舒良仁

（桂林市思奇通信設(shè)備有限公司 廣西桂林 541004）

數(shù)字地面電視系統(tǒng)云傳輸技術(shù)研究

舒良仁

（桂林市思奇通信設(shè)備有限公司 廣西桂林 541004）

我國(guó)地面電視的數(shù)字化拉開序幕主要是因?yàn)閲?guó)家數(shù)字電視傳輸國(guó)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(gè)新的臺(tái)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(huì)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(lái)電視的基礎(chǔ)上增加了很多的業(yè)務(wù)，如：遠(yuǎn)程教育、會(huì)議電視、交互電視等，同時(shí)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(huì)信息化的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)在社會(huì)生活中的使用率越來(lái)越高，也導(dǎo)致了無(wú)線服務(wù)的種類也越來(lái)越多。但是，昂貴而稀少的頻譜資源成為無(wú)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(zhǎng)的無(wú)線寬帶服務(wù)需求，出現(xiàn)了頻譜資源緊張的狀況。

而在無(wú)線頻譜資源中，廣播電視對(duì)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(gè)頻段資源的特點(diǎn)。一方面，在此頻段相同的傳輸距離對(duì)通信設(shè)備的要求低，對(duì)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(hào)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(zhǎng)的通信服務(wù)和寬帶無(wú)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(huì)非常廣闊。它可以在同一個(gè)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。圖1是筆者用圖形來(lái)顯示頻譜的浪費(fèi)現(xiàn)象。

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

從圖1（a）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（b）為3個(gè)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（c）為云傳輸技術(shù)，這個(gè)技術(shù)使頻譜的使用效率大大提高。

云傳輸系統(tǒng)對(duì)抗同信道干擾的程度決定了其性能。一般來(lái)說，同信道干擾分成兩大類：①在多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的同一個(gè)服務(wù)信號(hào)在傳輸過程中產(chǎn)生；②在多個(gè)發(fā)射機(jī)發(fā)射的相互獨(dú)立的且不一樣的信號(hào)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?，F(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(shí)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(gè)數(shù)據(jù)流。由于解調(diào)門限的不同和各個(gè)數(shù)據(jù)流的功率不同，即使是同一個(gè)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(hào)可以重疊，而較弱的信號(hào)就需要有一定的保護(hù)間隔，因?yàn)樗陌l(fā)射信號(hào)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(shì)

隨著科技的發(fā)展，未來(lái)的地面數(shù)字電視主要從兩個(gè)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(lái)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(huì)使接收的可靠性減小，對(duì)抗同信道的干擾也會(huì)變得更加困難。

云傳輸系統(tǒng)對(duì)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(gè)頻段，使得頻譜的使用率提高，不會(huì)出現(xiàn)浪費(fèi)的現(xiàn)象。同時(shí)，低信息速率會(huì)使得信息的抗干擾性能很好，移動(dòng)或手持設(shè)備的應(yīng)用會(huì)更加好。

通過對(duì)提高信息速率和采用云傳輸技術(shù)來(lái)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(lái)提高頻譜使用率可以增加信道的數(shù)量，而且相對(duì)提高信息速率來(lái)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(huì)生活中普遍使用。

4 云傳輸技術(shù)在未來(lái)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(lái)越多的人接受，但是在未來(lái)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(duì)該技術(shù)設(shè)計(jì)出逼近香農(nóng)容量且低碼率的糾錯(cuò)碼。

（2）云傳輸系統(tǒng)在發(fā)射信號(hào)時(shí)是多個(gè)發(fā)射機(jī)并行發(fā)射的，如果同步發(fā)射將會(huì)十分復(fù)雜，所以在未來(lái)的發(fā)展道路中，可以針對(duì)兩個(gè)不同步的發(fā)射機(jī)，研究相對(duì)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(lái)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(yǔ)

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(wàn)萬(wàn)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(shí)隙資源，為每種數(shù)據(jù)流提供了百分之百的時(shí)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(lái)的地面數(shù)字電視帶來(lái)了極大的便利，但是由于時(shí)間較短，其發(fā)展還不成熟，還未來(lái)的道路上還需要深入的研究。

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1004-7344（2016）17-0257-02

2016-6-2

舒良仁（1981-），男，大專，主要從事研發(fā)生產(chǎn)，工程安裝工作。