淺析數字電視信號的無線定位技術

摘 要：文章基于DTV的定位系統中關于總體結構、軟件接收機和工作流程等方面的描述，對數字電視廣播信號無線定位的原理、方案的實現作簡要分析。

關鍵詞：數字電視；無線定位

一、數字電視信號無線定位的概念

無線電定位可理解為：已知的空間坐標和時間基準線的多個無線電發射源的輻射信號同時被接收，就可以確定接收端的用戶的地理位置，這里所講的位置即為經度、緯度和海拔高度。因為超大規模集成電路工藝的進步，DTV系統的應用已經非常的廣泛，DTV地面廣播系統也開始了大規模的建設。DTV在定位上的優勢與GPS相比主要有以下幾點：定位的誤差非常小，約為1m量級；定位的實時信號更好，在市區的定位概率更高，甚至于室內定位都可實現；處理設備要求低，低耗能；使用方便，使用時無需改變現有的DTV基礎設施就可定位。

二、數字電視信號無線定位系統

整個系統在結構設計上可分為兩個部分，即發射和接收。如果是基于DVB-T標準發射電視信號，那么首先就要為不同的DTV地面廣播信號發射臺分配不同的系統標識碼，亦即ID，然后通過DTV數字廣播系統將進行信道編碼過的發射臺的空間坐標和發射時間、標識碼等信息發射出去，并預先將發射臺的坐標存儲在接收機的處理器中即可。這個系統的只要特征就是通過接收多個已知空間坐標的數字地面發射臺的信號來確定接收者的空間坐標。

對于系統的工作流程大體可分為以下幾個步驟：一是接收信號，將接收到的電視信號放大為中頻信號；二是完成中頻信號的數字化；三是完成信號的同步跟蹤、解調和解碼任務并建立同步跟蹤回路；四是確定觀測時間序列。

三、數字電視地面廣播

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，有實理容易、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。

四、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。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的。

五、移動接收中的關鍵技術

PFDM是正交頻分復用（0rthogonal Frequency Division Multiplexing）的縮寫，是在嚴得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，第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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作者簡介：唐超群（1992-9），男，漢族，安徽歙縣人，江漢大學物理與信息工程學院自動化專業1班2012級本科生。