv.gov),全国各地的本地电视台都在向数字电视转变。为了平稳过渡,FCC 允许广播公司在电视频谱(频道 2 至 69)上同时传输模拟和数字信号。俗话说,如果你能接收到标准的无线电视,那么你就能接收到数字电视。


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因此,我花了大约 300 美元买了一台机顶盒,即三星 SIR-T351 高清电视接收器,然后在我的储物箱里翻找合适的天线。我所在地区的广播公司在超高频(UHF)频段(频道 14 至 69)上发射数字电视信号,所以我抓起了轮廓为弓形领结的天线。(兔耳朵天线适用于甚高频 VHF 频道 2 至 13。)我将弓形领结天线靠在朝西的窗户上,试图接收来自帝国大厦顶端发射器的信号,该大厦在北部一英里处。我打开接收器,看着我的电视屏幕闪烁了一下——显示“无信号”消息。

实际上,问题是信号太多了。城市中的接收效果非常差,因为广播信号在撞击高层建筑时会四处反射。因此,信号沿着多条路径并在不同的时间到达天线。接收器必须梳理这个混乱的局面,并找出要锁定哪个信号。这就像试图在一个镜子大厅里识别真正的灯泡。

在模拟电视中,这种多径失真表现为重影。小时候,我经常不停地调整天线,甚至可能会敲击我们电视机的木制外壳顶部。接收效果不必完美:我仍然可以通过多重扭曲的图像观看《糊涂侦探》。

数字电视就没有那么幸运了,它是非此即彼的:如果多径问题严重,调谐器将不会产生任何图像或声音。我唯一的补救办法就是摆弄天线(等离子电视太薄了,没法敲打)。我设法接收到了 WPIX(频道 33)和 WABC(频道 45)的数字广播,而且只是偶尔接收到。

我一头撞上了辛克莱广播集团(Sinclair Broadcast Group)在 1990 年代后期发现的问题,该公司总部位于巴尔的摩附近。该公司进行的现场测试表明,室内接收可能无法实现。美国的传输格式称为 8-VSB(代表 8 级残留边带),它比欧洲系统更容易受到多径失真的影响,欧洲系统称为编码正交频分复用(COFDM)。8-VSB 格式需要更低的发射功率,并且每秒可以打包更多的数据(19.4 兆比特,而 COFDM 为 18.66 兆比特)——这对于“数据广播”服务很有用。但是 8-VSB 在多径环境中表现如此糟糕,以至于辛克莱敦促 FCC 进行切换。

尽管我的经历与辛克莱的发现相呼应,但我认为我应该用更好的天线给 8-VSB 一个公平的机会。根据消费者电子产品论坛 AVS Forum (www.avsforum.com) 上的帖子,我尝试了 Gemini Silver Sensor。这款室内型号看起来像一个微型的屋顶圣诞树天线,据说是重影克星。

我还向 www.antennaweb.org 寻求帮助,该网站根据街道地址推荐天线。该网站显示了您可以接收的频道以及天线的指向方向。它告诉我瞄准帝国大厦,我知道这行不通——中间有太多建筑物阻挡。我接收高清电视的唯一方法是捕获强大的反射信号。[break]

在天线世界中,越大通常越好,所以我还尝试了一些更激进且不太美观的东西:室内使用的室外超高频天线。它被称为四单元弓形领结天线,尺寸约为两英尺乘三英尺——属于更紧凑的屋顶天线类型。(即便如此,你最好有一个非常理解你的家人。)果然,它使我能够接收到 WNBC。

尽管如此,接收效果仍然时断时续。我会站在房间的角落里,稍微来回移动笨重的天线,接收器用信号锁定的瞬间来戏弄我。在其他时候,我找到了一个最佳位置并将天线放在那里,但当天气变化时,频道就丢失了。

一月份,我突然用指向南方的 Silver Sensor 天线接收到了 WCBS。然后是 WWOR,之后当我把天线放在堆在扬声器上的一对箱子顶部时,又接收到了 WNYW。最终,我可以接收到帝国大厦发射的所有频道,尽管需要付出一些努力。有些事情发生了变化。我向下望去,看到南方几个街区外正在建造一座公寓大楼。纽约市不断变化的天际线至少在目前将高清电视信号重定向到了我这里。

我住在 11 楼,我无法想象那些更靠近街道水平面的人能够可靠地接收到本地电视台的信号,一旦广播公司停止模拟信号传输,这一事实可能会变得很重要。届时,他们将放弃频道 52 至 69。其中四个频道将用于公共安全;其余频道将拍卖给无线服务。目标关闭日期是 2006 年 12 月 31 日,前提是广播公司服务的市场中有 85% 的用户可以接收到数字电视(实际上是 2009 年或 2010 年)。不幸的是,85% 的数字包括了那些拥有设备但由于多径失真而无法接收数字电视的人。在坚持使用 8-VSB 的过程中,FCC 押注于技术的进步将扭转局面。

事实证明,这是一个明智的赌注,因为接收器变得越来越好:第一代型号可以处理滞后于主信号不超过 10 微秒且强度不超过主信号一半的重影。LG Zenith 公司制造的新电路可以应对 90 微秒的时间差和强度与主信号一样强的多径信号,该公司声称。其性能说服了辛克莱放弃对 8-VSB 的反对意见。然而,截至今年三月,LG 尚未提供这些产品用于销售。

新型天线也可能有所帮助。Dotcast 公司(位于华盛顿州肯特市)设计了一种有源 E 场天线,目前由 Winegard Company 和 Terk Technologies 公司销售。它看起来像老式航空母舰上雷达天线的迷你版。Dotcast 公司表示,内部的特殊放大器仅增强天线拾取的电场信号,同时忽略其他射频波。这款狭窄的 27 英寸长的 Dotcast 天线预计将于今年上市,售价约为 120 美元,据称其功能与五英尺长的屋顶天线一样好。

高清电视并没有像 TiVo 和 DVD 那样改变观看体验。而且也存在成长的烦恼。在 WCBS 频道的橄榄球比赛中,一些屏幕图形没有显示出来。在 ABC 频道的《绝望主妇》的高清广播期间,太空飞船发射的画面短暂地出现了一下(这不是一个蹩脚的性笑话)。但是一旦你看到了清晰度和色彩,听到了数字 5.1 声道的声音,就再也回不去了。我想要我的高清电视。我只是希望它更容易获得。

Philip YamScientificAmerican.com 的执行编辑,负责在线新闻的整体内容。他于 1989 年开始在该杂志工作,最初担任文字编辑,然后担任专门研究物理学的专题编辑。他是《病态蛋白质:疯牛病、慢性消耗病和其他朊病毒疾病》一书的作者。

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大众科学 Magazine Vol 292 Issue 6这篇文章最初以 “多路径以求清晰” 为标题发表在 大众科学 Magazine 第 292 卷第 6 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican062005-1jeyC6xteqNHcPfDaWTcUY
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