數字地面電視系統云傳輸技術研究

左江紅

摘 要 隨著科學技術的不斷發展，云傳輸技術不斷成熟，數字電視傳輸技術也在不斷更新，本文將基于OFDM云傳輸技術，討論OFDM系統的基本原理，然后對云傳輸的基本原理做出分析，最后對基于OFDM的層分復用技術做出研究性分析。

關鍵詞 數字電視；云傳輸；技術

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）174-0049-02

1 OFDM系統基本原理

OFDM是一種具有高頻譜利用率、抗多徑衰落強、容易與其他技術結合且實現簡單等優點的多載波調制技術，因此在無線通信中被廣泛應用。IEEE802.22上下行均使用OFDMA調制方案，這種技術方便了子載波分配，將物理上不連續頻率資源進行整合，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標準中也采用了OFDM方案。OFDM以其良好的性能越來越受到重視，可以預見，未來會有更多的基于OFDM技術無線通信標準出現。

2 數字地面電視系統云傳輸技術基本原理

正如上文所述，OFDM以其諸多優點而被數字地面電視標準廣泛采用，因此研究基于OFDM的云傳輸系統具有十分重要的意義。下面我們就詳細介紹云傳輸技術的基本原理。

2.1 同信道干擾

從第一代地面數字電視系統發展至今，相鄰信道的干擾已經被大幅度降低，在城市或人口密集區相鄰信道中的很多禁用信道也在逐漸開放，技術和政策的發展使得頻譜利用率也在不斷改善。但是現有的數字電視系統仍沒有解決同信道干擾的問題。

云傳輸系統的性能主要取決于其對抗同信道干擾的程度。在數字通信中，特別是基于OFDM的物理層應用，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接收可靠性?，F階段大多數研究集中在增加信息吞吐量或者是沿著香農容量曲線向右，云傳輸系統恰恰相反，它沿著香農容量曲線向左。盡管這樣會降低射頻信道的吞吐量，但是會增加接收可靠性，同時有效地增強了頻段在空間上的復用能力。

由于云傳輸系統具有良好的頻譜復用能力，我們可以利用圖1中的方式進一步增加信息速率。例如，在相同帶寬下，向數據流A中嵌入數據流B，功率水平比A信號低5dB，根據系統抗干擾性能也可以繼續嵌入數據流C，然后鎖定頻率并同步跟蹤A信號。

2.3 網絡覆蓋范圍

云傳輸系統的網絡構建中，同一發射機可以發射多個數據流，不同發射機可以發射相同或者不同的數據流。同一發射機，因各個數據流的功率，以及解調門限的差異，其業務覆蓋范圍和服務類型因而不同；SFN網絡中不同發射機發射的抗干擾較強的信號符號區域可以重疊，較弱的信號須有一定的保護間隔，因其發射信號的多樣性，其業務覆蓋靈活多變。

2.4 技術優勢

下一代地面電視廣播系統主要從兩方面去提高頻譜利用率：一方面是增加系統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的可用信道云傳輸采用。

云傳輸系統通過減小數據吞吐量達到對抗同信道干擾的目的。這樣使得城市或人口密集區的每一條電視廣播頻段都能夠被充分利用，頻譜利用率將會提高3～4倍。同時，低信息速率會使得信息的抗干擾性能很好，特別適合移動或手持設備的應用。

比較提高信息速率和采用云傳輸技術來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，即逼近香農容量；后者增加可用信道的數量。兩者整體信息吞吐量實質上都受香農限制約，基本不會有很大差別，但是后者接收性能更可靠、服務可擴展性更強，而且更容易發展成下一代通信系統。同時云傳輸系統為非授權用戶在電視空白頻段的使用提供了方便。低的SNR門限也會降低實施開銷及功耗開銷，使其成為綠色通信系統。

3 數字電視中基于OFDM的云傳輸技術研究

因為OFDM技術高的頻譜利用率以及在諸多系統中的應用，如DVB，LTE，WiMax等，將其作為云傳輸系統物理層的主要技術方案，可以提高頻譜利用率的同時，在云傳輸網絡建設上也可事半功倍。那么下面我們就對OFDM技術下的時域疊加技術和頻域信號消除技術做出分析。

3.1 基于OFDM的時域疊加技術

圖2為基于OFDM的兩層時域疊加的系統結構框圖。從圖2的分圖（a）中可以看出，在IFFT之后進行疊加，發射機中兩層數據相對獨立，實質上其IFFT點數，導頻（用于信道估計、同步等）位置，時間同步，甚至保護間隔長度都可以不一致，靈活性較高。然而正是因為這些差異，導致接收機的復雜度大大增加，從圖2（b）中可以看到兩層數據都必須單獨進行信道均衡，其同步也是相互獨立的。在解調出層1信息后，消除層1信息時不僅僅要對層1進行重新調制映射，還需要插入保護間隔，乘以信道參數。因此引入了更多的信道估計以及解調的誤差，這會對層2的解調產生很大的影響。

3.2 頻域信號消除技術

云傳輸系統為了對抗同信道干擾，其接收機采用了干擾信號的消除，來減小下一級信號解調的噪聲，如何進行干擾信號消除將對信息接收的可靠性影響很大。如圖3所示，接收機采用了兩種方式進行信號消除，M1方式中直接對解調信號進行重新調制，然后再從混合信號中消去層1數據；M2方式中對解碼信號進行重新編碼并調制，然后再進行干擾信號消除。

M1方式的優點是復雜度低，可以直接對解調信號進行重構，減小了信號消除過程的時延，但是這樣會將解調誤差帶入信號消除， 增大層2信息的解碼門限，這種方式與分級調制的解調相同，信息2的解調并未受層1編解碼的影響，其解調主要與功率因子以及層1的調制方式相關。M2方式重構信號是經糾錯碼糾正的，其信息可靠性較高，這樣消除過程引入的誤差小，層2數據的解碼性能相對較好。另外，由其解碼及重新編碼帶來的時延相對較大。

4 結論

綜上所述，云傳輸技術的諸多優勢使其成為下一代地面廣播通信的備用技術，但是由于從提出到現在時間比較短，仍有許多難題需要解決，且其性能也有待進一步研究。本文首先通過OFDM調制技術對數字地面電視系統云傳輸技術做出了相關的研究，希望對相關專業有所幫助。

參考文獻

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