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淺談數(shù)字地面廣播電視移動(dòng)接收技術(shù)
河南電視臺(tái)都市頻道技術(shù)部 顧麗華2005年中國(guó)西部電視技術(shù)協(xié)會(huì)第十七屆年會(huì)技術(shù)論文二等獎(jiǎng)
主要內(nèi)容：本文主要介紹數(shù)字地面廣播電視信號(hào)的移動(dòng)接收所遇到的問題，以及國(guó)內(nèi)外的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)DAB與DVB-H兩種技術(shù)進(jìn)行比較分析。
關(guān)鍵詞數(shù)字電視地面廣播移動(dòng)接收DABDVB-TDVB-H
〖正文〗
隨著數(shù)字技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，無線傳播領(lǐng)域正在引發(fā)一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命，就在這一兩年間，無線數(shù)字媒體的類型驟然豐富，除傳統(tǒng)媒體之外，手機(jī)電視、車載移動(dòng)電視，樓宇分類電視，多媒體信息亭、地鐵多媒體信息系統(tǒng)等新興媒體紛紛涌現(xiàn)，移動(dòng)接收是個(gè)熱點(diǎn)，尤其是廣播電視的移動(dòng)接收，成為發(fā)展方向之一。在早期，這種移動(dòng)性主要受電源供電、設(shè)備尺寸的限制，基本上沒有辦法實(shí)現(xiàn)，移動(dòng)接收帶來的技術(shù)問題也沒有提到議事日程上。在電子管時(shí)代，器件的尺寸比較大，耗電也多，真正的“移動(dòng)”只在軍事方面，便攜式的收音機(jī)也有，但一直不能普及。到了晶體管時(shí)代，收音機(jī)小到可以放在口袋里，廣播的移動(dòng)接收算是在一定程度上解決了。但是電視的移動(dòng)接收問題要比廣播的移動(dòng)接收困難得多，所以至今還沒有得到解決。
一、數(shù)字電視地面廣播（DTTB:Digital Television Terrestrial Broadcdsting）
在現(xiàn)代通信中，通信傳輸手段主要是光纖、衛(wèi)星、數(shù)字微波等，加上地面無線電視廣播電視發(fā)射構(gòu)成信息主體。目前在我國(guó)數(shù)字電視按信號(hào)傳輸方式可以分為地面無線傳輸數(shù)字電視、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視、有線傳輸數(shù)字電視三類。而移動(dòng)電視是數(shù)字電視地面廣播的重要應(yīng)用。數(shù)字電視地面廣播在應(yīng)用需求上要求實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和便攜接收的功能，使整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)的要求最高。它具備無線數(shù)字系統(tǒng)所共有的優(yōu)點(diǎn)，較之衛(wèi)星接收，有實(shí)現(xiàn)容易、價(jià)格低廉的特點(diǎn)；較之有線接收不易受城市施工建設(shè)、自然災(zāi)害戰(zhàn)爭(zhēng)等因素造成的斷網(wǎng)影響；數(shù)字電視地面廣播通過電視臺(tái)制高點(diǎn)天線發(fā)射無線電波，覆蓋電視用戶，用戶通過接收天線和電視機(jī)收看電視節(jié)目，主要的受眾也是針對(duì)本地區(qū)的。完善的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)所具備的蜂窩單頻網(wǎng)功能，不僅提高了頻譜的利用率，而且可應(yīng)用與寬帶無線接入市場(chǎng)；而移動(dòng)和便攜的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代信息社會(huì)“信息到人”的要求，也就是無論何人何時(shí)在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動(dòng)接收所遇到的主要問題
移動(dòng)接收采用的方式是無線數(shù)字信號(hào)發(fā)射、地面接收。因此，移動(dòng)接收所遇到的問題之一就是衰落，這是所有無線通信系統(tǒng)都會(huì)遇到的問題。對(duì)于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但對(duì)于移動(dòng)接收而言分集接收的方法顯然不實(shí)用，因此衰落問題尤為突出。
電波在沿地表傳播中會(huì)受到各種阻礙物的反射、散射和吸收，實(shí)際到達(dá)收信天線處的電波除了來自發(fā)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(chǎng)，此外，在移動(dòng)通信中，還存在因移動(dòng)臺(tái)（天線）的快速移動(dòng)而劃過顛簸的波節(jié)和波幅的駐播現(xiàn)象及由于多普勒效應(yīng)而造成的相移，凡此種種原因，就使得實(shí)際移動(dòng)臺(tái)接收到的場(chǎng)強(qiáng)在振幅和相位上均隨時(shí)隨地在急驟變化，使信號(hào)很不穩(wěn)定，這就是無線電波的衰落現(xiàn)象。衰落的嚴(yán)重程度通常隨頻率或路徑長(zhǎng)度的增加而增大。目前還無法對(duì)衰落進(jìn)行精確的預(yù)測(cè)，但區(qū)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(hào)中值電平在長(zhǎng)期中的起伏；后者為快衰落，即瞬時(shí)信號(hào)電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現(xiàn)和影響是不同的。
另外，與其他無線通信系統(tǒng)不同的是，移動(dòng)接收的關(guān)鍵點(diǎn)是移動(dòng)。因此，移動(dòng)接收還存在一個(gè)其他無線通信不會(huì)遇到的問題，這就是多普勒效應(yīng)。
在日常生活中，我們會(huì)注意到遠(yuǎn)處迎面駛來發(fā)出警報(bào)聲的警車在離你越近時(shí)，汽笛聲的音調(diào)越高。從警車到達(dá)你所在位置開始，音調(diào)開始降低，而當(dāng)警車離開你后，聽到的音調(diào)會(huì)越來越低，這種現(xiàn)象就稱為多普勒效應(yīng)。奧地利物理學(xué)家多普勒是這樣解釋這種現(xiàn)象的：朝你駛來的警車發(fā)出的聲波對(duì)你而言稍微壓縮從而相對(duì)集中，這時(shí)你聽到的聲音波長(zhǎng)短于該聲源靜止時(shí)的波，而短波音調(diào)是高的。相反，離你而去的聲源的聲波稍微擴(kuò)散，這時(shí)你聽到的波長(zhǎng)比該聲源靜止時(shí)的波長(zhǎng)長(zhǎng)，長(zhǎng)波音調(diào)是低的，這樣的效應(yīng)對(duì)電磁波同樣適用。比如一個(gè)趨近我們的天線發(fā)出的信號(hào)，它的頻率高于該天線相對(duì)于我們靜止時(shí)的頻率，波長(zhǎng)相對(duì)變短；相反，一個(gè)離我們遠(yuǎn)去的天線發(fā)出的信號(hào)，其頻率則會(huì)低于該天線在相對(duì)我們靜止時(shí)相對(duì)于我們的頻率，波長(zhǎng)相對(duì)變長(zhǎng)。同時(shí)波長(zhǎng)的位移量與天線的運(yùn)動(dòng)速度存在正比關(guān)系，即速度越快，則波長(zhǎng)移動(dòng)越大。以上現(xiàn)象就是多普勒效應(yīng)（Doppler）。
系統(tǒng)方面，移動(dòng)接收還要考慮覆蓋網(wǎng)的建設(shè)，接收機(jī)（特別是便攜機(jī)）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(hào)是不宜實(shí)現(xiàn)移動(dòng)接收的。為了解決移動(dòng)接收中遇到的問題，廣播電視信號(hào)必須首先實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。利用數(shù)字技術(shù)無線接收，可有效解決以上問題。只要在信號(hào)有效覆蓋范圍內(nèi)，所有移動(dòng)交通工具，只要配有接收設(shè)備，都可以接收數(shù)字移動(dòng)電視信號(hào)。
三、移動(dòng)接收中的關(guān)鍵技術(shù)——OFDM
OFDM是正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）的縮寫，是在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整傳輸?shù)募夹g(shù)措施.
OFDM的基本原理是：高速信息數(shù)據(jù)流通過串/并變換，分配到速率相對(duì)較低的若干子信道中傳輸，每個(gè)子信道中的符號(hào)周期相對(duì)增加，這樣可減少因無線信道多徑時(shí)延擴(kuò)展所產(chǎn)生的時(shí)間彌散性對(duì)系統(tǒng)造成的碼間干擾。另外，由于引入保護(hù)間隔，在保護(hù)間隔大于最大多徑時(shí)延擴(kuò)展的情況下，可以最大限度地消除多徑帶來的符號(hào)間干擾。如果用循環(huán)前綴作為保護(hù)間隔，還可避免多徑帶來的信道間干擾。
在過去的頻分復(fù)用系統(tǒng)中，整個(gè)帶寬分成N個(gè)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(hù)帶寬，但這會(huì)使頻譜利用率下降。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，OFDM采用N個(gè)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(hào)接收下來。
OFDM的特點(diǎn)是各子載波相互正交，擴(kuò)頻調(diào)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(shù)特點(diǎn)如下：
1）可有效對(duì)抗信號(hào)波形間的干擾，適用于多徑環(huán)境和衰落信道中的高速數(shù)據(jù)傳輸；
2）通過各子載波的聯(lián)合編碼，具有很強(qiáng)的抗衰落能力；
3）各子信道的正交調(diào)制和解調(diào)可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實(shí)現(xiàn)；
OFDM能夠有效地對(duì)抗衰落和多普勒現(xiàn)象帶來的負(fù)面影響，使受到干擾的信號(hào)能夠可靠地接收。OFDM碼率低，又加入了時(shí)間保護(hù)間隔，具有極強(qiáng)的抗干擾能力。其多徑時(shí)延小于保護(hù)間隔，所以系統(tǒng)不受碼間干擾的困擾。
在有關(guān)移動(dòng)接收的幾種標(biāo)準(zhǔn)的制定過程中，都采用OFDM作為其核心技術(shù)。
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