一、關于電視空白（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，在無線電頻譜管理方面，“空白區域”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線電頻譜，或分配和分配給持牌人使用但未被持牌人在所有時間或所有地理位置使用的部分無線電頻譜。事實上，在這里，空白（White Space）是指已分配但未使用或在某地理區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。

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2、關于廣播電視用頻譜

我們知道，早期的廣播電視是模擬體制，采用的是開路系統，即電視無線廣播系統。每電視頻道的電視信號經廣播電視臺的廣播電視塔發射出去，供用戶端的電視機接收收看。為此，國際電聯的ITU-R專門為廣播電視分配了無線電頻譜，即當初它涉及了48.5 MHz ~958 MHz的頻譜范圍（注意：其中87~108MHz用于調頻聲音廣播）。為了提供多套電視節目，將該頻譜范圍劃分為68個頻道（每頻道占用8MHz帶寬）。這樣就出現了一個現象：在開路電視廣播時代，68個頻道是不可能全部使用，且為了減少電視信號的互相干擾，一定數量的電視節目往往是隔一定數量的頻道來傳送，而那些未使用的頻道的頻譜即為電視空白（TVWS）。

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即使在數字電視過渡之后，廣播頻段中的許多頻譜仍將空置，可供寬帶使用。此外，技術的進步使地面廣播規劃更加精確，這本身就開辟了新的空白空間。

二、電視空白的利用

1、電視空白現實

人們越來越認識到，傳統上分配給電視廣播的頻段中的空白區域-電視空白區域（TVWS），可用于在“無干擾、無保護”（NINP，No Interference, No Protection）的基礎上提供無線寬帶互聯網接入等應用，以充分利用頻譜資源。使用這些空白的設備稱為空白設備（WSD）或TVWS設備。TVWS最初之所以成立，是因為歷史上有必要為廣播公司提供保護，使其免受其他電臺的有害干擾。并非全部空置廣播對廣播干擾保護需要信道。在許多市場中，TVWS的存在也是因為廣播公司很少在需求較低的地區有休眠頻道。關鍵問題是，無線電頻譜是一種奇缺的自然資源，電視空白（TVWS）頻譜理應得到有效利用，以避免造成資源的浪費。

隨著模擬廣播電視向數字電視的過渡，在電視頻譜中產生了更多數量的空白頻譜。這是因為數字電視占用的傳輸帶寬相對小些，原一套模擬電視的8MHz帶寬內可以傳輸約4~8套數字標清電視信號。

2、電視空白的特點

因為電視頻譜是操作于低于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TVWS頻譜傳輸的信號可以傳播很遠的距離，并能穿透墻壁和其它障礙物。在無線電電波通信中，TVWS具有信號范圍廣、功率低、可以穿透地形限制、惡劣天氣可以使用、室內室外都可以提高覆蓋面積、接入點比無線局域網（WLAN）少的優點。TVWS可以解決諸如WLAN、超寬帶、藍牙、射頻識別以及Zigbee技術等短距離無線電通信問題。同Wi-Fi及3G頻譜相比，在TVWS頻段的信號可以更容易地穿透建筑物，比傳統的3G頻段更加適合無線移動網絡，可以為許多潛在的新服務所利用。因此，TVWS被視為極具吸引力的頻譜資源。如TVWS技術特別適合在農村和服務不足的城市地區提供互聯網接入服務、剃光更廣的覆蓋等。目前確定的其它使用TVWS的應用包括但不限于如下表2-2所示。

表 2-2：TVWS的應用

3、關于TVWS的無線共存

所謂共存（Coexistence），即是指兩個或多個頻譜相關的設備或網絡，在同一頻率授權下，在同一頻段內互不干擾地工作的能力。由于電視空白（TVWS）的優質頻譜的利用，使得因電視空白的無線網絡的大量涌現，導致無線網絡間的共存問題的凸顯。為此，受到了相關標準化組織的重視，制定了相關無線共存的標準。比較著名的就是IEEE的802.19工作組，早在2014年就發布了IEEE 802.19.1-2014《IEEE信息技術標準-系統之間的電信和信息交換-局域網和城域網-特定要求-第19部分：電視空白共存方法》。通過在不同或獨立運行的未授權設備和具有地理定位能力的不同未授權設備之間提供基于標準網絡的共存方法。

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三、TVWS技術示例

1、WCDMA的TVWS直放站（Repeater）

對于3G系統的WCDMA制式，WCDMA直放站不僅可以消除移動通信信號的覆蓋盲區，還能解決高樓大廈影響而導致基站信號無法覆蓋的盲區，覆蓋效果類似于微蜂窩模式。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）構成一個移頻直放站，既提高其系統覆蓋，又提高了信號的傳輸質量。為此，下圖3-1設計出了一個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，對于上行鏈路，天線1接收到的WCDMA信號，利用雙工器實現WCDMA的上行、下行信道分離，WCDMA上線信號經過低噪放、帶通濾波器、變頻器，變頻至TVWS頻段（如700~900MHz），再經過功率放大器，最后經過電調諧波器實現中心頻率在700~900MHz的調諧，在此范圍內帶寬保持在10MHz，最后由天線2發射出去，實現直放站所在區域的覆蓋。對于上行鏈路，天線3接收到的TVWS信號，經過帶通濾波器，低噪放對TVWS信號進行放大和噪聲信號抑制，然后經過變頻器進行上變頻至WCDMA下行信號，由帶通濾波器對無用信號進行濾波，功放對信號進行放大增強，WCDMA信號經過雙工器的選頻功能，由天線1發射出去，這便實現了信號的雙向通信。

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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）和介質訪問控制（MAC）子層的增強功能，以支持在電視空白頻段（TVWS）操作。其發布的標準是：802.11af-2013《IEEE 信息技術標準-系統之間的電信和信息交換-局域網和城域網-特定要求 -第 11 部分：WLAN 介質訪問控制（MAC）和物理層（PHY）-范修正案 5：電視空白 （TVWS）操作》。該標準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 TVWS 頻譜中可用的窄帶電視頻道。同時，其PHY還使用了多輸入多輸出（MIMO，Multiple Input Multiple Output）天線技術和空間分組編碼（STBC，Space Time Block Code）技術，這兩種技術的組合利用“發射/接收分集技術”，克服空間傳輸過程中的多徑干擾，并降低傳輸誤碼和提高傳輸通量。

當引入上述技術后，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。一個空間流的用戶數據速率為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個空間流和4個廣播電視頻道組合，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），為用戶提供寬帶接入，因此也有人稱之為超級Wi-Fi（Super Wi-Fi）。注意，802.11af-2013已整合到802.11-2016版本中。

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需要說明的是，TVWS頻譜的利用，各國都有相應的無線電管制政策。在利用TVWS頻譜開展相關無線電業務，必須要接收其無線電管理，包括無線電頻率的管理和無線電電臺的管理要求，當然包括不能對廣播電視系統的影響。

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