基于數字電視無線廣播信號的定位模型和系統分析

張必成

（國家新聞出版廣電總局北京地球站 102206）

基于數字電視無線廣播信號的定位模型和系統分析

張必成

（國家新聞出版廣電總局北京地球站 102206）

本文通過對數字電視（DTV）無線廣播信號定位模型和系統的可行性和必要性的科學分析，提出了基于幀同步的數字電視無線廣播的定位原理，在此基礎上對其定位測距的特性進行了科學的分析，即在一個歷元異步順序中就可以幾個或者多個測距的觀測值。同時，將相關偽距的觀測以及載波多普勒積分模型推導出來，然后確定了數學電視無線廣播新號的定位模型，即觀測和狀態模型，它在一定程度上對于獨立定位或者組合導航系統定位精度的顯著有效提高具有非常重要的意義，極大地彌補了傳統衛星定位系統的不足與缺陷。

數字電視；無線廣播信號；定位；模型和系統

1 基于數字電視無線廣播信號定位系統產生的背景

所謂定位系統主要是指同時接收空間中的多個已知坐標以及時間基準的無線電發射源所發射的輻射信號，在一定程度上就能將接收端用戶所在的具體地理位置確定下來，然后在空間的各種軌道衛星上設置無線電發射源的定位系統，如美國的GPS，我國的北斗定位系統等，其覆蓋范圍非常大，在很大程度上已經將無線電定位系統的發展提升到另一個新的高度。但是，類似GPS、“北斗”這樣的定位系統存在著許多缺陷與不足，如GPS技術主要采用的是可選擇性技術，在特殊情況下使用會受到不同程度的干擾；在市區內的定位概率高，大約在60%左右，但是在室內的定位概率為0；極易受多徑效應、衛星軌道誤差以及電離層延遲效應的影響，故而衛星從2000km的高空向地面發射信號會產生一定的定位誤差等。基于衛星定位系統存在著上述多方面的不足，近年來，隨著超大規模集成電路工藝技術的不斷進步，依靠衛星傳輸的數字電視無線廣播信號已經被廣泛應用到世界范圍內。目前，該定位系統在大規模的建設當中，并且已經在全球不同區域內逐漸形成了以數字電視或者聲音廣播為基礎的廣播標準，用戶端不僅可以能夠成功接收到有效的消息，如數字音頻或視頻，并且能夠利用無線進行定位。

2 數字電視無線廣播信號定位原理

2.1 定位原理和測距方法

目前，距離測量定位法是最主要和應用非常廣泛的定位方法，定位時需要已知參考點與實際被側物之間的距離，其測量的方法主要有：①能量衰減測量法，即用已知電磁波的發射強度，來對剛接收到的電磁波強度進行測量，從而推測出已知參考點與電磁波發射終端的實際距離。電磁波在空間的傳播過程中，在多種因素的共同影響下其能量呈現衰減的狀態，因此該方法的精度并不高。②傳播時間測量法，即利用已知電磁波的傳播速度，而電磁波的傳播時間往往與傳播距離成正比，因此需要對時鐘的精度、多徑效應稍加注意。現階段，這種測量方法的應用最為普遍。

2.2 偽距數學模型

基于數字電視無線廣播信號定位系統主要是通過對廣播數據幀的實際傳播時間進行測量，以此來對發射機和接收機之間的距離進行計算。但是由于測量受時鐘誤差和多徑干擾等眾多誤差項的影響，故將其稱之為偽距，連續兩次的觀測量之間的差值成為△偽距。然而，數字電視無線廣播信號定位系統主要采用的是偽距法，這里的偽距主要指的是由數字廣播信號發射機天線到接收機信號之間的幾何距離以及系統誤差等。

3 數字電視無線廣播信號定位模型

數字信息以視頻和音頻等形式在進行編碼和調制之后由數字電視發射機再以無線廣播信號的形式傳播出去，并且在調制的過程中主要采用正交頻分復用的形式。與此同時，數字電視接收機借助一定的載波跟蹤環恢復載波，利用數據碼進行碼跟蹤。數字廣播的電視信號并不是嚴格根據專門的無限定位系統設計的，因此并不能向其他系統一樣通過對載波的跟蹤完成捕獲碼的相關任務，但是它有特有的基于數據幀的編碼功能，一方面對于數據接收的穩定性以及實時性的顯著提高具有非常重要的作用，另一方面，為數字電視廣播信號的定位系統對信號的捕獲、追蹤、提取和延時傳播提供重要的手段，從而極大地彌補了載波和碼跟蹤系統的缺陷與不足。此外，數字電視無線廣播信號定位模型主要有觀測方程和狀態方程兩種。

4 定位的具體流程

數字電視無線廣播信號定位主要包括定位建立準備、計算和更新階段。

（1）定位建立和準備階段。主要是先從數據庫中對當地區域的先驗數據進行讀取，即發射載頻、臺制式以及地理坐標等，然后進行初始位置的設定工作和同步時序的建設工作，從而為準確定位做好充足的準備。

（2）定位計算階段。首先要對已經接收到的信息進行科學的處理，一般利用信道均衡算法以及調用信號進行估計，然后從中將第一徑分量提取出來，即視距傳播靠近的。同時，基于無線信道有一定的復雜性，特別是在鬧市區，一個時段內無線信道都有可能受到遮擋作用的影響，視距從根本上講是不存在的，為此就必須利用非視距的算法對視距進行識別和重構，從而為估計后面的參數打下堅實的基礎。然后再利用恰當的算法對算法進行重新估計，由此得出時間量，再通過乘以無線電波的速度將偽距確定下來，緊接著就可以利用調用定位的算法將當前位置準確的計算出來。

（3）定位更新階段。憑借各方面的運動信息便可以對當前位置與實際情況是否相符準確的判斷出來，若不符合便將當前值舍去，重新進行計算，然后再根據實際情況的需要決定是否要繼續定位。

5 結束語

綜上所述，本文對數字電視無線廣播信號定位系統產生的背景進行了簡單的介紹，隨著超大規模集成電路工藝技術的不斷進步，依靠衛星傳輸的數字電視無線廣播信號已經被廣泛應用到世界范圍內。然后從定位原理和測距方法以及偽距數學模型對數字電視無線廣播信號定位原理和模型進行了系統化的科學分析，指出模型主要包括觀測方程和狀態方程兩種，最后從定位建立和準備階段、定位計算階段以及定位更新階段對定位的具體流程進行了簡單的分析。總而言之，目前，該定位系統在大規模的建設當中，并且已經在全球不同區域內逐漸形成了以數字電視或者聲音廣播為基礎的廣播標準，用戶端不僅可以能夠成功接收到有效的消息，如數字音頻或視頻，并且能夠利用無線進行定位。

[1]蔣燕.基于數字電視廣播信號的無線定位方法[D].東南大學，2006.

[2]胡慶，葛明松.一種基于數字電視無線廣播信號的定位新技術[J].廣東通信技術，2009，02：51～53+71.

[3]柯煒，何峰，吳樂南.基于數字電視地面廣播網的無線定位系統[J].電信快報，2008，08：44～46+48.

[4]馮久超，陳惠卿.基于超寬帶信號和地面數字電視信號的無線聯合定位系統[J].數字技術與應用，2010，01：29～32.

TN941.3

A

1004-7344（2016）32-0294-01

2016-10-20