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        數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)研究

        2016-08-11 11:04:02徐周林
        大科技 2016年16期
        關(guān)鍵詞:傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)流使用率

        徐周林

        (桂林市思奇通信設(shè)備有限公司)

        數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)研究

        徐周林

        (桂林市思奇通信設(shè)備有限公司)

        我國地面電視的數(shù)字化拉開序幕主要是因?yàn)閲覕?shù)字電視傳輸國家標(biāo)準(zhǔn)的正式頒布,而云傳輸技術(shù)的運(yùn)用保證了廣播電視的通信質(zhì)量,節(jié)約了大量的頻譜資源,它用先進(jìn)的技術(shù)解決了同信道干擾問題,實(shí)現(xiàn)了同一信道多種數(shù)據(jù)流并行運(yùn)輸,這標(biāo)志著科學(xué)的發(fā)展帶領(lǐng)人們走上了一個新的臺階。

        數(shù)字地面電視;云傳輸;研究

        1 引言

        電視可以說是最普及的家用電器之一,也是最有效的教育、娛樂和信息傳播的媒介。而隨著社會的進(jìn)步,科技的發(fā)展,出現(xiàn)了數(shù)字電視,它是從節(jié)目錄制、播放到節(jié)目發(fā)射和接收都采用數(shù)字編碼和數(shù)字傳輸?shù)囊环N新型電視,這也在原來電視的基礎(chǔ)上增加了很多的業(yè)務(wù),如:遠(yuǎn)程教育、會議電視、交互電視等,同時它還具有頻率利用率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

        2 云傳輸技術(shù)的產(chǎn)生背景

        隨著社會信息化的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)在社會生活中的使用率越來越高,也導(dǎo)致了無線服務(wù)的種類也越來越多。但是,昂貴而稀少的頻譜資源成為無線發(fā)展的阻礙,也就是說現(xiàn)有的頻譜管理機(jī)制已經(jīng)不能滿足快速增長的無線寬帶服務(wù)需求,出現(xiàn)了頻譜資源緊張的狀況。

        而在無線頻譜資源中,廣播電視對高頻段資源和特高頻段資源的使用率最高。具有良好電磁波穿透特性和傳播特性是這個頻段資源的特點(diǎn)。一方面,在此頻段相同的傳輸距離對通信設(shè)備的要求低,對能量的衰減比較小,而且電磁波能夠近地傳輸;另一方面,在此波段的穿透性很好,即使在復(fù)雜的地形環(huán)境也能夠抵抗很強(qiáng)的干擾,有效地進(jìn)行傳播。但是,這些資源并沒得到充分的利用。①要避免同信道干擾和抵抗近鄰信道的干擾就要預(yù)留一些信道,導(dǎo)致了資源沒有得到充分的利用;②因?yàn)椴粩喑霈F(xiàn)頻譜使用效率較高的編碼技術(shù),這些技術(shù)可以使信號進(jìn)行壓縮傳輸,這樣就導(dǎo)致出現(xiàn)了好多空閑的頻段,就浪費(fèi)了好多資源。而為了滿足日益增長的通信服務(wù)和寬帶無線服務(wù)的需求,加拿大通信研究中心(CRC)首席科學(xué)家吳奕彥教授提出了一種具有高頻譜利用率和強(qiáng)抗干擾性能的廣播通信技術(shù)——云傳輸技術(shù)。

        數(shù)字地面電視的云傳輸技術(shù)是一種共享技術(shù),它是以共享層分復(fù)用的重疊式頻譜為基礎(chǔ)的。它是在發(fā)射端融合多種相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)流,也就是利用頻譜累加的方式在同一信道中傳輸多種數(shù)字。這種技術(shù)是運(yùn)用逐層消除的方法,將多種服務(wù)共存于同一頻段中,再一步一步提取信息,大大的提高了在空域上的頻譜使用效率,降低了同信道的干擾能力。由此可見,這種云傳輸技術(shù)的應(yīng)用前景將會非常廣闊。它可以在同一個地區(qū)應(yīng)用多種數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn),提供多種服務(wù),也可以分集傳輸單一數(shù)據(jù)流,提高頻譜的使用效率。

        3 云傳輸技術(shù)的使用原理

        3.1 同信道干擾

        從地面數(shù)字電視的產(chǎn)生、發(fā)展至今,已經(jīng)大大降低了相鄰的信道干擾,也開放了很多位于城市密集區(qū)的禁用信道,使得頻譜的使用效率再逐漸的提高。但是現(xiàn)在的數(shù)字電視還是沒有解決同信道干擾的問題。下邊我用圖形來顯示頻譜的浪費(fèi)現(xiàn)象。

        圖1 數(shù)字地面電視對抗同信道干擾的發(fā)展趨勢

        從圖1(1)中我們不難發(fā)現(xiàn)在這一頻段中,有大量的空白區(qū)域不能使用,使用率僅僅達(dá)到33%;圖1(2)為3個射頻信道的多頻網(wǎng),我們也可以看出在相同頻段之間仍有空白區(qū)域不能使用;圖1(3)為云傳輸技術(shù),這個技術(shù)使頻譜的使用效率大大提高。

        云傳輸系統(tǒng)對抗同信道干擾的程度決定了其性能。一般來說,同信道干擾分成兩大類:①在多個發(fā)射機(jī)發(fā)射的同一個服務(wù)信號在傳輸過程中產(chǎn)生;②在多個發(fā)射機(jī)發(fā)射的相互獨(dú)立的且不一樣的信號傳輸過程中產(chǎn)生。

        3.2 信息速率

        科學(xué)依據(jù)顯示,增強(qiáng)接收的可靠性和增加信息的吞吐量可以使頻譜的使用效率提高。現(xiàn)在好多研究都停留在沿著香農(nóng)容量曲線向右或者是增加信息的吞吐量。但是云傳輸技術(shù)是相反的,它是沿著香農(nóng)容量曲線向左的,這樣雖然可以使射頻信道的吞吐量降低,但是可以提高頻段在空間上的服用能力,同時增強(qiáng)接收的可靠性。

        3.3 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍

        在構(gòu)建云傳輸系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中,不同的發(fā)射機(jī)可以發(fā)射不同的或者相同的數(shù)據(jù)流,而同一發(fā)射機(jī)可以發(fā)射多個數(shù)據(jù)流。由于解調(diào)門限的不同和各個數(shù)據(jù)流的功率不同,即使是同一個發(fā)射機(jī),它的服務(wù)類型和覆蓋范圍也存在差異。例如:SFN網(wǎng)絡(luò)中在不同發(fā)射機(jī)中發(fā)射的抗干擾性較強(qiáng)的信號可以重疊,而較弱的信號就需要有一定的保護(hù)間隔,因?yàn)樗陌l(fā)射信號存在多樣性,所以它的業(yè)務(wù)也存在多邊性。

        3.4 技術(shù)優(yōu)勢

        隨著科技的發(fā)展,未來的地面數(shù)字電視主要從兩個方面去提高頻譜的使用效率:①使云傳輸技術(shù)在城市或者人口密集區(qū)都可以使用;②增加信息的吞吐量。有的期望在未來的地面電視系統(tǒng)的發(fā)展中,要提高信息速率,達(dá)到現(xiàn)在的兩倍,也就是頻率的利用率翻一倍,但是這樣會使接收的可靠性減小,對抗同信道的干擾也會變得更加困難。

        云傳輸系統(tǒng)對抗同信道的干擾主要是通過減小數(shù)據(jù)的吞吐量,這樣可以在城市或者人口密集區(qū)充分利用每一個頻段,使得頻譜的使用率提高,不會出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象。同時,低信息速率會使得信息的抗干擾性能很好,移動或手持設(shè)備的應(yīng)用會更加好。

        通過對提高信息速率和采用云傳輸技術(shù)來提高頻譜使用率的比較,我們可以發(fā)現(xiàn)這兩種方法沒有很大的區(qū)別,都受香農(nóng)容量的制約。但是提高信息速率是逼近香農(nóng)容量的,即最大化的使用可用信道的信息速率,而采用云傳輸技術(shù)來提高頻譜使用率可以增加信道的數(shù)量,而且相對提高信息速率來說,采用云傳輸技術(shù)提高頻譜使用率的可靠性更強(qiáng),服務(wù)性更廣,更容易在社會生活中普遍使用。

        4 云傳輸技術(shù)在未來的發(fā)展

        雖然云傳輸技術(shù)在研究上取得了一些優(yōu)異的成果,被越來越多的人接受,但是在未來的發(fā)展中,云傳輸技術(shù)在許多方面還需要進(jìn)一步的研究:

        (1)云傳輸系統(tǒng)在編碼方案方面受很大的影響,需要針對該技術(shù)設(shè)計出逼近香農(nóng)容量且低碼率的糾錯碼。

        (2)云傳輸系統(tǒng)在發(fā)射信號時是多個發(fā)射機(jī)并行發(fā)射的,如果同步發(fā)射將會十分復(fù)雜,所以在未來的發(fā)展道路中,可以針對兩個不同步的發(fā)射機(jī),研究相對應(yīng)的前導(dǎo)碼實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步。

        (3)云傳輸技術(shù)在未來的應(yīng)用方面前景很廣闊,但是要戒驕戒躁,不斷學(xué)習(xí),腳踏實(shí)地的一步一步的研究出更好的技術(shù),造福于人類。

        5 結(jié)束語

        云傳輸技術(shù)不僅讓高清晰的電視和數(shù)字電視給千千萬萬的電視機(jī)前的觀眾享受到了完美的視覺盛宴,而且給日益短缺的頻譜資源尋找了一條新的求生之路。云傳輸技術(shù)利用逼近香農(nóng)容量的編碼技術(shù)使得接收機(jī)的SNR門降低了,還解決了同信道干擾的問題,使可用信道的數(shù)量逐漸增加。除了這些,云傳輸技術(shù)還充分利用率頻譜資源和時隙資源,為每種數(shù)據(jù)流提供了百分之百的時隙資源和百分直白的信道寬帶占比,使在同一頻段進(jìn)行多種通信服務(wù)成為了可能。云傳輸技術(shù)的發(fā)展給現(xiàn)在和未來的地面數(shù)字電視帶來了極大的便利,但是由于時間較短,其發(fā)展還不成熟,還未來的道路上還需要深入的研究。

        [1]周鍵,唐友喜,劉皓,等.疊加訓(xùn)練序列OFDM系統(tǒng)的一種迭代信道估計方法[J].電子學(xué)報,2007,35(S1):165~168.

        [2]朱光喜,張青春,蔡瑋.一種衰落信道下的OFDM載頻同步跟蹤算法[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,32(1):56~59.

        [3]楊知行,楊林,張文軍,等.GB20600-2006.數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].北京:中國人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會,2006,08.

        [4]楊知行.中國地面數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)及其移動、便攜接收應(yīng)用[R].天津數(shù)字電視技術(shù)研討會,2007,5.

        [5]侯永宏,曹達(dá)仲,侯春萍,戴居豐.Viterbi解碼器的糾錯門限及其對多用戶檢測的影響.天津大學(xué)學(xué)報,2004,37(12):1115~1118.

        TN949.197

        A

        1004-7344(2016)16-0294-02

        2016-5-20

        徐周林(1986-),男,助理工程師,本科,主要從事公司產(chǎn)品質(zhì)量控制工作。

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