地面數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)的信道估計研究

馬小巍

國家廣播電視總局二〇三臺 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

目前的電子產(chǎn)品市場中，無論是世界上的哪個國家，電視都是市場中重要的商品。目前世界已進入數(shù)字電視時代，電視信號通過數(shù)字化手段進行傳輸，畫面質(zhì)量提高的同時，信號傳輸效率也有質(zhì)的提升。然而，當(dāng)前的數(shù)字電視的信號傳輸過程中仍然伴隨著環(huán)境差、頻譜少等問題，造成數(shù)字電視信號傳輸?shù)牟环€(wěn)定。對于這一問題，需要進行新技術(shù)的開發(fā)研究予以解決。

1 數(shù)字電視的發(fā)展歷程及問題

1.1 數(shù)字電視發(fā)展歷程

在世界范圍內(nèi)，最早的數(shù)字電視技術(shù)的研究可追溯至上世紀(jì)80年代。數(shù)字電視的發(fā)展歷史相對較短，但取得了極為顯著的成效。自90年代起，西方發(fā)達國家紛紛完成了數(shù)字電視組織網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，從此開始，數(shù)字電視在歷經(jīng)短短十余年的研發(fā)后，真正走進了千家萬戶，豐富了人們的生活。

中國的數(shù)字電視研究于上世紀(jì)80年代正式開展，1992年，中國成立了數(shù)字電視研究領(lǐng)導(dǎo)小組，數(shù)字電視領(lǐng)域的研究真正實現(xiàn)了組織化、系統(tǒng)化，這對于之后的數(shù)字電視技術(shù)進步與數(shù)字電視普及起到了至關(guān)重要的作用。在1998年的8月份，中國第一臺高清數(shù)字電視的功能樣機出廠，次年10月，成功進行了國慶50周年閱兵式的數(shù)字電視轉(zhuǎn)播，數(shù)字電視技術(shù)真正具備了實際應(yīng)用價值，進入到一個成熟的發(fā)展階段。2015年，中國最終形成了數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。

1.2 數(shù)字電視發(fā)展中存在的問題

中國的數(shù)字電視系統(tǒng)是基于TDS-OFDM系統(tǒng)進行研究開發(fā)的，因此在實際應(yīng)用中，也體現(xiàn)出與OFDM系統(tǒng)相同的一些問題，主要有以下三方面。

1.2.1 易受到載波頻段偏差的影響

OFDM技術(shù)要求信號傳輸中每個子載波彼此之間呈現(xiàn)正交的關(guān)系，但是在實際的技術(shù)應(yīng)用當(dāng)中，正交性子載波極易受到各類外界因素的干擾。例如，數(shù)字電視信號傳輸過程中，由于收發(fā)端的載波頻率彼此之間不匹配，導(dǎo)致接收的信號在頻域內(nèi)出現(xiàn)偏移現(xiàn)象，進而導(dǎo)致各個子載波之間出現(xiàn)能量的“泄露”，破壞子載波之間的正交性，最終使得系統(tǒng)的誤碼率出現(xiàn)惡化。

1.2.2 較高的峰均功率比

OFDM系統(tǒng)發(fā)送的電視信號是若干個子載波信號的中和，當(dāng)有多個子載波信號重合時，會增大重合信號的即時功率，遠大于正常的信號傳輸功率，信號的峰均功率比會出現(xiàn)大幅度的增加，需要系統(tǒng)根據(jù)實際需求添加相應(yīng)的硬件設(shè)備，增大了數(shù)字電視系統(tǒng)的構(gòu)建成本。同時，這也會造成信號傳輸中大范圍動態(tài)信號的失真，影響整體系統(tǒng)的工作性能。

1.2.3 符號間的干擾

由于中國當(dāng)前采用GB20600-2006信號傳輸標(biāo)準(zhǔn)，其幀結(jié)構(gòu)為PN后直接關(guān)聯(lián)數(shù)字電視信號，系統(tǒng)設(shè)置中，不像DVB-T系統(tǒng)有一個循環(huán)的前綴CP頭。將PN從接收端口部分移除后就等同于一個ZP-OFDM系統(tǒng)。由于缺少CP的保護，會使系統(tǒng)內(nèi)部的信號傳輸過程中各個信號之間的彼此干擾，導(dǎo)致系統(tǒng)功能的惡化。

2 數(shù)字電視系統(tǒng)信道估計計算

2.1 計算參數(shù)設(shè)定

系統(tǒng)的信道估計計算主要采用循環(huán)卷積算法，使用GD6與GD8兩種計算模型進行信道估計的計算，兩種計算模型所需要應(yīng)用的具體計算參數(shù)如表1、表2所示。

表1 GD6模型計算參數(shù)

表2 GD8模型計算參數(shù)

2.2 系統(tǒng)信道估計的計算

2.2.1 GD6模型計算

通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)應(yīng)用QPSK調(diào)試方式進行提取分析，最終得到的系統(tǒng)信道估計值，如圖1所示。

通過對圖1的觀察分析能夠發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)前GD6信道計算模型的循環(huán)卷積算法，對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析提取得到的濾波后的信道估計值h能夠身份準(zhǔn)確的得到其真實的主徑值，為之后計算數(shù)據(jù)的均衡在準(zhǔn)確度方面的提高提供了充分的保證。為了仔細研究分析系統(tǒng)中時域循環(huán)部分相關(guān)的信道估計的性能反映，對系統(tǒng)信道均衡前與均衡后的星座圖進行觀察分析。均衡前與均衡后的星座圖，如圖2、圖3所示。

圖1 GD6模型計算信道估計值

圖2 GD6模型計算信道估計值均衡前星座圖

圖3 GD6模型計算信道估計值均衡后星座圖

通過系統(tǒng)信道均衡前后的星座圖示可以看到，均衡后系統(tǒng)信道得到了很好的補償，信道星座點以標(biāo)準(zhǔn)QPSK作為分布中心，呈現(xiàn)中心放射狀分布。如果再運用適當(dāng)?shù)男诺澜獯a方式，能夠去除掉絕大部分的系統(tǒng)運行錯誤。

通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)應(yīng)用64QAM調(diào)試方式進行提取分析，最終得到的系統(tǒng)信道估計值，如圖4所示。

圖4 GD6模型計算信道估計值

通過對圖4的觀察分析能夠發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)前GD6信道計算模型的循環(huán)卷積算法，對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析提取得到的濾波后的信道估計值h能夠身份準(zhǔn)確的得到其真實的主徑值，為之后計算數(shù)據(jù)的均衡在準(zhǔn)確度方面的提高提供了充分的保證。為了仔細研究分析系統(tǒng)中時域循環(huán)部分相關(guān)的信道估計的性能反映，對系統(tǒng)信道均衡前與均衡后的星座圖進行觀察分析。均衡前與均衡后的星座圖，如圖5、圖6所示。

圖5 GD6模型計算信道估計值均衡前星座圖

圖6 GD6模型計算信道估計值均衡后星座圖

通過系統(tǒng)信道均衡前后的星座圖示可以看到，均衡后系統(tǒng)信道得到了很好的補償，信道星座點呈現(xiàn)矩陣狀分布。對于錯誤的解決十分有利。

2.2.2 GD8模型計算

首先是通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)應(yīng)用QPSK調(diào)試方式進行提取分析，最終得到的系統(tǒng)信道估計值，如圖7所示。

圖7 GD8模型計算信道估計值

通過對圖7的觀察分析會發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)前GD8信道計算模型的循環(huán)卷積算法，對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析提取得到的濾波后的信道估計值h能夠身份準(zhǔn)確的得到其真實的主徑值，為之后計算數(shù)據(jù)的均衡在準(zhǔn)確度方面的提高提供了充分的保證。為了仔細研究分析系統(tǒng)中時域循環(huán)部分相關(guān)的信道估計的性能反映，對系統(tǒng)信道均衡前與均衡后的星座圖進行觀察分析。均衡前與均衡后的星座圖，如圖8所示。

圖8 GD8模型計算信道估計值均衡前星座圖

在星座圖示中可以看到，信道星座點以標(biāo)準(zhǔn)QPSK作為中心，在其左上、左下、右上、右下分別形成四個星座點中心，并以這四個中心，呈現(xiàn)中心放射狀分布，如圖9所示。

圖9 GD8模型計算信道估計值均衡后星座圖

其次是通過對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)應(yīng)用64QAM調(diào)試方式進行提取分析，最終得到的系統(tǒng)信道估計值，如圖10所示。

圖10 GD8模型計算信道估計值

根據(jù)當(dāng)前GD8信道計算模型的循環(huán)卷積算法，對系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)分析提取得到的濾波后的信道估計值h能夠身份準(zhǔn)確的得到其真實的主徑值，為之后計算數(shù)據(jù)的均衡在準(zhǔn)確度方面的提高提供了充分的保證。為了仔細研究分析系統(tǒng)中時域循環(huán)部分相關(guān)的信道估計的性能反映，對系統(tǒng)信道均衡前與均衡后的星座圖進行觀察分析。均衡前與均衡后的星座如圖11、圖12所示。

圖11 GD8模型計算信道估計值均衡前星座圖

圖12 GD8模型計算信道估計值均衡后星座圖

結(jié)束語

當(dāng)前數(shù)字電視信號傳輸體現(xiàn)的信道估計的相關(guān)計算結(jié)合具體實際會發(fā)現(xiàn)中國的數(shù)字電視信號傳輸系統(tǒng)仍存在諸多問題，這些問題需要在后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計中不斷加以完善。我國的數(shù)字電視技術(shù)發(fā)展雖然取得了重大成就，但仍然處于發(fā)展的初期階段，這需要在改進具體問題時，緊抓根本技術(shù)的創(chuàng)新。