地面数字电视广播系统分集接收技术研究

　　摘 要

　　数字电视广播是一种新的电视技术，地面传输是其主要信道方式之一，但地面信道具有时变性、多径性特点，严重影响数字信号传输质量。分集接收技术是一种理想的提升地面数字电视广播系统性能的技术。本文从地面数字电视传输信道及分集原理、国标接收方案中分集技术应用、地面数字电视广播系统分集接收方案三个方面，探讨将分集技术应用于地面数字电视广播系统建设中的必要性、可行性，最后做出展望。

　　【关键词】地面数字电视广播 系统分集 接收技术

　　数字电视是一种采用数字方式完成电视信号制作、传输与接收的电视技术，地面无线信号、有线信道传输与卫星空间信道传输是数字电视信号三大传输方式。地面数字广播（DTTB）网络建设虽然相较于其它两类传输方式网络建设更经济便利，但传输条件更为复杂、恶劣，严重影响系统性能。分集接收技术可克服广播信号易畸变、易衰弱、噪比门限高等缺陷，提高无线频谱使用效率。将分集接收技术应用于地面数字电视广播系统具有极高的应用价值与可行性。

　　1 地面数字电视传输信道及分集原理

　　地面数字信号信道具有地面信道具有时变性、多径性特点，相较于传统地面广播信号动态性更强，因此又被称为动态信道。地面数字电视信号带宽大于无线信道带宽，接收信号易产生符号间干扰，致频率选择性衰落。因此，在建设地面数字电视信号系统时，应首选考虑解决频率选择性衰落问题。

　　分集技术由来已久，是一种简单、有效的抗信衰落信号技术，其核心实质为生成多条独立信道支路传递信息，优化接收端合并算法将各支路信息合并为一路信号。分集形式包括宏观分集与微观分集，前者主要应用于基站端，技术已基本成熟，后者是本文讨论的重点。

　　微观分集技术主要可分为获取多路信号方法、信号合并算法两个方面内容，目前获取多路信号方法主要包括空间分集、时间分集、频率分集、角度分集、极化分集，合并算法主要包括等增益合并、最大比合并、选择性合并。等增益合并实现方式简单，性能较好是一种较为理想的合并计算方法；最大合并比性能在三种算法中最优，但实现方式复杂；选择性合并性能较弱，但误码率、信噪比增益效果明显。

　　2 国标接收方案分析

　　自适应均衡技术是抗频率衰弱主要方法，但应用于地面数字电视系统，误码易扩散，将分集技术与自适应均衡技术相结合具有重要意义。

　　地面数字电视系统国标采用单载波系统，其关键技术即为信道均衡。但在单支路下，地面数字信号多径时变效应扩大，致信道造成误码扩散，严重影响单载波信道均衡器抗信号衰弱能力，虽然采用交织技术、纠正编码一定程度上可抑制误码扩散，但均衡器易受误码扩散影响而发生奔溃问题，仍未得到解决。

　　分集接受技术联合单载波系统，转单支路为多支路，可最大程度的减轻信号陡峭变化对系统产生的负面影响，分集路径中只要有一条路径正常，便可为接收机提供有效信息，一个信道产生衰减，其它信道仍可以完美的完成信号传输任务，可有效避免因信号衰落造成的均衡器奔溃现象的发生。

　　3 地面数字电视广播系统分集接收方案

　　由上文可知，国标单载波接收系统存在其固有缺陷，均衡器应对单支路多径信号动态变化能力严重不足，分集技术是弥补该缺陷的理想方式。本文基于空间分集技术进行探讨，可行的算法主要包括双均衡器结构选择性合并算法、双前馈滤波器MMSE合并算法、双支路单均衡器等增益合并算法。

　　1.1 双均衡支路选择性合并结构

　　提高输出信噪比是对抗周期性衰落，抑制均衡器编码扩散，提升系统性能的可行方法，双均衡支路选择性合并结构可实现分集支路信道环境的相互独立，两条支路可通过相互补偿方式纠正信号衰落，同时两个信道可最大程度避免信号深度衰落，维持均衡器稳定，避免崩溃。

　　1.2 单均衡支路等增益合并结构

　　双均衡支路选择性合并结构性能良好，但结构复杂、投资运行成本高，单均衡支路等增益合并结构只采用一个均衡器，拥有两个相关器，以弥补定时误差，消除分集支路多径时域误差，两条支路可为均衡器提供足够的信息，避免深度衰落，误码扩散。但应注意的是，该结构频谱响应较复杂，增加了均衡器负担，同时可能增加径能量发生剧烈变化几率，合并后信号仍可发生多径衰落，影响均衡器误码性能。

　　1.3 双前馈滤波器MMSE合并结构

　　以上两种结构均存在各自的优缺点，双前馈滤波器MMSE合并结构与双均衡支路选择性合并结构基本相同，但采用两个前馈滤波器，均衡器具有重叠性，两条分集支路信号序列可被视作完全独立，简化了系统结构，以发挥均衡器最大效用，将输出信噪比维持在较高水平，提高系统抗信道衰落效率，抑制误码扩散，提升了接收机性能。

　　4 展望

　　分集技术虽然是解决地面数字电视广播系统信号衰落的可行手段，但仍处于实验阶段，相关研究有待进一步深入。

　　随着时代的进步发展，大众对数字信号传输速度与质量要求越来越高，地面数字电视广播技术也在不断吸收新技术提高性能以满足市场需要，在此背景下，国标单载波系统缺陷可能会被进一步放大，本文介绍的几种分集接收方案可能无法满足系统提升性能需要。以上介绍的几种分集技术并不是终点，而是起点，相信在未来，将会有越来越多的新的更先进的分集技术涌现，为地面数字电视广播系统建设事业添砖加瓦。

　　参考文献

　　[1]莫晓俊.地面数字电视广播系统监测方法与技术要求[J].广播与电视技术，2011，23（9）：130-132.

　　[2]杨知行，王昭诚.下一代地面数字电视广播系统关键技术[J].电视技术，2011，23（08）：22-27.

　　[3]昌文婷，王劲涛，潘长勇.地面数字电视广播系统的发射分集实现[J].清华大学学报：自然科学版，2010，96（10）：1699-1702.

　　[4]李晓强，姜丽军.无限衰落信道下的分集接收技术与空时编码的研究[J].知识经济，2011，13（23）：98-99.

　　作者单位

　　陕西广电网络传媒（集团）股份有限公司延安分公司 陕西省延安市 716000