电视移动接收技术要领（共7篇）
电视移动接收技术要领 篇1
摘要：广播电视信号传输和播出手段主要有微波、卫星、光缆3种, 本文简述了的广播电视移动接收的制式及技术。
关键词：广播电视,移动接收,制式,技术
科学技术的飞速发展给各行各业带来了挑战和机遇, 随着广播事业的不断发展和进步, 移动接收成为发展方向之一。广播电视虽然有很长的历史, 但移动接收的进展却不尽人意。即使是调频广播, 在汽车高速行驶中的接收也往往遇到困难。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, 所以广播电视的移动接收引起广电界的重视。
一、移动电视
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。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、移动接收制式
众所周知, 地面数字电视广播系统目前有多种制式, 除了国外正在使用的几种标准外, 还有我国自己提出的若干种制式。这些制式总体上可以分为单载波方式和多载波方式两类, 美国用的ATSC是单载波的, 欧洲的DVB-T是多载波的。国外主要有三种数字电视地面广播标准:欧洲的DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial) 、美国的ATSC (Advanced Television Systems Committee) 和日本的ISDB-T (Integrated Servic es Digital Broadcasting Terr estrial) (综合业务数字广播) 。
ATSC采用的是单载波调制方式 (VSB) , 抗多径干扰和抗多谱勒效应能力差, 难以建立单频网和进行移动接收。ISDB-T虽然支持单频网和移动接收的应用要求, 但是该技术应用较少。从世界各地对数字电视地面广播标准的采用情况来看, DVB-T标准较ATSC和ISDB-T更具优势。DVB-T是欧洲DVB系列标准中较新的一个标准 (此外还有有线数字电视标准DVB-C, 以及卫星数字电视标准DVB-S) , 也是最复杂的DVB传输系统。此标准是1998年2月批准通过的。DVB-T标准的核心是MPEG-2数字视音频压缩编码, 采用编码正交频分复用COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multip lexing) 调制方式, 适用于大范围多发射机的8k载波方式。为高清晰度电视 (HDTV) 信号传输提供大于20Mbps的净荷码率, 支持简单天线室内固定接收。欧洲的DVB-T标准最初是为便携和固定接收而设计, 它采用的是COFDM (编码正交频分复用) 多载波调制方式, 其调制参数 (如星座图、编码率、保护间隔等) 可调, 可提供120种常规模式和1200种分级模式。随后, 针对DVB-T (Digital video broadcasting Ter restrial) 在移动接收中的不足, 人们提出了一种DVB-H的制式专门用于移动接收, 而原有的数字音频广播 (DAB) 也发展到播出多媒体。DVB-H (Digital video broadcastinghand held) , 通过地面数字广播。
网络向便携/手持终端提供多媒体业务所制定的传输标准。该标准是欧洲的数字电视标准DVB-T的扩展应用。和DVB-T相比, DVB-H终端具有功耗更低、移动接收和抗干扰性更强的特点, 因此该标准适用于移动电话、手持计算机等小型便携设备通过地面数字电视广播网络接收信号。也可以说DVB-H标准依托DVB-T传输系统, 通过增加一定的附加功能和改进技术使手机等手持便携设备能够在固定和移动状态下稳定地接收广播电视信号。
我国地面数字电视传输标准于2006年8月18日颁布 (GB20600-2006) , 并自2007年8月1日起正式实施 (国标地面数字电视标准简称为DTMB-Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting。较早时也称为DMBTH) 。DMB-TH采用了P N序列填充的时域同步正交频分复用 (TDS-OFDM) 多载波调制技术, 这种独特的先进技术有机地将信号在时域和频域的传输结合起来, 在频域传送有效载荷, 在时域通过扩频技术传送控制信号以便进行同步、信道估计, 实现快速码字捕获和稳健的同步跟踪性能。DMB-TH具有自主知识产权, 能较好地支持移动接收, 高清数字电视广播, 单频组网。
三、小结
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, 但随着数字技术、信息技术和网络技术的迅猛发展, 地面广播电视移动接收也存在着一些问题, 值得深入探讨。究竟怎样把地面广播电视移动接收技术进一步深化, 是当前一段时间和今后一个时期研究的重要课题, 也是广播电视人为之奋斗的方向。
电视移动接收技术要领 篇2
由于静中通只能在车或船停下来才能接收，故价格相对便宜，但不能在运动中接收，是其一大弱项，能实现移动中的接收才是我们最终的目的，动中通的天线当然在车或船停下来时也是能接收的。由于我们的移动接收天线都是属于动中通型的，故动中通型天线才是我们介绍的重点，以下提到的移动接收天线如不做特别说明，均为动中通移动天线。
BBMAX“卫视车船通”系列产品，是BBMAX公司根据中国的实际国情，针对移动的车、船无法收看电视节目，与韩国CAMOS公司合作而专门设计的一种高新产品，它是对国家“村村通”工程的一个有益的补充，尤其是海上船只的移动接收，此项目得到了国家广电总局的大力支持和认可。
我们的动中通移动卫星接收天线，就天线面的不同目前有四种类型，一种是薄膜天线，一种是波导管天线，一种是正馈天线，另一种是偏馈天线。若按跟踪方式可分为单轴固定型，双轴跟踪型两种，按用途不同可分为陆地上的和海上的两种，即车上和船上用的两种。一般来讲，船上所用的移动天线多是采用正馈天线做为接收面，因为在船上，基本上没有占地体积方面的限制，故可以采用比较高的形状，这样看上去也很美观。而车上则对安装高度有了限制，显然是越低越好，天线面一般都采用新型高效的薄膜天线或波导管天线，如果采用偏馈型天线面，则是上下各截去一段，只保留中间部分的抛物面，这样在保持高效率的同时，也可有效地降低天线的高度。
前面已经将本产品中的CSA-210M介绍给了大家，朋友们可能还有印象，它是这个系列天线中最小尺寸的。它采用的就是新型高效的薄膜平面天线，属单轴固定仰角型，适合车载系列，且应用于高场强落地的地区，就目前而言，在长江以南的华东、华南地区均可满意接收香港天浪的直播节目。比它尺寸稍大的还有一款移动接收天线，型号是CSA-100J，图1是它的外观，显然它比起CSA-210的娇小身材要丰满了许多，不仅腰围增大了，而身高比之要高一倍。体积的增大，很大程度上是天线面积的增大，图2是本天线的内部构造图示，接收天线仍采用的是薄膜平面天线，面积的增大也就意味着天线增益的提高，也就是说可以接收信号较弱的卫星电视信号，如果接收的是同一固定的直播卫星信号，实际上也就是其接收范围的增大。
移动天线高度整体增加的另外一个原因是，这是一款双轴的跟踪天线。前面我们已提到过这个概念，单轴跟踪也就是仰角是固定的，而方位角可以360度全方位转动，或以360度的倍数跟踪；双轴跟踪除了方位角转动外，仰角也是全程跟踪，不过它不是在0~90度这么大的范围，而只是21~90度间适应适应仰角的变化，这样就可以更精确地捕捉信号，方位角和仰角都时刻精确到位，当然电路上就要增加一套仰角控制的伺服系统（图3），相应地成本也会增加。
这个型号的天线由于高度的增加，放在小轿车就不太适合，但放在长途客车或列车上倒是显得绰绰有余，放在其它类的普通小型车辆上也不错（图4），由于增益的提高，接收范围也相应地加大，如此就更适合解决跨省际的旅游车辆安装。CSA-100J有两种类型，一种是接收圆极化信号的，如香港天浪直播信号，采用10678MHz本振频率，专用圆极化高频头。另一种是接收线极化信号的，如长城平台的信号等，采用11250MHz的本振频率，专用线极化高频头。其实两种类型的天线可以相互兼容，即用圆极化的天线接收线极化的信号（极化角要做适当的调整），用线极化的天线接收圆极化的信号（极化角不用调整），但二者都不可能达到最佳效果，信号都有一些损失。其实二者之间只是一个高频头的差异，如果有条件，只要更换高频头就可以做到二者的互换。
CSA-300是一款体积适中、价格适中、增益适中的移动天线，是我们主推的一种陆上跟踪移动接收天线。这款天线的外观如图5所示，全白色外壳，黑色底座，其性能指标如附表所示，附表中同时列出了CSA-210M、100J、300三种天线的比较表。这款天线的突出优点是高度低，仅为8cm，比最小体积的CSA-210还要低，但直径已达到40厘米，尽管如此，还是受到了人们的喜爱，这款移动天线的销量是很大的。因为人们对直径的大小并不在乎，而对天线的总体高度是很敏感的，高一点就会看出来，而低一点也能明显感觉到，但对直径要求并不是那么高，反正顶面积有的是。这款天线的总重量控制得也很好，质量仅为3.5kg，增益比CSA-210则大了3个dB，为28.5dBi，已略超过了CSA-100J的接收能力。
实际接收也证明，这个型号的天线接收效果要明显好于CSA-210，经过全国测试的考验，在山东省中部地区仍可以接收到天浪的信号，其接收范围已大大超出了CSA-210的地区（图6），尽管它也是一款单轴固定仰角的天线。我们从使用中也发现了一个规律，但凡是天线外观高度不高的移动接收天线，其接收仰角肯定都是固定某一角度的，只能在小范围内做一下微调，说是微调，其实其仰角也可以在10度内调整，做接收时仰角只能锁定在某一个数值上，而不可能随地区移动的变化而调整，因为仰角螺丝已经紧固。这类单轴跟踪的天线虽然仰角是固定的，但一般情况下它的适应能力很强，也就是移动载体的仰角上下变化时，如车辆在上下坡时，天线仍能接收到良好的信号。
CSA-300适应能力强的另一个原因是天线的接收能力，从天线的高度来看，其内部的天线面也不会太大，不可能采用常规的抛物面变焦距椭圆波束天线，但本天线也没有采用前面说过的薄膜天线，而是采用了性能优良但价格稍低的波导管天线（图7）。说起波导管天线，可能我们读者朋友并不陌生，卫视传媒就曾推出过此类天线，对于这类天线的原理想必大家也都很熟悉了，它属于平板天线类的一种。这种天线也有一个缺点，就是天线面不可能做得很薄，都有一定的厚度，这是因为要有波导谐振腔的缘故。CSA-300采用的波导管天线实际上是由两个天线单元合成的，每个波导管天线单元的面积是16×8平方厘米，也就是长为16.8厘米宽为8.4厘米的单元块（图8）。这个小小的波导管天线单元能做什么？它就是一个超小的平板天线，它也能接收卫星信号吗？当然可以，不相信吗，我们曾做过测试，它同样可以收下香港天浪的信号，四组频率全下，而且还有一些余量，但余量不大，其效果相当于CSA-210移动接收天线。
CSA-300中的平板天线是两个波导管接收单元拼合而成，但其接收能力并不是加倍，而是在原基础上只增加3个dB左右，这是因为它有匹配的原因，还有对接的损耗，与我们实际接收的效果基本相同，无论多大面积的波导管天线，都是由这样的基本接收单元组成，所以当多块拼接成的的大天线，其接收能力增加的并不明显，也就是说效率已不再那么高了。从另一个层面讲，移动天线的高度，基本上就是内部接收天线的高度，如果降低天线的高度，而要达到一定的接收效果（保证天线的增益值），就要在横向上增加天线的长度，即移动天线的直径增大，这种情况是针对于小型车辆而言的，而对于大型的车辆，对体积没有什么大的要求，如海上船只用的移动天线，这样就不拘泥于高度和直径的大小了。
CSA-300移动接收天线的本振是10750MHz，圆极化设计，适合接收香港天浪及即将开播的中国直播系统的圆极化信号，并不适合接收线极化信号，因为线极化信号都有极化角的要求，使用过波导线平面天线的朋友都知道，这种接收天线的极化角调整实际上是通过转动天线的倾斜角来达到目的的，但移动天线，尤其是这种平板天线都是水平放置的，不可能将移动天线整体进行倾斜，故接收圆极化信号是最适合的，同理CSA-210这个型号的单轴跟踪天线也是如此。
CSA-210M、100J、300这三种较小型天线都适合于小型车辆的移动接收，它们适合在卫星信号落地场强较高的地区，后两种则可以在中高场强范围内工作，CSA-210、300这两种天线最适合接收圆极化卫星电视信号，而综合接收能力、性价比及适应范围，CSA-300无疑是陆上小型车辆移动接收最佳的选择。
地面广播电视移动接收技术浅探 篇3
1 数字电视地面广播现状
在当代, 通信传输手段主要有光纤传输、卫星传输、数字微波传输等方式。而地面无线传输方式、卫星传输方式以及有线传输方式构成了中国当前数字电视信号传播的主要方式。而数字电视要实现两方面要求:一方面要能够实现移动接收信号;另外移动的便携性要求较高。这两方面结合起来, 对系统的难度要求就很高了。数字电视地面广播通信和卫星通信相比更为廉价;和有线通信方式相比, 不受布线的影响, 能够很好地规避城市建设以及自然灾害或者战争灾害的影响。
完善且科学的数字电视地面广播系统具备完善的蜂窝单频网功能, 能够很好地提高频谱的使用效率, 也可以由无线方式接入市场。而数字电视地面广播在移动方面以及通信方面的杰出表现能够很好地满足人们对信息的获取要求。
2 移动接收中遇到的一些问题
(1) 障碍物反射、散射以及衍射, 导致信号衰弱。在数字电视地面广播信号的传输过程中, 经常会碰到各种障碍物, 而电磁型号会产生反射现象、散射现象以及衍射现象。
(2) 在构建数字电视地面广播系统时, 要充分考虑建设的成本, 接收端的功耗以及接收端接受方式的选取。
(3) 电磁信号的多普勒效应。所有的波在传播过程中都可能发生多普勒效应, 而数字电视地面广播信号在传播过程中也会碰到这样的情况, 主要是因为移动接受端处于不断移动的状态, 导致接收端接受信号时, 信号频率会发生改变。
在理论上, 由于多普勒效应和反射、散射、衍射等现象的存在, 不宜使用移动方式接受模拟广播电视信号。但是只要解决好以上三个问题, 就能很好地实现移动交通工具的通信信号接受。
3 移动接受中的无线通信算法
数字电视地面广播中涉及的无线通信算法是基于图着色理论的贪婪算法、公平算法在信道利用率以及信道分配的公平性方面随认知用户及可用信道数变化的情况。SU节点随机分布在一个1000m*1000m的区域内, PU节点在相同的区域内位置固定。采用每个节点被分配到的信道数衡量信道利用率, 用各个节点被分配信道数的方差表征公平性。各个节点被分配到的信道数越多, 信道利用率越高;各个节点分配到信道数的方差越小, 公平性越好, 方差为0是最理想的情况, 但一般情况下无法达到。
贪婪算法在分配过程中, 最大化各个子信道分配的认知用户数, 使得子信道得到充分的利用, 因而其信道利用率比公平算法高。随着认知用户数量的增多, 算法的信道利用率呈下降趋势, 原因在于: (1) 频谱资源有限, 认知用户的增多使得各认知用户被分配的平均子信道数减少, 因而信道利用率降低; (2) 认知用户的增多使得其在一定范围内的分布更加密集, 从而导致仅由位置关系定义的干扰节点数增多, 受干扰条件的限制, 原来互不干扰的认知用户之间可能会发生干扰, 不能同时使用同一信道, 因而信道利用率有所降低。
公平算法虽然在信道利用率上不及贪婪算法, 但由于公平算法优先为那些瓶颈认知用户分配子信道, 因而其分配的公平性优于贪婪算法。与信道利用率的仿真结果略有不同, 随着认知用户数量的增加, 分配的公平性趋于更优的效果, 这是由于当认知用户的数量较少时, 信道资源相对充裕, 算法优先为状况较差的认知用户分配子信道, 这时状况较好的认知用户可能分不到或分到较少的子信道, 各认知用户分得子信道的数量相差较大, 相应地, 其方差值较大, 因而信道分配的公平性较差;然而当认知用户数量增多时, 对子信道的竞争更加激烈, 各个认知用户分得子信道的数量之间不会相差太多, 因而信道分配的公平性就会变好随着可用子信道数量的增多, 分配的公平性有所降低, 同样是由于各个认知用户分得的子信道数差距的拉大所导致的。
新世纪以来, 随着数字技术、网络通信技术、计算机技术等技术的不断发展。移动接收成为广播电视技术发展的重要方向。本文作者结合工作实际就地面广播电视移动接收技术这一重要议题展开讨论, 分析了当前数字电视地面广播的现状, 分析了移动接收遇到的一些问题, 进而分析了地面广播电视移动接收中涉及的无线传输技术。
参考文献
[1]任聪聪.浅谈地面广播电视移动接收的相关技术.现代媒体技术, 2011.
[2]蒋丽丽.对地面广播电视移动接收技术的几点思考.电力电子技术.
电视移动接收技术要领 篇4
1 数字电视地面广播 (DTTB)
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。
2 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。
3 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。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:a.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;b.通过各子载波的联合编码, 具有很强的抗衰落能力;c.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。
4 移动接收制式
众所周知, 地面数字电视广播系统目前有多种制式, 这些制式总体上可以分为单载波方式和多载波方式两类, 美国用的ATSC是单载波的, 欧洲的DVB-T是多载波的。英国是实施DVB-T标准最成功的一个国家, 并成功地开通了地面数字电视广播。法国、瑞典、西班牙在实施地面数字广播方面也获得了成功。除我国自己提出的若干种制式, 我国DTTB的制定原理是:a.传输信息要大, 支持包括高清电视的多媒体广播服务;b.抗干扰能力强, 在一般室内环境下可接收;c.与现有模拟广播电视频道兼容, 并有利于频道规划和摸拟向数字过渡;d.具有灵活性;支持标准高清晰度和高清晰度兼容的是视广播, 支持移动接收设备, 支持便携接收设备;e.具有可扩展性;支持包括互联网的交互数据综合业务, 支持广播网络化的发展需要。整体性能指标应优于或相当于相应的国外现有标准的性能。
移动卫星电视接收系统设计 篇5
移动卫星电视接收系统包括室外和室内两大部分, 室外部分是天线本体, 室内部分是天线自动控制系统和接收控制系统。
天线本体由三轴跟踪转台、碟形天线、天线罩防护组成, 三个轴都由直流电机驱动, 并装备水平、俯仰、方位传感器, 可在自动控制系统的控制下, 实现闭环跟踪。自动控制系统由电控箱、接口卡、计算机和控制软件组成, 用于控制天线的运动, 实现选星、自动寻星、自动跟踪等功能, 接收控制系统用于接收馈源信号、选择卫星波段、设置接收参数等。
2 机械结构
天线本体从外面看, 是一个玻璃钢制成的圆桶形天线罩, 天线罩既能保护天线, 使天线不受雨、雪、水、风、阳光等的影响, 又能透过电磁波, 对电视信号的衰减作用很小。电线罩内是一套三轴闭环跟踪的天线, 从下向上依次是支架、方位轴、水平轴、俯仰轴、抛物面天线。
3 电控系统
电控系统由微机、接口板、电控箱、GPS组成, 电机的运动控制采用二级控制, 计算机负责数学运算、指向、跟踪算法, 通过接口板向电控箱发出电机的速度与方向命令, 电控箱内的单片机负责执行具体的电机动作。
微机采用工业控制计算机, 工控机的优点是性能稳定、抗干扰能力强, 适合在恶劣环境下使用, 它的电源功率大, 配有多种总线插槽和接口, 能同时接入较多板卡。
操作系统使用Windows XP, 主要考虑XP的用户多, 使用方便。
计算机接口板共三块, PCI7401、PCI7501、TP514, 插在工控机底板的PCI总线上。
PC-7401是PCI总线的16通道AD转换卡, 可把从卫星信号接收机上传来的视频信号转换为数字信号, 用于判断卫星信号的强度。
PC-7501是PCI总线的128路通用数字TTL电平输入/输出板, 具有8个8位数字输入口及8个8位数字输出锁存口, 共有64路输入及64路输出, 输出口具有上电清零的功能, 特别适合控制继电器板等需要上电初始化状态为0的应用场合。用于计算机与电控箱通信, 向电控箱发送控制命令, 从电控箱读取三个轴的当前状态。
TP514是PCI总线的4路RS232串行接口扩展卡, 用于与各个传感器的通讯。
电控箱内是电机驱动电路及单片机控制系统, 包括电源、电机驱动器、单片机控制板、接口电路、数码显示电路、限位与保护电路等。单片机采用ATMEL 89C2051, 负责读取从微机传来的控制信号, 控制各电机按不同的速度的和角度转动, 读取各电机的工作状态 (运行, 停止) 并发送给计算机, 读取各传感器的值, 并在数码管显示器上显示, 读取电视信号并整形放大, 输出到计算机的AD转换卡, 负责各电机的行程限位保护, 发生限位时停止电动的动作, 并点亮报警指示灯和蜂鸣器。除GPS外, 微机与所有设备的通信、控制均通过电控箱中转后实现。
便携式GPS接收机由吸盘天线、信号导线、接收盒组成, 通过USB接口与微机通迅, 实时提供移动天线所在位置的地理经度、纬度、高度、世界时等信息, 本系统主要使用其经纬度信息。
4 自动控制软件
自动控制软件用C++Builder语言编制的, 基于windows环境的窗口应用程序, 它实时读取各传感器传来的航向角、天线方位轴转角、天线高度轴转角、天线水平角、移动天线经纬度、电视信号强度等信息, 计算卫星的当前方位角和仰角, 并控制天线电机运动, 使天线自动指向卫星, 在天线载体运动过程中, 不断调整天线的方位、水平与仰角, 使天线一直指向卫星所在的方向, 实现动中通的移动卫星电视接收。
参考文献
[1]宋光旭.常见卫星电视接收天线.有线电视技术.2005年15期.
[2]刘进军.卫星电视原理.国防工业出版社.2009年1月, 1-1.
电视移动接收技术要领 篇6
如今, 人们对在移动中通过卫星网络进行通信的需求越来越大, 特别是基于车载、船载在移动中收看直播卫星电视节目的需求增长很快。本文介绍了一种车载移动卫星接收天线, 具有稳定性强、适用范围广、抗抖动等特点, 在高时速抖动路面也可以稳定接收, 可广泛应用于房车、轿车、SUV、M PV、大巴车、中巴车等, 并可用于长途客运、商务旅游、自驾游等场合。
产品采用高精度惯性测量和信号跟踪相结合的技术, 使载体在多种运动情况下天线中心轴都能准确对星, 即使卫星信号被遮挡, 通过高精度的惯性测量系统, 也可实现实时对星, 从而使载体在通过遮挡物后可瞬间捕获卫星信号。并且在复杂运动中 (如剧烈颠簸路面、急转弯、高速运动、船体运动) 正常工作, 电视画面不间断。
2 主要性能指标
3 基本工作原理和系统框图
3.1 基本工作原理
车载移动卫星电视接收天线系统分为室外单元和室内单元。室外单元即天线伺服系统;室内单元包括电源隔离器和接收机, 各设备之间采用同轴电缆线连接。
天线伺服系统由天线、高频头、伺服硬件电路、伺服软件、步进电机、陀螺仪、电旋转连接器、轴承、皮带、天线罩、底盘等部件组成。
车载移动卫星电视接收天线系统在初始静态状态下和静中收系统的接收原理一样, 即自动搜索定位。在仰角固定的情况下转动方位, 并以信号极大值方式自动对准卫星。而当车体在运动过程中时, 系统将根据陀螺的变化量测量出车体的姿态变化, 再通过伺服机构调整天线方位角, 以保证车体在变化过程中, 能够对卫星进行持续跟踪。
3.2 系统框图
4 车载动中通天线主要单元电路设计
4.1 天线
4.1.1 天线的结构设计
平板波导裂缝天线是一种具有增益高、副瓣电平低等特点, 其结构特点具有刚强度好、厚度薄、重量轻、安装方便等。因此, 在车载、雷达及通信等领域的应用日益广泛。随着应用不断推广和电讯要求的不断提高, 天线的结构设计愈发复杂多变。
天线采用波导裂缝形式, 采用4×16单元组阵, 方位向16单元, 俯仰向4单元。天线共三层结构, 第一层为变极化微带板层, 第二层为辐射缝层, 第三层为馈电网络层。天线各层间通过自定位结构和螺钉连接。天线馈电采用1分16E弯功分网络, 经扭波导变为开口波导, 开口波导馈4个辐射缝。为增加增益, 辐射单元间距为0.9λ, 辐射单元间通过加金属栅, 压单元波瓣, 以抑制栅瓣, 提高增益。辐射缝隙为单线极化, 通过在其上方加耦合微带振子的形式实现圆极化。通过从波导宽边分层等设计, 提高了天线的公差容忍能力, 为降低成本, 减轻重量, 天线采用高压注塑和表面金属化形式。
4.1.2 天线的指标
从系统角度出发, 为满足二级路面、轻微颠簸爬坡以及华南地区南北向大部覆盖, 天线俯仰面采用宽波束;受接收区域天线增益要求的限制, 即天线增益需大于29d B, 因此在天线方位向增加单元数, 来满足增益要求。单元数增加、天线波束变窄、天线尺寸变大, 通过折中考虑, 天线采用4×16阵列, 即俯仰向4单元, 方位向16单元。
在系统中天线可选的形式为微带天线或波导缝隙天线。微带天线优点为重量轻、成本低, 缺点为效率低, 天线增益低;波导缝隙天线优点为效率高、增益高, 缺点为成本高、重量重。在满足同样电性能的前提下, 微带天线需要更大的空间尺寸, 这对整机的尺寸、剖面以及伺服带来不利影响。因此, 方案选择波导缝隙天线方案, 其设计重点为降低成本、减轻重量。
4.2 伺服系统
系统在自动跟踪卫星的过程中, 采用了“陀螺闭环稳定+电平跟踪”的方案。在载体运动过程中, 使用陀螺作为电机伺服控制的反馈元件, 敏感载体运动过程中在方位角度的变化, 通过反馈补偿保证载体运动过程中的稳定。但由于陀螺长时间工作产生的零点漂移等因素的影响, 在陀螺稳定的基础上, 还需借助电平辅助跟踪。
系统上电后, 步进电机驱动天线旋转进行信号搜索, 一旦发现信号电平大于设定的门限值, 就进入步进跟踪状态。系统根据检测的卫星信号电平, 通过步进跟踪, 逐步逼近最大信号电平对应的位置。
4.2.1 测姿单元
因为系统遮挡的时间总是比较短的, 因此, 陀螺仪的长期稳定性并不需要考虑太多。因为搜索整个空域的时间比较短 (大约在5s左右) , 故不需要GPS设备, 直接利用卫星信号来确定初始位置。伺服电路板中的陀螺仪选用日本某公司的MEV-50A-R。
4.2.2 跟踪策略
在初始对星以及因为遮挡短时间内无法收到卫星跟踪信号的情况下, 只有依赖姿态测量系统的输出开环跟踪, 即姿态测量发现偏置多少, 就修正多少。这时, 偏置量的选择就显得十分重要, 偏置量越大, 灵敏度越高, 但损失越大;反之, 偏置量小, 灵敏度不足, 但损失较小。为了解决这个问题, 在跟踪时可以采用变偏置角的方法, 即搜索时采用大偏置角, 稳定跟踪时将偏置角减小。这种利用信号大小的反馈来跟踪卫星的做法叫闭环跟踪方法。
在车载系统中, 遮挡是影响的关键要素, 除跟踪的策略以外 (如何更好地融合闭环和开环跟踪) , 接收灵敏度或者说信噪比可能也影响图像的连续性。
4.2.3 单片机及软件设计
单片机选用某公司的PIC16F873A, 其引脚定义如图4所示。
4.2.4 伺服控制电路印制板图
5 车载接收天线结构设计
车载移动卫星电视接收天线系统的结构设计充分考虑到其性能特点和各种恶劣的工作环境, 确保有良好的环境适应性、防水、防潮等性能, 使其能够在各种环境下稳定的接收信号, 且更加经济实用, 大大提高了生产效率。天线的底座采用铝合金压铸成型, 铝合金具有良好的结构强度、耐腐蚀性和易加工铸造性, 从而很好的满足了产品的结构性能和高可靠性的要求。
天线系统的重量小于8kg, 射频输出接口采用标准的FL10-75Z Y接口形式, 易于维护。由于工作在室外, 工作温度范围应达到-10℃~50℃, 与馈线连接处采用防水胶带缠绕保护结构设计, 可保护连接处不被雨淋, 且易于安装、操作。在安装方式上, 采用磁性吸盘吸附于车顶。
6 结束语
通过大量的跑车试验、高低温试验、拷机试验表明, 本系统具有优越的驱动性能, 快速的系统响应能力, 可靠的稳定性能和很高的跟踪精度, 达到了设计的要求, 满足了在不同路况条件下准确跟踪目标卫星的使用条件, 确保了能稳定、流畅地收看卫星电视节目。
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电视移动接收技术要领 篇7
地面数字电视传输系统分为单载波(Single Carr er,SC)和多载波(Multi-carrier,MC)两大类技术。前者以美国ATSC标准为代表,后者以欧洲DVB-T标准为代表。
在地面数字电视传输系统的设计与实现中,接收端解调器中的信号处理部分是关键。
地面数字电视系统发送端的视音频编码技术比接收端解码技术要复杂,目的是要提高解码质量或降低所占用的有效比特率;而接收端的解调技术则比发送端的调制技术复杂得多,因为它要面临恶劣的空中传输环境。
此外,在发送端系统中除了有较强的纠错编码以外,还要增加各类同步码,以方便接收端迅速捕获信号,并保持对所需信号的可靠接收。
固定接收遇到的恶劣的空中传输环境有:大气的湍流、漂浮物(雾状细水滴或沙尘)及云雨雷电,大风造成的树叶树枝晃动(电波的反射或穿越),城镇楼群密集的电波阻挡和反射(形成回波,即多径),江河湖海的水面波浪反射,各种电气火花(电动火车、汽车、拖拉机、霓虹灯、家用电器)的宽谱噪声干扰,室内风扇旋转叶片或飞机螺旋桨的反射,大风引起发射天线所在的高楼或大铁塔的晃动等。
因此,地面数字电视传输系统的整体设计,首先要为接收端的关键技术服务。美国ATSC[1]、欧洲DVB-T[2]、日本ISDB-T和中国的地面国标(GB20600-2006)[3]的制定都是这样。
地面数字电视传输系统解调器的框图见图1。其中,天线系统需要区分固定接收和移动接收。前者可采用方向性天线(4～10 dBi),特别是窗外天线或屋顶天线;而后者一般则采用无方向性天线。中间的3部分(调谐器、信号处理和信道解码)中,实现解调器的同步、信道估计和均衡的信号处理部分是关键。而控制器内的数字信号与模拟信号“交叉”的自动增益控制(AGC)、自动频率控制(AFC)和A/D变换也非常重要。此外,中间3部分是相互密切关联的,而非简单级联;3部分由控制器统一协调。但以上这些关键内容难以从地面数字电视传输标准的文本中直接看出。而随着集成电路性能的逐年提高,这些关键部分的算法就成为传输标准确定后各高科技公司不断进行开发而竞争的主要内容,并由此带动全系统的性能价格比逐年提高,使消费者不断受益。
吴奕彦等曾在文献[4]中指出过ATSC的优点以及不能实现移动电视接收和组建单频网(SFN)的不足。而DVB-T的推荐者一直宣传“单载波系统不能实现移动电视接收”。这对中国学术界和广电运营商也带来一定影响。“单载波系统实现移动电视接收和组建单频网(SFN)”成为国际难题。
实际上,ATSC本来就是为固定接收业务设计的,而DVB-T也是这样。
在欧洲DVB组织多年担任技术部主任的Ulrich Reimers(德国Braunschweig工业大学通信研究所主任)主编的数字电视广播教科书[5]中,对DVB-T标准写道:“该系统应该能够为采用屋顶天线的固定接收提供最佳的覆盖范围。希望能够支持便携式接收机的固定接收;而移动接收则不是制订标准的目标。”但DVB-T由于采用了OFDM技术,可实现移动电视接收。这样,在1999年巴西对3种标准(美、欧、日)的测试[6]中,巴西强调移动电视性能,从而舍弃了ATSC,并最终采纳了日本ISDB-T标准,并于2007年12月启动业务。
DVB-T移动电视业务是2000年首先在新加坡实现的,而不是在欧洲本土;2002年夏又在我国上海实现,并随即在我国一批城市中采用,其进展和规模大大超过欧洲!当时,正在研究制定中的具有我国自主知识产权的两套方案———ADTB-T/OQAM系统(属单载波)[7]和DMB-T/TDS-OFDM系统(属多载波)都面临DVB-T的挑战,尤其是前者是否能实现移动电视接收!
2002年12月,上海交大小组与上海东方明珠集团合作(单个发射点),在上海演示ADTB-T/OQAM系统的720 p HDTV移动接收:从浦东到浦西市区的主要街道总行驶距离约58 km、持续一个半小时余的深夜行程中,除过江隧道外,图像显示“中断”较少。获得观看演示的ATSC主席Robert Graves先生等国外专家和香港ATV TVB专家的好评[8]。2003年元月,该小组又在上海实现该单载波系统2个发射点组建SFN。
ADTB-T/OQAM系统的现场演示说明:单载波系统实现移动电视接收和组建单频网的国际难题在技术上已经解决;仅需在中国地面国标的制定和产业化过程中应用之、完善之。
2 对移动电视接收的初步分析
对于移动电视接收而言,典型的恶劣空中环境的例子是:在上海东方明珠大塔发射数字电视信号,而在市中心的淮海路(东西走向,长度超过10 km;位于发射塔的西偏南方向)高速行驶(深夜车速达120 km/h)的面包车上进行接收(测试采用“十”字形接收天线)。其特点除第1节已提及的以外,还有:
1)由于高楼林立的遮挡,绝大部分时间内接收不到直达信号,而主要靠回波(多径)信号;
2)一般公交汽车的无方向性接收天线的高度不足3 m(小轿车的不足2 m),与农村家庭可使用高度10 m、方向性强(10 dBi)的屋顶天线相比,对场强的要求有巨大差别(>15 dB);
3)周围内燃车辆的火花干扰在车辆启动时(红绿灯变换)尤为明显,容易造成接收“中断”;
4)车辆在道路边缘行驶或停靠时,由于楼房和树木的遮挡,信号显著变弱(下降10 dB或更多),也容易造成接收“中断”;
5)夜间则还有满街的霓虹灯;等等。
图2说明:在行驶中的车辆可能接收到的来自不同高楼的回波或多径(两者在理论上是等效的),而直达信号也可以看成是其中之一。其中E1和E4将有正的多普勒效应:解调器接收到的载波频率上升!而E3和E5则将有负的多普勒效应:解调器接收到的载波频率下降!而E2是正在由正的效应向负的转变之中。
还可看出:采用无方向性天线接收时,接收到的信号有3类:1)主信号:解调器时钟所锁定的、在时间域的最强信号;2)超前回波:其信号在主信号之前到达,时间延迟为负值;3)滞后回波:其信号在主信号之后到达,时间延迟为正值(其幅度可能与主信号相等,称为“0 dB回波”)。这3类信号的幅度和相位都在随时间变化(多普勒效应相当相位变化)。
舍弃超前回波或滞后回波的两类之一,或者采用正前方稍有方向性的天线(如3 dBi),由于各类回波的时延和相位都具有随机性,看来都不可取!仅铁路移动电视ADTB-R系统(见上海高清网站:www.hdigroup.net)为例外:SFN的发射点“沿线”布设,火车则“沿线”行驶,因而可采用“8”字形辐射图案的发射天线和接收天线。
假设车辆最高时速为400 km/h(中国高架铁路),并有超前回波和滞后回波,则适应多普勒效应的解调器载波频率偏移需满足
式中:300 000 km/s为无线电波传输速度。
地面国标C=1的“双导频”可选项可用于解调器对接收信号的载波频率自动跟踪。对于地面国标C=1的“双导频”可选项[3]而言,两个导频信号的频率差值是7.56 MHz;它就是两者由非线性电路生成的拍频(beat)之频率值。而由移动接收速度400 km/h的多普勒效应引起的拍频频偏等于:±3.704×10-7×7.56 MHz=2.80 Hz。此拍频信号的数值大(频偏小),幅度也大(比平均功率高3 d B)。因此,可设计某种高Q值单频率信号检测器,来检测此拍频信号,并通过AFC高效、快速完成频率跟踪。
从图2还可看出:5个回波中的任何1个或者几个,都可看成是SFN的发射点的直达信号(或其反射信号)。因此,如果在解调器的信号处理关键技术中解决了处置回波的技术难题,也同时解决了单载波系统组建SFN的技术难题。
与此同时,还可推论:固定接收也可开发类似技术来处置动态回波。后者的第一例是:在展览会的展台上演示无方向性天线发射地面数字电视信号,而采用无方向性天线接收。由于会场内观众时多时少(衣着的电波吸收不同)和随机挪动,加上建筑物铁架复杂和多类平面墙体、广告牌等的反射,接收到的回波信号复杂并随机变动。后者的另一例是:在高楼密集的市区进行室内或窗外的固定接收:当缺乏直达信号而依赖于回波信号进行固定接收时,由于市区车辆繁忙,其动态回波所造成的接收信号也是随机变动的。
以上的讨论主要针对固定发射-移动接收方式的应用,它同样适用于移动发射-固定接收和移动发射-移动接收等应用。
最后,移动电视接收中往往难以避免地会出现接收“中断”(drop-out)。因此,需要关注:解调器如何在接收中断后迅速实现载波(频率)恢复和时钟恢复(即相位的跟踪和同步捕获),然后恢复正常显示活动图像(略去对伴音的讨论)。本节已用地面国标C=1的“双导频”为例,说明解调器的载波频率自动跟踪技术;而相位跟踪问题则将在第5节讨论。
3 单载波实现移动电视接收原理
从原理来看,以DVB-T为代表的多载波技术利用OFDM的保护间隔原理,处理回波极为简洁(图1的信号处理部分)。而DVB-T的不足之处是:发送端的3类导频信号[8]过多占用“子载波”,导致频谱利用率下降[9]。而地面国标C=3 780把PN420或PN945放在“保护间隔”,提高了频谱利用率[9],但它却变成一个单载波/多载波的混合系统,同时带来一些不利因素。
而单载波系统与多载波系统相比在原理上是等效的。多载波系统能够利用DFT简洁解决回波问题,单载波系统则可望通过几百条并行的算法(通过拼“算法”)来解决。在主信号和数量不多(如不多于2个)的强回波信号(都属时间域信号)的条件下,在集成电路处理性能逐年提高的情况下,破解此国际难题是可能的。
4 考虑非专家主观判据并合理缩小数据结构
在公交车辆(或小轿车)中坐着或站立着观看移动电视的观众,其观看条件是:屏幕尺寸较小(不大于24 in)、周围声音嘈杂、车辆颠簸震动等。这种注意力容易分散的观看条件同家庭内的固定接收显然不同。
据此,本文提出移动接收的非专家主观判据,允许“图像冻结1个图像帧时间(40 ms)”,来替代固定接收的专家判据。后者如美国ATSC的判据:专家刚刚没有觉察任何图像损伤的临界情况,相当于BER=3×10-6。
为保证移动电视接收在出现中断后能迅速恢复正常,需在系统设计中缩小数据结构。本文建议的合理数据帧绝对时间约4 ms,是针对图像帧时间40 ms(帧频25 Hz)提出的。ATSC和DVB-T的数据结构都偏大(表1)。
这是考虑:1)当解调器(图1)出现未能纠正的误码时,允许显示图像“冻结”一次,持续40 ms(图像显示电路重复上一图像帧)。这样,在接收中断时,不会出现一般观众容易觉察的“马赛克”等图像损伤或“黑屏”。2)这个数值不能太小(数据帧的头部信息开销过大),以避免有效比特率降低过多。3)它又不能太大,要保证在40 ms内,解调器有足够时间对数据帧进行多次反复的信号处理。因为,在40 ms的这段时间内,数据帧同步信号将出现9次,如果用3次即完成同步捕获,余下的时间(28 ms)都可留给信道估计和均衡(图1信号处理)。
*图像帧频为25 Hz;若为30 Hz,则取约3.33 ms。
可对比的是:ATSC如果也用3次完成数据帧的同步捕获,共需48.4×3=145.2 ms;它是图像帧时间33.33 ms的4.36倍。再考虑信道估计和均衡所需时间,例如,总共需要0.3～0.4 s。这对于固定接收是可以接受的;因为接收中断极偶然发生。但对于经常发生中断的移动接收,图像若冻结10帧(持续0.3 s),观众容易觉察(DVB-T超帧时间更大,情况更为严重)。
地面国标的数据结构则过短[9]。C=3 780采用的PN420和PN945数据帧头部的信号幅度还要加3 dB,有利于室内的便携式接收。但这却增大了符号间干扰(ISI)[9],给图1的信号处理关键部分(信道估计和均衡)增加了难度,顾此失彼。
5 过采样相位跟踪
解调器接收到的回波信号的相位是随机的。以ATSC每48.4/2=24.2 ms(表1)出现1次的数据场同步PN511[1,7]为例,进行讨论。ATSC的PN63或地面国标的PN420,PN595,PN945等都有类似情况。
主信号PN511码由于高速(如400 km/h)移动,多普勒效应产生的相位偏差并不严重(1 bit或BPSK调1个符号的相位变动相当于2π)
但家用接收机的廉价晶体振荡器的频率与额定频率相比,一般可有±10-4的偏差!如果直接考虑PN511位码的符合电路,这个容许的偏差相当于
而±0.05 bit代表相位差为±π/10,即相位有所错开。这样,接收信号的PN511和解调器的PN511两个序列的相位差从511位码的第1位为0,逐个比特位增大;到256位时,为π/20;到511位码的末位左右时,则为π/10左右(相位差18°)。符合电路的整体效率显著下降(误码还未纠正)。
为此,1)建议取511码的部分序列(partial sequence)。尽量使进入符合电路的两对部分序列之相位差不超出±π/80的范围。换言之,要提高符合电路的相位分辨率。2)过采样:解调器采用高速处理电路进行并行处理,即其时钟设计为有效带宽的16倍或更高。据悉,ADTB-T OQAM系统[7]的解调器芯片处理时钟,是有效带宽的16倍,即7.14×16=114.24 MHz。这就是说:在解调器中至少可有16套并行的电路,其相位差是2π/16=π/8。
2008年夏劲松关于ATSC接收机的两篇论文[10,11]就是这方面的研究成果:把PN511拆成6组63位的“部分序列”,采用一系列相位错开的并行电路,可获得有效结果。
6 合理利用回波信号的能量
主信号和单个0 d B回波的能量叠加,可有3 dB的增益。无信号或信号过弱,则无法实现接收。但有多个回波而门限值上升或接收失败,则可判断解调器算法有待改进。要考虑到:把回波当作可利用的能量,而不当作干扰去抑制。
以主信号和单个0 dB回波(其幅度与主信号相等)的简单例子而言,如果能够把这两个信号的能量相加,应该获得3 dB增益(门限值可望下降3 dB),其必要条件是:两者的相位必须相同。
2003年秋美国LINX公司通报其ATSC与DVB-T接收机样机由第三方进行的固定接收测试结果[8](参见表2),可见:7种回波模型中,ATSC样机“彻底翻身”。而DVB-T的门限值性能也显著改善。其中,7种回波模型中有4种模型的门限值与没有回波时相比,下降2.6～4.0 dB(证实:合理利用回波能量的思考是有效的)。此外,其余3种巴西模型中的A稍有上升,B上升1.4 dB,E则上升5～6 d B(这些比起原来的结果有所改善,但都有待改进)。
移动电视系统的同步码常用BPSK调制,而其负荷(payload;有效信息部分)则常用QPSK(或4-QAM)调制。下面以此出发进行讨论。
如果接收到的强信号有1～3个(包括主信号和回波),其幅度差值不超过3 d B。那么,可只对这几个强信号作处理,而舍弃其余弱信号和噪声。方法是在中频或基带输出的8或10位A/D变换输出中,只取其最高有效位(msb)的前2位,而舍弃其余位,即舍弃小于-3 dB的所有信号,把它们置“0”。这样可显著提高运算的效率和速度(8位A/D只需处理其高2位,处理能力至少是4倍关系,大量运算弱信号和噪声并无意义)。
注:(1)校正值指没有回波,仅有AWGN时的常规测试结果;(2)括号内数据是2000年3月巴西实验室测试结果,但由于校正值不同,列出的数据仅供参考;(3)表中括号内“失败”指不能实现正常接收。
7 采用非线性处理替代线性处理
信道自适应均衡器一般采用线线性滤波器进行处理,追求某种最小值:最小均方值(LMS)或最小均方误差(MMSE)。ATSC标准文件介绍接收机自适应均衡器时采用LMS,并提出2个级联的部分:1)64抽头(tap)的“前馈横向滤波器”;2)192抽头的“判决反馈滤波器”。这2类滤波器显然都是线性滤波器。而为了缩短运算时间,可考虑:1)把浮点运算改为整数运算;2)把线性滤波器改为非线性滤波器。
所谓“追求某种最小值”,就是通过自适应的算法,多次自动修改参数而“收敛”到某种最小值。而收敛过程是一个多次运算的过程。如果针对某种回波模型,参照线性滤波器的设计而找到某种非线性滤波器的近似解答,运算次数有可能减少,如减少为原来的1/2甚至1/4。
综合以上讨论,可得下面的表3。其中第1项容易做到。第2项结合“部分序列”概念和并行运算,可提高相位分辨率(加快同步捕获;如相位分辨率达到π/16以上)。第3项仅处理主要能量的信号,不仅减少处理的位数,还可望提高整体处理效率。第4项则是用较少的运算达到相似的结果。而从综合第3,4项的数值可看出:处理的速度将是原来的8倍甚至20倍。
把以上几方面的技术措施综合应用,就可创建单载波系统实现移动电视接收和组建SFN的新技术路线。
8 现场测试中建议的实验方法
移动电视接收的回波模型首先是巴西广播电视界提出的;随后国际和中国有关组织都做了一些测试规定。但这些模型难以包括现场测试中遇到的“千变万化”的情况。因此,研究单载波系统实现移动电视接收性能算法的小组,在完成已知的各种模型的算法后,需要在现场测试中不断发现新问题、提出新算法、不断改善性能。
在移动电视的现场测试过程中,需要“边走(车辆行驶)、边记录(有关数据)”。可记录的有关数据有:门限值、误码率、频谱和电视图像(伴音)的录像带,特别是有GPS导航系统的行驶地图记录和特殊环境记录(红灯停靠时;车辆沿路边行驶或停靠;有摩托车在旁边行驶过;夜间霓虹灯情况;偶然的雷电;其他人为噪声干扰等)。
此外本文还建议:
1)为了观察现场测试中的回波情况,可在接收机样机的解调电路中,设计一个简单的电路(利用“符合电路”),在示波器上显示图3的图形。这样,就能在实验车辆行驶过程中,观察到(以及记录)始终在迅速变动中的图3图形,方便事后对不明原因“中断”的分析。
2)把非专家判据的“冻结1次图像帧”仍然当成“接收成功”。这样,在分析所记录的录像带时,按照1 s为单位统计的“接收成功率”比起国际规定的专家判据将高些。
这样,单载波系统实现移动电视接收的性能不断改进,就有“接收成功率”(包含专家和非专家共2种判据)的简单量度。
9 简短小结
1)本文探讨单载波系统如何实现移动电视接收的一系列考虑;它已在ADTB-T/OQAM系统中获得应用,并延伸到地面国标。
2)类似的技术也可望在ATSC的固定接收和ATSC-MH标准的移动接收中获得应用。
3)但任何技术都不是“万能的”。需要继续探讨单载波系统和多载波系统各自的优缺点。如果能“取长补短”而综合两者,则最理想。
致谢感谢夏劲松先生(原美国LINX Electronics公司技术总监)在2001年3月与笔者的私人讨论。
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