淺談數字地面廣播電視移動接收技術

淺談數字地面廣播電視移動接收技術

河南電視臺都市頻道技術部 顧麗華
2005年中國西部電視技術協會第十七屆年會技術論文二等獎

主要內容：本文主要介紹數字地面廣播電視信號的移動接收所遇到的問題，以及國內外的傳輸標準，并對DAB與DVB-H兩種技術進行比較分析。
關鍵詞數字電視地面廣播移動接收DABDVB-TDVB-H

〖正文〗
隨著數字技術、信息技術和網絡技術的迅猛發展，無線傳播領域正在引發一場深刻的技術革命，就在這一兩年間，無線數字媒體的類型驟然豐富，除傳統媒體之外，手機電視、車載移動電視，樓宇分類電視，多媒體信息亭、地鐵多媒體信息系統等新興媒體紛紛涌現，移動接收是個熱點，尤其是廣播電視的移動接收，成為發展方向之一。在早期，這種移動性主要受電源供電、設備尺寸的限制，基本上沒有辦法實現，移動接收帶來的技術問題也沒有提到議事日程上。在電子管時代，器件的尺寸比較大，耗電也多，真正的“移動”只在軍事方面，便攜式的收音機也有，但一直不能普及。到了晶體管時代，收音機小到可以放在口袋里，廣播的移動接收算是在一定程度上解決了。但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多，所以至今還沒有得到解決。
一、數字電視地面廣播（DTTB:Digital Television Terrestrial Broadcdsting）
在現代通信中，通信傳輸手段主要是光纖、衛星、數字微波等，加上地面無線電視廣播電視發射構成信息主體。目前在我國數字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數字電視、衛星傳輸數字電視、有線傳輸數字電視三類。而移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能，使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點，較之衛星接收，有實現容易、價格低廉的特點；較之有線接收不易受城市施工建設、自然災害戰爭等因素造成的斷網影響；數字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發射無線電波，覆蓋電視用戶，用戶通過接收天線和電視機收看電視節目，主要的受眾也是針對本地區的。完善的數字電視地面廣播系統所具備的蜂窩單頻網功能，不僅提高了頻譜的利用率，而且可應用與寬帶無線接入市場；而移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會“信息到人”的要求，也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數字信號發射、地面接收。因此，移動接收所遇到的問題之一就是衰落，這是所有無線通信系統都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用，因此衰落問題尤為突出。
電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收，實際到達收信天線處的電波除了來自發射天線的直接波外，還存在來自各種物體（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場，此外，在移動通信中，還存在因移動臺（天線）的快速移動而劃過顛簸的波節和波幅的駐播現象及由于多普勒效應而造成的相移，凡此種種原因，就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化，使信號很不穩定，這就是無線電波的衰落現象。衰落的嚴重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進行精確的預測，但區分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落，短期信號中值電平在長期中的起伏；后者為快衰落，即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現和影響是不同的。
另外，與其他無線通信系統不同的是，移動接收的關鍵點是移動。因此，移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題，這就是多普勒效應。
在日常生活中，我們會注意到遠處迎面駛來發出警報聲的警車在離你越近時，汽笛聲的音調越高。從警車到達你所在位置開始，音調開始降低，而當警車離開你后，聽到的音調會越來越低，這種現象就稱為多普勒效應。奧地利物理學家多普勒是這樣解釋這種現象的：朝你駛來的警車發出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中，這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波，而短波音調是高的。相反，離你而去的聲源的聲波稍微擴散，這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長，長波音調是低的，這樣的效應對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發出的信號，它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率，波長相對變短；相反，一個離我們遠去的天線發出的信號，其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率，波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關系，即速度越快，則波長移動越大。以上現象就是多普勒效應（Doppler）。
系統方面，移動接收還要考慮覆蓋網的建設，接收機（特別是便攜機）的耗電，接收天線的安裝等問題。
從基本原理考慮，模擬廣播電視信號是不宜實現移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題，廣播電視信號必須首先實現數字化。利用數字技術無線接收，可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內，所有移動交通工具，只要配有接收設備，都可以接收數字移動電視信號。
三、移動接收中的關鍵技術——OFDM
OFDM是正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的縮寫，是在嚴重電磁干擾的通信環境下保證數據穩定完整傳輸的技術措施.
OFDM的基本原理是：高速信息數據流通過串/并變換，分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸，每個子信道中的符號周期相對增加，這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外，由于引入保護間隔，在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。
在過去的頻分復用系統中，整個帶寬分成N個子頻帶，子頻帶之間不重疊，為了避免子頻帶間相互干擾，頻帶間通常加保護帶寬，但這會使頻譜利用率下降。為了克服這個缺點，OFDM采用N個重疊的子頻帶，子頻帶間正交，因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。
OFDM的特點是各子載波相互正交，擴頻調制后的頻譜可相互重疊，不但減少了子載波間的相互干擾，還大大提高了頻譜利用率。主要技術特點如下：
1）可有效對抗信號波形間的干擾，適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸；
2）通過各子載波的聯合編碼，具有很強的抗衰落能力；
3）各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現；
OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現象帶來的負面影響，使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低，又加入了時間保護間隔，具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔，所以系統不受碼間干擾的困擾。
在有關移動接收的幾種標準的制定過程中，都采用OFDM作為其核心技術。

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