摘要：隨著數(shù)字電視技術(shù)的快速發(fā)展，地面數(shù)字電視系統(tǒng)已成為人們獲取信息的重要途徑。與有線數(shù)字電視系統(tǒng)相比，地面數(shù)字電視系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、部署成本低、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，這使得其成為廣泛采用的數(shù)字電視傳輸方式。本文主要分析了微波傳輸在地面數(shù)字電視系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。文章首先介紹了數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的工作機(jī)制和優(yōu)點(diǎn)，然后從微波天線技術(shù)、信號(hào)編碼與解碼技術(shù)、前向糾錯(cuò)碼技術(shù)等幾個(gè)方面介紹基于微波傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)，旨在為我國(guó)地面數(shù)字電視系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：微波傳輸；地面數(shù)字電視；數(shù)據(jù)編碼

一、引言

隨著21世紀(jì)的到來(lái)，數(shù)字電視技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛地推廣和應(yīng)用，人們的生活方式也因此發(fā)生了翻天覆地的變化。在數(shù)字電視的傳輸方式中，地面數(shù)字電視系統(tǒng)以其廣泛的覆蓋范圍、高度的抗干擾能力和便捷的接入方式，成了最受歡迎的一種傳輸方式。而微波傳輸技術(shù)作為地面數(shù)字電視系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和高質(zhì)量傳輸起著至關(guān)重要的作用[1]。本文旨在深入分析和探討微波傳輸在地面數(shù)字電視系統(tǒng)中的應(yīng)用及其關(guān)鍵技術(shù)。文章首先詳細(xì)介紹了數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)并闡明其優(yōu)點(diǎn)。然后探討了基于微波傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，包括微波天線技術(shù)、信號(hào)編碼與解碼技術(shù)、前向糾錯(cuò)碼技術(shù)。希望通過(guò)本文的分析和討論，能夠?yàn)榈孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)的研究和應(yīng)用提供一定的理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

二、數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)

數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)是一種利用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行微波通信的系統(tǒng)。與模擬微波傳輸系統(tǒng)相比，數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)具有更高的抗干擾能力和更好的信號(hào)質(zhì)量[2]。數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)通常包括調(diào)制解調(diào)器、數(shù)字微波通信設(shè)備、天線等組成部分。在數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)中，信息首先被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行調(diào)制，以便在微波頻段上進(jìn)行傳輸。接收端使用相應(yīng)的解調(diào)器來(lái)解調(diào)接收到的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換回原始的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要包括以下幾個(gè)方面：

抗干擾能力強(qiáng)：數(shù)字信號(hào)對(duì)噪聲和干擾不敏感，因此在信號(hào)傳輸過(guò)程中能夠保持更穩(wěn)定的質(zhì)量[3]。

信號(hào)質(zhì)量好：數(shù)字信號(hào)具有更好的分辨率和準(zhǔn)確性，能夠提供更清晰、更穩(wěn)定的通信質(zhì)量。

可靠性高：數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)具有較高的可靠性，能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的環(huán)境和條件。

易于集成和維護(hù)：數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)采用數(shù)字技術(shù)，易于與現(xiàn)代通信系統(tǒng)集成，同時(shí)也便于維護(hù)和升級(jí)。

數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)在各種應(yīng)用場(chǎng)景中都有廣泛的應(yīng)用，如地面數(shù)字電視、遠(yuǎn)程通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)系統(tǒng)等。隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)的性能將進(jìn)一步提升，應(yīng)用范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。

三、基于微波傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

（一）微波天線技術(shù)

微波天線技術(shù)在地面數(shù)字電視系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。天線作為微波傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，直接關(guān)系到信號(hào)的傳輸效率和質(zhì)量。以下是微波天線技術(shù)應(yīng)用在地面數(shù)字電視系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵方面：

1.天線尺寸和形狀

天線的尺寸和形狀對(duì)其性能有顯著影響。通常，天線的長(zhǎng)度和寬度決定了其工作頻率范圍。對(duì)于地面數(shù)字電視傳輸，常用的天線類型包括垂直天線、定向天線和偶極子天線等。天線的最佳長(zhǎng)度通常是工作波長(zhǎng)的整數(shù)倍，特別是半波長(zhǎng)（λ/2）或四分之一波長(zhǎng)（λ/4）時(shí)，天線性能最佳。天線的尺寸和形狀直接影響到信號(hào)的增益、方向性和輻射模式[4]。

2.天線材料

天線的材料對(duì)其性能也有重要影響。傳統(tǒng)的微波天線通常由金屬制成，如銅或鋁。這些材料具有良好的導(dǎo)電性和耐久性。然而，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，新型材料如復(fù)合材料和納米材料也被用于天線的制造，以減輕重量、提高耐候性和適應(yīng)特殊環(huán)境。

3.天線的位置和方向

地面數(shù)字電視系統(tǒng)中，天線的正確位置和方向?qū)π盘?hào)接收至關(guān)重要。為了最大化信號(hào)接收強(qiáng)度，天線應(yīng)置于高處，如高樓、山頂或廣播電視發(fā)射塔上，以避免地面遮擋物的影響。同時(shí)，天線應(yīng)朝向數(shù)字電視發(fā)射臺(tái)的方向，確保信號(hào)被直接接收。同時(shí)，需要考慮地形地貌對(duì)信號(hào)傳播的影響，避免天線正對(duì)可能產(chǎn)生反射和折射的障礙物。此外，通過(guò)調(diào)整天線的俯仰角可以優(yōu)化信號(hào)接收高度，減少近地面的多徑效應(yīng)，并促進(jìn)信號(hào)的直線傳播。對(duì)于VHF（甚高頻）頻段的地面數(shù)字電視信號(hào)，俯仰角在10度到30度之間；對(duì)于UHF（超高頻）頻段，俯仰角在30度到60度之間。在實(shí)際操作中，可利用信號(hào)測(cè)試儀等專業(yè)工具進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)的測(cè)試和優(yōu)化，幫助確定最佳的安裝位置和方向，從而確保數(shù)字電視系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量。

4.天線陣列和多天線技術(shù)

為了提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量和覆蓋范圍，可以采用天線陣列和多天線技術(shù)。這些技術(shù)的核心在于利用多個(gè)天線的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的空間分集和干擾抑制[5]。通過(guò)精心設(shè)計(jì)的天線布局和算法，可以有效地增強(qiáng)信號(hào)的接收和發(fā)送能力，提高通信的可靠性和數(shù)據(jù)傳輸速率。具體而言，在天線陣列中，各個(gè)天線可以分散布置，形成一定的夾角，以便從不同的方向捕捉或發(fā)送信號(hào)，同時(shí)，通過(guò)信號(hào)處理技術(shù)合并這些信號(hào)，從而提高信號(hào)的質(zhì)量和抗干擾能力。多天線技術(shù)，如MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)，通過(guò)在發(fā)送端和接收端使用多個(gè)天線，可以顯著提升無(wú)線通信系統(tǒng)的性能，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更廣泛的覆蓋范圍。此外，還可以通過(guò)空間濾波算法，使用多個(gè)天線的接收信號(hào)來(lái)抑制干擾，這通常通過(guò)最大信噪比（SNR）準(zhǔn)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。在多天線系統(tǒng)中，假設(shè)有一個(gè)由N個(gè)天線組成的陣列，接收到的信號(hào)可以表示為公式（1）：

其中，w是權(quán)重向量，R₀是信號(hào)的協(xié)方差矩陣，通常情況下R₀=R，因?yàn)樗僭O(shè)信號(hào)和噪聲具有相同的協(xié)方差。

通過(guò)求解上述優(yōu)化問(wèn)題，可以得到一個(gè)權(quán)重向量w，這個(gè)權(quán)重向量可以用來(lái)加權(quán)各個(gè)天線的信號(hào)，以便在接收端合成一個(gè)具有最大信噪比的信號(hào)[6]。由此，通過(guò)空間濾波算法，可以利用多個(gè)天線的接收信號(hào)來(lái)抑制干擾，從而提高信號(hào)的接收質(zhì)量?？傊诘孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)中，選擇合適的天線并對(duì)其進(jìn)行精確的配置是確保微波信號(hào)傳輸質(zhì)量的關(guān)鍵。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，天線技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，例如智能天線技術(shù)和數(shù)字波束形成技術(shù)等，這些技術(shù)進(jìn)一步提高了天線的性能，為地面數(shù)字電視系統(tǒng)提供了更好的覆蓋范圍和信號(hào)質(zhì)量。

（二）信號(hào)編碼與解碼技術(shù)

信號(hào)編碼與解碼是數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，尤其在數(shù)字電視信號(hào)的傳輸中。以下是信號(hào)編碼與解碼過(guò)程的詳細(xì)說(shuō)明：

原始視頻信號(hào)通常以模擬形式存在。為了便于后續(xù)的數(shù)字化處理和傳輸，首先需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式。這一過(guò)程涉及到將視頻信號(hào)從色彩空間（如YPbPr或RGB）轉(zhuǎn)換為更適合數(shù)字處理的顏色格式。例如，YCbCr色彩空間將亮度和色度信息分離，便于獨(dú)立處理。轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式后，視頻信號(hào)需要進(jìn)行采樣和量化。采樣是指將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字樣本，量化則是將連續(xù)的幅度信號(hào)轉(zhuǎn)換為有限數(shù)目的離散幅度。采樣和量化確定了數(shù)字信號(hào)的分辨率和質(zhì)量。此外，為了減少數(shù)字視頻數(shù)據(jù)的大小，降低傳輸帶寬和存儲(chǔ)需求，通常需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行壓縮。圖像壓縮技術(shù)如JPEG、H.264或HEVC可以去除視頻信號(hào)中的冗余信息，顯著減少數(shù)據(jù)量。壓縮過(guò)程通常包括預(yù)測(cè)、變換、量化、編碼等步驟。壓縮后的數(shù)據(jù)需要被封裝進(jìn)適合傳輸?shù)膮f(xié)議和格式中。封裝過(guò)程涉及添加頭部信息、同步信息、錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正碼等，以確保數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。常見的封裝格式包括MPEG-2、MPEG-4、H.264等。

然后需要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合在傳輸信道中傳播的格式，如果傳輸信道只支持模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)需要被調(diào)制成模擬信號(hào)。通過(guò)FM調(diào)制技術(shù)改變載波信號(hào)的頻率來(lái)傳遞信息，其可以提供更好的抗干擾性能，因此，其在高質(zhì)量音頻廣播和某些類型的無(wú)線通信中得到廣泛應(yīng)用。在數(shù)字調(diào)制中，星座圖映射是將數(shù)字信號(hào)映射到復(fù)雜的信號(hào)點(diǎn)上，每個(gè)信號(hào)點(diǎn)在星座圖上代表一個(gè)特定的比特組合。如果信號(hào)在傳輸過(guò)程中被調(diào)制為模擬信號(hào)，則需要進(jìn)行解調(diào)，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)。首先，接收天線或其他接收設(shè)備會(huì)捕捉到調(diào)制后的信號(hào)，解調(diào)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換回?cái)?shù)字信號(hào)，這個(gè)過(guò)程包括放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換等步驟。接收到的信號(hào)會(huì)通過(guò)信道解碼器，用于糾正傳輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。接下來(lái)，數(shù)據(jù)解碼器會(huì)處理信道解碼后的數(shù)據(jù)，包括解碼壓縮數(shù)據(jù)、去除冗余信息等。如果數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中使用了特定的協(xié)議或格式，如MPEG、H.264等，那么協(xié)議解碼器會(huì)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換回其原始格式。最后，解壓縮后的視頻信號(hào)通常需要轉(zhuǎn)換回適合顯示的顏色空間，這一步驟是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為電視機(jī)或其他顯示設(shè)備可以呈現(xiàn)的信號(hào)格式。

（三）前向糾錯(cuò)碼技術(shù)

前向糾錯(cuò)碼技術(shù)（簡(jiǎn)稱FEC）是一種在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中用于提高傳輸可靠性的技術(shù)。它的基本原理是在發(fā)送端將原始數(shù)據(jù)通過(guò)一定的算法進(jìn)行編碼，加入冗余信息，形成帶有冗余度的編碼數(shù)據(jù)。接收端在接收到數(shù)據(jù)后，根據(jù)相同的算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，利用冗余信息檢測(cè)并糾正傳輸過(guò)程中可能產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

前向糾錯(cuò)碼技術(shù)的核心思想是在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中引入額外的冗余信息。這種冗余信息使得接收端不僅能夠檢測(cè)到傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，還能夠根據(jù)錯(cuò)誤的大小和類型進(jìn)行一定的糾正。這樣，即使在信道中存在噪聲、干擾或衰減等因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞，接收端仍然能夠恢復(fù)出原始的正確數(shù)據(jù)。其具體的工作步驟如下：

數(shù)據(jù)編碼：在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端會(huì)使用特定的編碼算法（如卷積編碼、漢明編碼等）對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的冗余位，這些冗余位將隨原始數(shù)據(jù)一起發(fā)送給接收端。

數(shù)據(jù)傳輸：經(jīng)過(guò)編碼處理的數(shù)據(jù)將通過(guò)通信信道傳輸?shù)浇邮斩?。在傳輸過(guò)程中，由于各種因素（如噪聲、干擾、信號(hào)衰減等）的影響，數(shù)據(jù)可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

數(shù)據(jù)解碼：接收端在接收到數(shù)據(jù)后，會(huì)使用與發(fā)送端相同的編碼算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼。解碼過(guò)程中，接收端會(huì)檢查數(shù)據(jù)中的冗余位，以檢測(cè)傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。

錯(cuò)誤檢測(cè)：如果解碼過(guò)程中檢測(cè)到錯(cuò)誤，接收端會(huì)根據(jù)冗余信息判斷錯(cuò)誤的具體位置和類型。

錯(cuò)誤糾正：在錯(cuò)誤檢測(cè)之后，接收端會(huì)利用冗余信息自動(dòng)進(jìn)行錯(cuò)誤糾正。糾錯(cuò)算法會(huì)根據(jù)錯(cuò)誤的具體位置和類型調(diào)整數(shù)據(jù)位，使其恢復(fù)到錯(cuò)誤發(fā)生前的狀態(tài)。

數(shù)據(jù)還原：經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤糾正后，接收端得到了原始的正確數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以被進(jìn)一步處理，如解壓縮、解密等，最終交付給應(yīng)用程序使用。

通信反饋：在某些情況下，接收端可能會(huì)向發(fā)送端發(fā)送一個(gè)確認(rèn)信息，表明數(shù)據(jù)已經(jīng)正確接收。這可以幫助發(fā)送端了解信道的狀態(tài)，以及時(shí)調(diào)整傳輸策略。

前向糾錯(cuò)碼技術(shù)的工作步驟使得數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程更加可靠和高效。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的通信場(chǎng)景和需求，可以選擇不同類型的前向糾錯(cuò)碼。例如，在誤碼率較高的無(wú)線通信系統(tǒng)中，可以使用具有較強(qiáng)糾錯(cuò)能力的糾錯(cuò)碼，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。而在誤碼率較低的有線通信系統(tǒng)中，則可以選擇糾錯(cuò)能力較弱的糾錯(cuò)碼，以減少帶寬的浪費(fèi)?？傊?，前向糾錯(cuò)碼技術(shù)通過(guò)在發(fā)送端引入冗余信息，使得接收端能夠自動(dòng)檢測(cè)并糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性。這一技術(shù)在數(shù)字通信、無(wú)線通信、衛(wèi)星通信、光纖通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，為現(xiàn)代通信系統(tǒng)的發(fā)展提供了有力支持。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，地面數(shù)字電視系統(tǒng)作為數(shù)字電視廣播的重要傳輸方式，具有覆蓋范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋不足或經(jīng)濟(jì)條件有限的地區(qū)，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。然而，微波傳輸過(guò)程中面臨的信號(hào)質(zhì)量受限、頻譜資源緊張等挑戰(zhàn)，也對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和發(fā)展提出了更高的要求。為此，文章對(duì)基于微波傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入分析和研究。通過(guò)探討微波天線技術(shù)、信號(hào)編碼與解碼技術(shù)、前向糾錯(cuò)碼技術(shù)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，揭示了這些技術(shù)在保障數(shù)字電視信號(hào)傳輸質(zhì)量、提高畫面呈現(xiàn)效果方面的重要作用。相信不久的將來(lái)，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，地面數(shù)字電視系統(tǒng)將更好地滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的信息需求，為我國(guó)數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

作者單位：姜儐 國(guó)家廣播電視總局中央廣播電視發(fā)射二臺(tái)

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