數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)研究

左江紅

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，云傳輸技術(shù)不斷成熟，數(shù)字電視傳輸技術(shù)也在不斷更新，本文將基于OFDM云傳輸技術(shù)，討論OFDM系統(tǒng)的基本原理，然后對(duì)云傳輸?shù)幕驹碜龀龇治觯詈髮?duì)基于OFDM的層分復(fù)用技術(shù)做出研究性分析。

關(guān)鍵詞 數(shù)字電視；云傳輸；技術(shù)

中圖分類號(hào) G2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）174-0049-02

1 OFDM系統(tǒng)基本原理

OFDM是一種具有高頻譜利用率、抗多徑衰落強(qiáng)、容易與其他技術(shù)結(jié)合且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的多載波調(diào)制技術(shù)，因此在無(wú)線通信中被廣泛應(yīng)用。IEEE802.22上下行均使用OFDMA調(diào)制方案，這種技術(shù)方便了子載波分配，將物理上不連續(xù)頻率資源進(jìn)行整合，為CR高效使用頻譜空洞提供了可能。LTE上行采用SC-OFDM，具有較低的峰均比（PAPP）；下行采用OFDMA，提供更高的頻譜利用率。DVB-T2標(biāo)準(zhǔn)中也采用了OFDM方案。OFDM以其良好的性能越來(lái)越受到重視，可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)會(huì)有更多的基于OFDM技術(shù)無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。

2 數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)基本原理

正如上文所述，OFDM以其諸多優(yōu)點(diǎn)而被數(shù)字地面電視標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用，因此研究基于OFDM的云傳輸系統(tǒng)具有十分重要的意義。下面我們就詳細(xì)介紹云傳輸技術(shù)的基本原理。

2.1 同信道干擾

從第一代地面數(shù)字電視系統(tǒng)發(fā)展至今，相鄰信道的干擾已經(jīng)被大幅度降低，在城市或人口密集區(qū)相鄰信道中的很多禁用信道也在逐漸開(kāi)放，技術(shù)和政策的發(fā)展使得頻譜利用率也在不斷改善。但是現(xiàn)有的數(shù)字電視系統(tǒng)仍沒(méi)有解決同信道干擾的問(wèn)題。

云傳輸系統(tǒng)的性能主要取決于其對(duì)抗同信道干擾的程度。在數(shù)字通信中，特別是基于OFDM的物理層應(yīng)用，同信道干擾可以等效為加性高斯白噪聲。

2.2 信息速率

根據(jù)信息論，提高頻譜利用率有兩種方式：增加信息的吞吐量和增強(qiáng)接收可靠性。現(xiàn)階段大多數(shù)研究集中在增加信息吞吐量或者是沿著香農(nóng)容量曲線向右，云傳輸系統(tǒng)恰恰相反，它沿著香農(nóng)容量曲線向左。盡管這樣會(huì)降低射頻信道的吞吐量，但是會(huì)增加接收可靠性，同時(shí)有效地增強(qiáng)了頻段在空間上的復(fù)用能力。

由于云傳輸系統(tǒng)具有良好的頻譜復(fù)用能力，我們可以利用圖1中的方式進(jìn)一步增加信息速率。例如，在相同帶寬下，向數(shù)據(jù)流A中嵌入數(shù)據(jù)流B，功率水平比A信號(hào)低5dB，根據(jù)系統(tǒng)抗干擾性能也可以繼續(xù)嵌入數(shù)據(jù)流C，然后鎖定頻率并同步跟蹤A信號(hào)。

2.3 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍

云傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，同一發(fā)射機(jī)可以發(fā)射多個(gè)數(shù)據(jù)流，不同發(fā)射機(jī)可以發(fā)射相同或者不同的數(shù)據(jù)流。同一發(fā)射機(jī)，因各個(gè)數(shù)據(jù)流的功率，以及解調(diào)門(mén)限的差異，其業(yè)務(wù)覆蓋范圍和服務(wù)類型因而不同；SFN網(wǎng)絡(luò)中不同發(fā)射機(jī)發(fā)射的抗干擾較強(qiáng)的信號(hào)符號(hào)區(qū)域可以重疊，較弱的信號(hào)須有一定的保護(hù)間隔，因其發(fā)射信號(hào)的多樣性，其業(yè)務(wù)覆蓋靈活多變。

2.4 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

下一代地面電視廣播系統(tǒng)主要從兩方面去提高頻譜利用率：一方面是增加系統(tǒng)在每一條射頻信道的吞吐量；另一方面就是使得最大化城市或人口密集區(qū)的可用信道云傳輸采用。

云傳輸系統(tǒng)通過(guò)減小數(shù)據(jù)吞吐量達(dá)到對(duì)抗同信道干擾的目的。這樣使得城市或人口密集區(qū)的每一條電視廣播頻段都能夠被充分利用，頻譜利用率將會(huì)提高3～4倍。同時(shí)，低信息速率會(huì)使得信息的抗干擾性能很好，特別適合移動(dòng)或手持設(shè)備的應(yīng)用。

比較提高信息速率和采用云傳輸技術(shù)來(lái)提高頻譜利用率的方式，前者是最大化可用信道的信息速率，即逼近香農(nóng)容量；后者增加可用信道的數(shù)量。兩者整體信息吞吐量實(shí)質(zhì)上都受香農(nóng)限制約，基本不會(huì)有很大差別，但是后者接收性能更可靠、服務(wù)可擴(kuò)展性更強(qiáng)，而且更容易發(fā)展成下一代通信系統(tǒng)。同時(shí)云傳輸系統(tǒng)為非授權(quán)用戶在電視空白頻段的使用提供了方便。低的SNR門(mén)限也會(huì)降低實(shí)施開(kāi)銷及功耗開(kāi)銷，使其成為綠色通信系統(tǒng)。

3 數(shù)字電視中基于OFDM的云傳輸技術(shù)研究

因?yàn)镺FDM技術(shù)高的頻譜利用率以及在諸多系統(tǒng)中的應(yīng)用，如DVB，LTE，WiMax等，將其作為云傳輸系統(tǒng)物理層的主要技術(shù)方案，可以提高頻譜利用率的同時(shí)，在云傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上也可事半功倍。那么下面我們就對(duì)OFDM技術(shù)下的時(shí)域疊加技術(shù)和頻域信號(hào)消除技術(shù)做出分析。

3.1 基于OFDM的時(shí)域疊加技術(shù)

圖2為基于OFDM的兩層時(shí)域疊加的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。從圖2的分圖（a）中可以看出，在IFFT之后進(jìn)行疊加，發(fā)射機(jī)中兩層數(shù)據(jù)相對(duì)獨(dú)立，實(shí)質(zhì)上其IFFT點(diǎn)數(shù)，導(dǎo)頻（用于信道估計(jì)、同步等）位置，時(shí)間同步，甚至保護(hù)間隔長(zhǎng)度都可以不一致，靈活性較高。然而正是因?yàn)檫@些差異，導(dǎo)致接收機(jī)的復(fù)雜度大大增加，從圖2（b）中可以看到兩層數(shù)據(jù)都必須單獨(dú)進(jìn)行信道均衡，其同步也是相互獨(dú)立的。在解調(diào)出層1信息后，消除層1信息時(shí)不僅僅要對(duì)層1進(jìn)行重新調(diào)制映射，還需要插入保護(hù)間隔，乘以信道參數(shù)。因此引入了更多的信道估計(jì)以及解調(diào)的誤差，這會(huì)對(duì)層2的解調(diào)產(chǎn)生很大的影響。

3.2 頻域信號(hào)消除技術(shù)

云傳輸系統(tǒng)為了對(duì)抗同信道干擾，其接收機(jī)采用了干擾信號(hào)的消除，來(lái)減小下一級(jí)信號(hào)解調(diào)的噪聲，如何進(jìn)行干擾信號(hào)消除將對(duì)信息接收的可靠性影響很大。如圖3所示，接收機(jī)采用了兩種方式進(jìn)行信號(hào)消除，M1方式中直接對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行重新調(diào)制，然后再?gòu)幕旌闲盘?hào)中消去層1數(shù)據(jù)；M2方式中對(duì)解碼信號(hào)進(jìn)行重新編碼并調(diào)制，然后再進(jìn)行干擾信號(hào)消除。

M1方式的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)雜度低，可以直接對(duì)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，減小了信號(hào)消除過(guò)程的時(shí)延，但是這樣會(huì)將解調(diào)誤差帶入信號(hào)消除， 增大層2信息的解碼門(mén)限，這種方式與分級(jí)調(diào)制的解調(diào)相同，信息2的解調(diào)并未受層1編解碼的影響，其解調(diào)主要與功率因子以及層1的調(diào)制方式相關(guān)。M2方式重構(gòu)信號(hào)是經(jīng)糾錯(cuò)碼糾正的，其信息可靠性較高，這樣消除過(guò)程引入的誤差小，層2數(shù)據(jù)的解碼性能相對(duì)較好。另外，由其解碼及重新編碼帶來(lái)的時(shí)延相對(duì)較大。

4 結(jié)論

綜上所述，云傳輸技術(shù)的諸多優(yōu)勢(shì)使其成為下一代地面廣播通信的備用技術(shù)，但是由于從提出到現(xiàn)在時(shí)間比較短，仍有許多難題需要解決，且其性能也有待進(jìn)一步研究。本文首先通過(guò)OFDM調(diào)制技術(shù)對(duì)數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)做出了相關(guān)的研究，希望對(duì)相關(guān)專業(yè)有所幫助。

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