高速鐵路移動數字電視單頻網系統覆蓋設計的研究

摘 要：文章通過研究數字電視無線網絡的覆蓋方式，得到了適合于高速鐵路專用移動電視單頻網覆蓋方式；考慮到高速鐵路等軌道交通線型覆蓋的特點，將地面單頻網線型區域的覆蓋技術應用到高速鐵路移動數字電視系統無線覆蓋解決方案中，解決了高速鐵路與軌道交通類線型區域覆蓋難題。

關鍵詞：ADTB-R；單頻網；移動數字電視；高速鐵路

以單頻網為基礎適應高鐵的特點進行優化和組網設計才能真正的將其應用于高鐵的移動電視系統中成為專用的無線覆蓋和傳輸技術，ADTB-R中的R才真正有意義（R：Railway）。在覆蓋方面有兩個關鍵點要進行特別細致的考慮：一個是交疊區的覆蓋設計，另一個是功率的覆蓋設計。

對于交疊區的覆蓋設計是要針對性地體現單頻網的特點和優勢，要通過交疊區內同頻干擾點的位置設計巧妙的避開已經規劃好的鐵路線路，使得列車在通過交疊區的時候不會接收到信號正好相同的兩個強信號，盡可能避免類似多徑干擾造成的信噪比惡化的影響。這一點的設計也正好利用到了鐵路線路預定的特點，如果是開放的自由路徑環境這個方法就不再適用了，另一方面也利用了鐵路線路是線型的特點，大家知道天線的覆蓋是呈扇形向外輻射的，相同半徑不同圓心的兩個扇形的會產生一個或兩個交點，在進行交疊區覆蓋時通過設計發射設備的位置也就是圓心的位置就可以來改變交點的位置，也就是相同信號的位置不落在鐵路線上。

而對于功率的覆蓋設計，是要在一定的發射設備的發射功率內通過天饋系統的設計達到最大范圍的覆蓋效率，在這個方面，還是鑒于鐵路線路的線型特點，因此最直接有效的手段就是不選用全向天線而是選用定方向天線進行覆蓋，定方向的天線有效的將射頻功率在很小的扇形角度里發射出去，由于扇形面積小了所以在距離上可以達到很好的覆蓋效果，在實際設計中單個天線的覆蓋距離可以達到4到6公里，用于架設天線的鐵塔里鐵路線路很緊，從6公里的距離來比較鐵塔距離軌道的距離，幾乎可以忽略不計，近似的將發射天線的位置看作是在鐵路線上，這樣，在一個發射設備上用兩個背靠背的定方向天線進行信號發射，就正好可以覆蓋鐵路線路的前后兩個方向的進10公里線路了。選用定方向天線來進行功率覆蓋還可以有效的避免高鐵移動電視系統的信號對系統外的設備造成的干擾，即解決了自身的覆蓋問題又避免了對別人造成影響，一舉兩得。

為了克服現有技術中的不足，完成對高速鐵路軌道交通線型區域的覆蓋，結合交疊區的覆蓋設計和功率的覆蓋設計方面問題的基礎上，文章提出了一種用于軌道不交通的單頻網信號線型覆蓋方法，可以有效地解決軌道交通類的單頻網覆蓋范圍內信號重疊區造成的信噪比惡化，減小了單頻網信號重疊區的覆蓋面積，大大提高系統鏈路設計指標。軌道交通類單頻網的線型覆蓋模型如圖1軌道交通類的單頻網線型覆蓋模型圖所示。

圖1 軌道交通類的單頻網線型覆蓋模型圖

其主要的思想是通過以下技術方案，提出“重疊區反向位移”思想，實現高速軌道交通類的單頻網覆蓋設計，其內容就是采用分集接收的思維方式。接收設備是由解調模塊和天線組成的，解調模塊和天線都是兩套同時工作，每個解調模塊與其中的一個天線相連，分別對接收到的信號進行解調，接收天線也選擇的是定方向天線，它們也是背靠背的安裝在一起，并且同一個信號經這兩個天線接收后由于是定向天線信號強度的差異可以達到20db，這有助于區分多徑干擾的主信號和干擾信號，進行有效地濾除；信號經過接收天線進入到接收機中的解調模塊后，被解調出兩路原始信號，這兩路原始信號經過覆蓋設計的作用已經產生了差異，再經接收設備的分集處理，最終可以選擇出一個最有利于解碼輸出的信號作為最佳信號進行輸出，而另一個原始信號則作為干擾信號進行了濾除處理。如果接收設備的兩個天線接收到的信號能量差異很大，則不需要這么麻煩，系統很簡單的就可以區分出主信號和干擾信號，對干擾信號做濾除處理，輸出主信號。

還有一個做法是如果信號系統不能判別主次的時候，接收設備的解調模塊可以將兩個信號進行比選輸出，也就是對兩路信號的信噪比與誤碼率兩個主要性能指標進行比較，選擇其中較優的一路信號輸出，達到消除重疊區的目的。

在這里需要再說一下，系統內都選用了定方向天線作為發射設備和接收設備的天線，他們分別朝著目標區域進行單頻網信號覆蓋，這樣能夠對高速鐵路線狀區域完成良好的覆蓋，并能減小干擾。

對高速鐵路的覆蓋設計中天線覆蓋角度的設計也是很重要的內容之一，可以單獨的作為一個專項內容對其實現的過程，涉及的針對高鐵運行線路的覆蓋建模設計做深入研究，在本課題的研究內容中對這部分的內容只是利用了研究結果，就不展開討論了。設計結果如下：在以？茲、？椎、l為變量的天線覆蓋角度的建模中，得到了兩個定向天的場強分別為Er1（l；？茲，？漬）和Er2（l；？茲，？漬）；由此得到了兩個解調器實際接收信噪比的表達式分別為SNRr1（l；？茲，？漬）和SNRr2（l；？茲，？漬）；以及通過分集合并裝置分集處理后的接收信噪比性能為：

SNRfinal=max{SNRr1（（l；？茲，？漬），SNRr2（l；？茲，？漬）}

考慮要使其中的信噪比最低點滿足如下公式：

min（SNRfinal）=min{max{SNRr1（（？茲，？準，l），SNRr2（？茲，？準，l）}}

調整并選定發送天線參數？茲和？準，使得 最大，這樣即可確定天線的幾個主要指標。

經過這樣的設計，在實際的實驗過程中，在鐵路線路線型特征的應用環境里實驗系統充分考慮其特點，將信號用一個發射設備帶兩個定方向天線的方式進行信號覆蓋，有效地改善了交疊區的范圍，使其大大減小，發出的信號經接收設備的兩組天饋系統和解調模塊的作用，以分集處理的方式分離出了單一的有效信號，對交疊區的干擾信號的影響的處理產生了效果，達到了預期的目的和設想。