浅谈数字地面广播电视移动接收技术

浅谈数字地面广播电视移动接收技术

河南电视台都市频道技术部 顾丽华
2005年中国西部电视技术协会第十七届年会技术论文二等奖

主要内容：本文主要介绍数字地面广播电视信号的移动接收所遇到的问题，以及国内外的传输标准，并对DAB与DVB-H两种技术进行比较分析。
关键词数字电视地面广播移动接收DABDVB-TDVB-H

〖正文〗
随着数字技术、信息技术和网络技术的迅猛发展，无线传播领域正在引发一场深刻的技术革命，就在这一两年间，无线数字媒体的类型骤然丰富，除传统媒体之外，手机电视、车载移动电视，楼宇分类电视，多媒体信息亭、地铁多媒体信息系统等新兴媒体纷纷涌现，移动接收是个热点，尤其是广播电视的移动接收，成为发展方向之一。在早期，这种移动性主要受电源供电、设备尺寸的限制，基本上没有办法实现，移动接收带来的技术问题也没有提到议事日程上。在电子管时代，器件的尺寸比较大，耗电也多，真正的“移动”只在军事方面，便携式的收音机也有，但一直不能普及。到了晶体管时代，收音机小到可以放在口袋里，广播的移动接收算是在一定程度上解决了。但是电视的移动接收问题要比广播的移动接收困难得多，所以至今还没有得到解决。
一、数字电视地面广播（DTTB:Digital Television Terrestrial Broadcdsting）
在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无线电视广播电视发射构成信息主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视、卫星传输数字电视、有线传输数字电视三类。而移动电视是数字电视地面广播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功能，使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点，较之卫星接收，有实现容易、价格低廉的特点；较之有线接收不易受城市施工建设、自然灾害战争等因素造成的断网影响；数字电视地面广播通过电视台制高点天线发射无线电波，覆盖电视用户，用户通过接收天线和电视机收看电视节目，主要的受众也是针对本地区的。完善的数字电视地面广播系统所具备的蜂窝单频网功能，不仅提高了频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求，也就是无论何人何时在何地均能任意获取他想得到的信息。
二、移动接收所遇到的主要问题
移动接收采用的方式是无线数字信号发射、地面接收。因此，移动接收所遇到的问题之一就是衰落，这是所有无线通信系统都会遇到的问题。对于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但对于移动接收而言分集接收的方法显然不实用，因此衰落问题尤为突出。
电波在沿地表传播中会受到各种阻碍物的反射、散射和吸收，实际到达收信天线处的电波除了来自发射天线的直接波外，还存在来自各种物体（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天线处形成干涉场，此外，在移动通信中，还存在因移动台（天线）的快速移动而划过颠簸的波节和波幅的驻播现象及由于多普勒效应而造成的相移，凡此种种原因，就使得实际移动台接收到的场强在振幅和相位上均随时随地在急骤变化，使信号很不稳定，这就是无线电波的衰落现象。衰落的严重程度通常随频率或路径长度的增加而增大。目前还无法对衰落进行精确的预测，但区分绕射衰落和多径衰落两种不同类型的衰落是十分重要的。前者为慢衰落，短期信号中值电平在长期中的起伏；后者为快衰落，即瞬时信号电平在短期中的起伏。这两种衰落的表现和影响是不同的。
另外，与其他无线通信系统不同的是，移动接收的关键点是移动。因此，移动接收还存在一个其他无线通信不会遇到的问题，这就是多普勒效应。
在日常生活中，我们会注意到远处迎面驶来发出警报声的警车在离你越近时，汽笛声的音调越高。从警车到达你所在位置开始，音调开始降低，而当警车离开你后，听到的音调会越来越低，这种现象就称为多普勒效应。奥地利物理学家多普勒是这样解释这种现象的：朝你驶来的警车发出的声波对你而言稍微压缩从而相对集中，这时你听到的声音波长短于该声源静止时的波，而短波音调是高的。相反，离你而去的声源的声波稍微扩散，这时你听到的波长比该声源静止时的波长长，长波音调是低的，这样的效应对电磁波同样适用。比如一个趋近我们的天线发出的信号，它的频率高于该天线相对于我们静止时的频率，波长相对变短；相反，一个离我们远去的天线发出的信号，其频率则会低于该天线在相对我们静止时相对于我们的频率，波长相对变长。同时波长的位移量与天线的运动速度存在正比关系，即速度越快，则波长移动越大。以上现象就是多普勒效应（Doppler）。
系统方面，移动接收还要考虑覆盖网的建设，接收机（特别是便携机）的耗电，接收天线的安装等问题。
从基本原理考虑，模拟广播电视信号是不宜实现移动接收的。为了解决移动接收中遇到的问题，广播电视信号必须首先实现数字化。利用数字技术无线接收，可有效解决以上问题。只要在信号有效覆盖范围内，所有移动交通工具，只要配有接收设备，都可以接收数字移动电视信号。
三、移动接收中的关键技术——OFDM
OFDM是正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的缩写，是在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施.
OFDM的基本原理是：高速信息数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，每个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。
在过去的频分复用系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点，OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。
OFDM的特点是各子载波相互正交，扩频调制后的频谱可相互重叠，不但减少了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。主要技术特点如下：
1）可有效对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；
2）通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；
3）各子信道的正交调制和解调可通过离散傅利叶反变换和离散傅利叶变换实现；
OFDM能够有效地对抗衰落和多普勒现象带来的负面影响，使受到干扰的信号能够可靠地接收。OFDM码率低，又加入了时间保护间隔，具有极强的抗干扰能力。其多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰。
在有关移动接收的几种标准的制定过程中，都采用OFDM作为其核心技术。

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