一、關(guān)于電視空白（TVWS）

1、概念

電視空白（TVWS，TV White Space）是指電視廣播頻道附近和頻道之間未使用信道的頻譜。特別是，在無(wú)線(xiàn)電頻譜管理方面，“空白區(qū)域”一詞是指分配給持牌人使用但未分配給特定持牌人的部分無(wú)線(xiàn)電頻譜，或分配和分配給持牌人使用但未被持牌人在所有時(shí)間或所有地理位置使用的部分無(wú)線(xiàn)電頻譜。事實(shí)上，在這里，空白（White Space）是指已分配但未使用或在某地理區(qū)域未使用的頻譜或頻段。電視空白（TVWS）是指分配給廣播電視的頻譜，某些未使用的頻道的頻譜。

欲更多了解無(wú)線(xiàn)電頻率管理知識(shí)介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

2、關(guān)于廣播電視用頻譜

我們知道，早期的廣播電視是模擬體制，采用的是開(kāi)路系統(tǒng)，即電視無(wú)線(xiàn)廣播系統(tǒng)。每電視頻道的電視信號(hào)經(jīng)廣播電視臺(tái)的廣播電視塔發(fā)射出去，供用戶(hù)端的電視機(jī)接收收看。為此，國(guó)際電聯(lián)的ITU-R專(zhuān)門(mén)為廣播電視分配了無(wú)線(xiàn)電頻譜，即當(dāng)初它涉及了48.5 MHz ~958 MHz的頻譜范圍（注意：其中87~108MHz用于調(diào)頻聲音廣播）。為了提供多套電視節(jié)目，將該頻譜范圍劃分為68個(gè)頻道（每頻道占用8MHz帶寬）。這樣就出現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：在開(kāi)路電視廣播時(shí)代，68個(gè)頻道是不可能全部使用，且為了減少電視信號(hào)的互相干擾，一定數(shù)量的電視節(jié)目往往是隔一定數(shù)量的頻道來(lái)傳送，而那些未使用的頻道的頻譜即為電視空白（TVWS）。

欲詳細(xì)了解廣播電視頻道劃分介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

即使在數(shù)字電視過(guò)渡之后，廣播頻段中的許多頻譜仍將空置，可供寬帶使用。此外，技術(shù)的進(jìn)步使地面廣播規(guī)劃更加精確，這本身就開(kāi)辟了新的空白空間。

二、電視空白的利用

1、電視空白現(xiàn)實(shí)

人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，傳統(tǒng)上分配給電視廣播的頻段中的空白區(qū)域-電視空白區(qū)域（TVWS），可用于在“無(wú)干擾、無(wú)保護(hù)”（NINP，No Interference, No Protection）的基礎(chǔ)上提供無(wú)線(xiàn)寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等應(yīng)用，以充分利用頻譜資源。使用這些空白的設(shè)備稱(chēng)為空白設(shè)備（WSD）或TVWS設(shè)備。TVWS最初之所以成立，是因?yàn)闅v史上有必要為廣播公司提供保護(hù)，使其免受其他電臺(tái)的有害干擾。并非全部空置廣播對(duì)廣播干擾保護(hù)需要信道。在許多市場(chǎng)中，TVWS的存在也是因?yàn)閺V播公司很少在需求較低的地區(qū)有休眠頻道。關(guān)鍵問(wèn)題是，無(wú)線(xiàn)電頻譜是一種奇缺的自然資源，電視空白（TVWS）頻譜理應(yīng)得到有效利用，以避免造成資源的浪費(fèi)。

隨著模擬廣播電視向數(shù)字電視的過(guò)渡，在電視頻譜中產(chǎn)生了更多數(shù)量的空白頻譜。這是因?yàn)閿?shù)字電視占用的傳輸帶寬相對(duì)小些，原一套模擬電視的8MHz帶寬內(nèi)可以傳輸約4~8套數(shù)字標(biāo)清電視信號(hào)。

2、電視空白的特點(diǎn)

因?yàn)殡娨曨l譜是操作于低于1GHz的頻段（Sub 1GHz），因此其可用的頻譜具有非常理想的傳播特性：通過(guò)TVWS頻譜傳輸?shù)男盘?hào)可以傳播很遠(yuǎn)的距離，并能穿透墻壁和其它障礙物。在無(wú)線(xiàn)電電波通信中，TVWS具有信號(hào)范圍廣、功率低、可以穿透地形限制、惡劣天氣可以使用、室內(nèi)室外都可以提高覆蓋面積、接入點(diǎn)比無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（WLAN）少的優(yōu)點(diǎn)。TVWS可以解決諸如WLAN、超寬帶、藍(lán)牙、射頻識(shí)別以及Zigbee技術(shù)等短距離無(wú)線(xiàn)電通信問(wèn)題。同Wi-Fi及3G頻譜相比，在TVWS頻段的信號(hào)可以更容易地穿透建筑物，比傳統(tǒng)的3G頻段更加適合無(wú)線(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，可以為許多潛在的新服務(wù)所利用。因此，TVWS被視為極具吸引力的頻譜資源。如TVWS技術(shù)特別適合在農(nóng)村和服務(wù)不足的城市地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)、剃光更廣的覆蓋等。目前確定的其它使用TVWS的應(yīng)用包括但不限于如下表2-2所示。

表 2-2：TVWS的應(yīng)用

3、關(guān)于TVWS的無(wú)線(xiàn)共存

所謂共存（Coexistence），即是指兩個(gè)或多個(gè)頻譜相關(guān)的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)，在同一頻率授權(quán)下，在同一頻段內(nèi)互不干擾地工作的能力。由于電視空白（TVWS）的優(yōu)質(zhì)頻譜的利用，使得因電視空白的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的大量涌現(xiàn)，導(dǎo)致無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的共存問(wèn)題的凸顯。為此，受到了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織的重視，制定了相關(guān)無(wú)線(xiàn)共存的標(biāo)準(zhǔn)。比較著名的就是IEEE的802.19工作組，早在2014年就發(fā)布了IEEE 802.19.1-2014《IEEE信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-系統(tǒng)之間的電信和信息交換-局域網(wǎng)和城域網(wǎng)-特定要求-第19部分：電視空白共存方法》。通過(guò)在不同或獨(dú)立運(yùn)行的未授權(quán)設(shè)備和具有地理定位能力的不同未授權(quán)設(shè)備之間提供基于標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)的共存方法。

欲詳細(xì)了解IEEE 802.19.1標(biāo)準(zhǔn)介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

三、TVWS技術(shù)示例

1、WCDMA的TVWS直放站（Repeater）

對(duì)于3G系統(tǒng)的WCDMA制式，WCDMA直放站不僅可以消除移動(dòng)通信信號(hào)的覆蓋盲區(qū)，還能解決高樓大廈影響而導(dǎo)致基站信號(hào)無(wú)法覆蓋的盲區(qū)，覆蓋效果類(lèi)似于微蜂窩模式。那么由于WCDMA制式屬于FDD雙工方式，占用一定頻段的頻譜資源（主要有兩段，如1755~1785MHz/1850~1880MHz和1920~1980MHz/2110~2170MHz），其頻譜資源有限，如利用TVWS的頻譜資源（Sub 1GHz）構(gòu)成一個(gè)移頻直放站，既提高其系統(tǒng)覆蓋，又提高了信號(hào)的傳輸質(zhì)量。為此，下圖3-1設(shè)計(jì)出了一個(gè)WCDMA的TVWS直放站（Repeater）的方案及原理方框圖。

圖 3-1：WCDMA的TVWS直放站原理方框圖

圖中，對(duì)于上行鏈路，天線(xiàn)1接收到的WCDMA信號(hào)，利用雙工器實(shí)現(xiàn)WCDMA的上行、下行信道分離，WCDMA上線(xiàn)信號(hào)經(jīng)過(guò)低噪放、帶通濾波器、變頻器，變頻至TVWS頻段（如700~900MHz），再經(jīng)過(guò)功率放大器，最后經(jīng)過(guò)電調(diào)諧波器實(shí)現(xiàn)中心頻率在700~900MHz的調(diào)諧，在此范圍內(nèi)帶寬保持在10MHz，最后由天線(xiàn)2發(fā)射出去，實(shí)現(xiàn)直放站所在區(qū)域的覆蓋。對(duì)于上行鏈路，天線(xiàn)3接收到的TVWS信號(hào)，經(jīng)過(guò)帶通濾波器，低噪放對(duì)TVWS信號(hào)進(jìn)行放大和噪聲信號(hào)抑制，然后經(jīng)過(guò)變頻器進(jìn)行上變頻至WCDMA下行信號(hào)，由帶通濾波器對(duì)無(wú)用信號(hào)進(jìn)行濾波，功放對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大增強(qiáng)，WCDMA信號(hào)經(jīng)過(guò)雙工器的選頻功能，由天線(xiàn)1發(fā)射出去，這便實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的雙向通信。

欲更多了解WCDMA直放站技術(shù)要求的請(qǐng)進(jìn)入。

2、使用TVWS的Wi-Fi

在2014年2月，IEEE 802.11工作組定義了一種IEEE 802.11 物理層（PHY）和介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）子層的增強(qiáng)功能，以支持在電視空白頻段（TVWS）操作。其發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)是：802.11af-2013《IEEE 信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-系統(tǒng)之間的電信和信息交換-局域網(wǎng)和城域網(wǎng)-特定要求 -第 11 部分：WLAN 介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制（MAC）和物理層（PHY）-范修正案 5：電視空白 （TVWS）操作》。該標(biāo)準(zhǔn)引入了一種新的電視超高吞吐量（TVHT，Television Very High Throughput）的物理層（PHY），以適應(yīng) TVWS 頻譜中可用的窄帶電視頻道。同時(shí)，其PHY還使用了多輸入多輸出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）天線(xiàn)技術(shù)和空間分組編碼（STBC，Space Time Block Code）技術(shù)，這兩種技術(shù)的組合利用“發(fā)射/接收分集技術(shù)”，克服空間傳輸過(guò)程中的多徑干擾，并降低傳輸誤碼和提高傳輸通量。

當(dāng)引入上述技術(shù)后，使用OFDM的物理層，占用空間帶寬為6 MHz、7 MHz和8 MHz，與廣播電視頻道帶寬一致。一個(gè)空間流的用戶(hù)數(shù)據(jù)速率為20.7 Mbps（6 MHz、7 MHz空間帶寬）和35.6 Mbps（8 MHz空間帶寬）。最多可以選擇4個(gè)空間流和4個(gè)廣播電視頻道組合，這樣可以支撐426.7Mbps（6 MHz、7 MHz空間帶寬）和568.9 Mbps（8 MHz空間帶寬）。

這樣，802.11af定義的WLAN可以直接工作在TVWS頻譜頻段（Sub 1GHz），為用戶(hù)提供寬帶接入，因此也有人稱(chēng)之為超級(jí)Wi-Fi（Super Wi-Fi）。注意，802.11af-2013已整合到802.11-2016版本中。

欲更多了解802.11規(guī)范的WLAN介紹的請(qǐng)進(jìn)入。

需要說(shuō)明的是，TVWS頻譜的利用，各國(guó)都有相應(yīng)的無(wú)線(xiàn)電管制政策。在利用TVWS頻譜開(kāi)展相關(guān)無(wú)線(xiàn)電業(yè)務(wù)，必須要接收其無(wú)線(xiàn)電管理，包括無(wú)線(xiàn)電頻率的管理和無(wú)線(xiàn)電電臺(tái)的管理要求，當(dāng)然包括不能對(duì)廣播電視系統(tǒng)的影響。

欲進(jìn)一步了解我國(guó)無(wú)線(xiàn)電管理要求的請(qǐng)進(jìn)入。