简介

最近，英国布里斯托大学的研究人员开发了一种空间自适应数字电视广播系统，将电视广播的能耗降低了 35%，不仅减少了碳排放，还节省了成本。

关键词

数字电视系统、电力、碳排放

背景

如今，广播电视系统已进入数字时代。与传统的模拟电视相比，数字电视具有频率利用率高、抗干扰能力强、业务多样化、视音频效果更好等优点。

所谓数字广播电视系统是指在广播电视信息的发送、发送和接收过程中使用数字信号（0和1的二进制数字流），而模拟广播电视系统使用模拟信号。

对于两个系统的区别，我们可以参考布里斯托大学研究人员的解释，粗略地说一下：

如果电视接收到的信号功率越高，显示的画面质量就会越好，功率与画面质量的关系也会呈现出类似的线性增长。

情况会有所不同，功率变化与画质的关系取决于一个功率“切换点”，即阈值。

当功率达到或超过阈值时，电视可以进行正常的信息解码并获取图像，图像质量保持相对稳定，不会因为功率不断增加而变好或变差。但是，如果功率低于阈值，则无法显示图像。

所以，在模拟电视网络中，如果电视接收到的信号功率低，至少还有一些画面，但是画质不好。对于数字电视来说，这个画质可以用“有或没有”来形容。

当接收信号功率高于阈值时，我们可以看到完美的视频和音频：

（图片来源：布里斯托大学）

接收信号功率低于阈值时无视频和音频：

（图片来源：布里斯托大学）

创新

因此，要降低数字电视系统的能耗，首先要考虑数字电视系统的特点：

如果信号功率远高于阈值，只会浪费能量，而不会提高电视视音频的质量，也不会给电视观众带来任何好处。但是，如果信号功率低于阈值，则没有信号。

因此，工程师在规划数字电视系统的网络时必须非常小心谨慎，既可以考虑到最坏的情况，又可以降低系统的能耗。理想情况下：

接收信号功率尽可能接近阈值，且不低于阈值，以最大化系统效率。

为此，需要让信号发送端根据信道的动态特性，实时获取信号接收端的情况，即需要设计一个反馈网络，使广播设备可以实时了解用户接收端的信号强度，进而调整发射功率。 ，使整个系统“自适应”。

英国布里斯托大学的工程师进行了这样的创新探索，设计了一种空间自适应系统，可以实时优化无线电视信号的强度和方向性。

（图片来源：布里斯托大学）

技术

说到技术数字广播系统，言归正传，先给大家展示一下自适应系统的原理框图：

（图片来源：布里斯托大学）

从图中可以看出，自适应系统包括：线性反馈的输入、多路射频上变频器、调制器、DSP、实时数据库、网络接口、功率放大器、低功率滤波器、用户设备等.

此外，研究人员还通过实验对系统进行了模拟和演示：

（图片来源：布里斯托大学）

首先，他们以笔记本电脑为源输出高清视频流。然后，他们通过 HDMI-to-DVB-T 调制器接收高清视频流，然后模拟数字电视信号塔将传输的内容，尽管实际上，信号是通过空中无线传输的。然而，根据实验室条件，研究人员使用 Anite F8 频道仿真器来模拟信号在空中的传输，然后将信号馈送到数字电视中。

在此过程中，研究人员使用通道模拟器仔细分析通道状况：

（图片来源：布里斯托大学）

他们随后在实验系统中添加了一个通用软件定义的无线电外设收发器 (NI USRP)，它可以发送和接收高频信号。是研究软件无线电的理想原型平台，可用于教学实验室和物理层通信研究。

NI USRP 用于测量接收信号并将信号强度反馈给笔记本电脑。然后笔记本电脑可以根据反馈信号调整广播功率，形成一个完整的自适应系统。

（图片来源：布里斯托大学）

这种自适应系统允许广播发射设备实时接收来自接收机的信号，并调整发射机发射信号的覆盖范围。这实际上类似于无线蜂窝网络。无线蜂窝网络还可以根据用户的需要和位置实时调整发射功率。例如，根据用户相对基站的位置，手机也会不断地改变其发射功率，从而降低手机的发射功率。功耗和延长电池寿命。

（图片来源：布里斯托大学）

价值

电视广播传统上是单向的数字广播系统，数据从广播设备流向观众。因此，这种电视广播系统无法实时优化发射信号以达到节能的目的。但是，如果广播公司可以访问观众接收端的信号条件，则可以优化整个系统。

目前，这种空间自适应数字电视系统由于增加了反馈控制，可以降低能耗，节约成本。研究表明，未来数字电视广播网络会有更大的进步，不仅服务质量会不断提高，而且功耗也会降低。

参考文献

【1】

【2】‘TV : in the loop’，作者 Peter、Bagot、Mark Beach、Nix、Joe 和 John Boyer 在 IEEE on