浅析数字电视信号的无线定位技术

摘 要：文章基于DTV的定位系统中关于总体结构、软件接收机和工作流程等方面的描述，对数字电视广播信号无线定位的原理、方案的实现作简要分析。

关键词：数字电视；无线定位

一、数字电视信号无线定位的概念

无线电定位可理解为：已知的空间坐标和时间基准线的多个无线电发射源的辐射信号同时被接收，就可以确定接收端的用户的地理位置，这里所讲的位置即为经度、纬度和海拔高度。因为超大规模集成电路工艺的进步，DTV系统的应用已经非常的广泛，DTV地面广播系统也开始了大规模的建设。DTV在定位上的优势与GPS相比主要有以下几点：定位的误差非常小，约为1m量级；定位的实时信号更好，在市区的定位概率更高，甚至于室内定位都可实现；处理设备要求低，低耗能；使用方便，使用时无需改变现有的DTV基础设施就可定位。

二、数字电视信号无线定位系统

整个系统在结构设计上可分为两个部分，即发射和接收。如果是基于DVB-T标准发射电视信号，那么首先就要为不同的DTV地面广播信号发射台分配不同的系统标识码，亦即ID，然后通过DTV数字广播系统将进行信道编码过的发射台的空间坐标和发射时间、标识码等信息发射出去，并预先将发射台的坐标存储在接收机的处理器中即可。这个系统的只要特征就是通过接收多个已知空间坐标的数字地面发射台的信号来确定接收者的空间坐标。

对于系统的工作流程大体可分为以下几个步骤：一是接收信号，将接收到的电视信号放大为中频信号；二是完成中频信号的数字化；三是完成信号的同步跟踪、解调和解码任务并建立同步跟踪回路；四是确定观测时间序列。

三、数字电视地面广播

在现代通信中，通信传输手段主要是光纤、卫星、数字微波等，加上地面无线电视广播电视发射构成信息主体。目前在我国数字电视按信号传输方式可以分为地面无线传输数字电视、卫星传输数字电视、有线传输数字电视三类。而移动电视是数字电视地面广播的重要应用。数字电视地面广播在应用需求上要求实现移动和便携接收的功能，使整个技术系统的要求最高。它具备无线数字系统所共有的优点，较之卫星接收，有实理容易、价格低廉的特点；较之有线接收不易受城市施工建设、自然灾害战争等因素造成的断网影响；数字电视地面广播通过电视台制高点天线发射无线电波，覆盖电视用户，用户通过接收天线和电视机收看电视节目，主要的受众也是针对本地区的。完善的数字电视地面广播系统所具备的蜂窝单频网功能，不仅提高了频谱的利用率，而且可应用与宽带无线接入市场；而移动和便携的独特优势使该系统能满足现代信息社会“信息到人”的要求，也就是无论何人何时在何地均能任意获取他想得到的信息。

四、移动接收所遇到的主要问题

移动接收采用的方式是无线数字信号发射、地面接收。因此，移动接收所遇到的问题之一就是衰落，这是所有无线通信系统都会遇到的问题。对于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服，但对于移动接收而言分集接收的方法显然不实用，因此衰落问题尤为突出。

电波在沿地表传播中会受到各种阻碍物的反射、散射和吸收，实际到达收信天线处的电波除了来自发射天线的直接波外，还存在来自各种物体（包括地面）的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天线处形成干涉场，此外，在移动通信中，还存在因移动台（天线）的快速移动而划过颠簸的波节和波幅的驻播现象及由于多普勒效应而造成的相移，凡此种种原因，就使得实际移动台接收到的场强在振幅和相位上均随时随地在急骤变化，使信号很不稳定，这就是无线电波的衰落现象。衰落的严重程度通常随频率或路径长度的增加而增大。目前还无法对衰落进行精确的预测，但区分绕射衰落和多径衰落两种不同类型的衰落是十分重要的。前者为慢衰落，短期信号中值电平在长期中的起伏：后者为快衰落，即瞬时信号电平在短期中的起伏。这两种衰落的表现和影响是不同的另外，与其他无线通信系统不同的是，移动接收的关键点是移动。因此，移动接收还存在一个其他无线通信不会遇到的问题，这就是多普勒效应。系统方面，移动接收还要考虑覆盖网的建设，接收机（特别是便携机）的耗电，接收天线的安装等问题。从基本原理考虑，模拟广播电视信号是不宜实现移动接的。

五、移动接收中的关键技术

PFDM是正交频分复用（0rthogonal Frequency Division Multiplexing）的缩写，是在严得电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整传输的技术措施。OFDM的基本原理是：高速信息数据流通过串/并变换，分配到速率相对较低的若干子信道中传输，第个子信道中的符号周期相对增加，这样可减少因无线信道多径时延扩展所产生的时间弥散性对系统造成的码间干扰。另外，由于引入保护间隔，在保护间隔大于最大多径时延扩展的情况下，可以最大限度地消除多径带来的符号间干扰。如果用循环前缀作为保护间隔，还可避免多径带来的信道间干扰。在过去的频分复用系统中，整个带宽分成N个子频带，子频带之间不重叠，为了避免子频带间相互干扰，频带间通常加保护带宽，但这会使频谱利用率下降。为了克服这个缺点。OFDM采用N个重叠的子频带，子频带间正交，因而在接收端无需分离频谱就可将信号接收下来。OFDM的特点是各子载波相互正交，扩频调制后的频谱可相互重叠，不但减少了子载波间的相互干扰，还大大提高了频谱利用率。主要技术特点如下：（1）可有效对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输；（2）通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力；（3）各子信道的正交调制和解调可通过离散傅利叶反变换和离散傅利叶变换实现；OFDM能够有效地对抗衰落和多普勒现象带来的负面影响，使受到干扰的信号能够可靠地接收。OFDM码率低，又加入了时间保护间隔，具有极强的抗干扰能力。其多径时延小于保护间隔，所以系统不受码间干扰的困扰。在有关移动接收的几种标准的制定过程中，都采用OFDM作为其核心技术。

参考文献：

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[5]数字电视广播信号的定位实施方案 科学与财富 - 2011（4）.

[6]NLOS环境下基于DTV信号的定位算法研究 - 2010.

作者简介：唐超群（1992-9），男，汉族，安徽歙县人，江汉大学物理与信息工程学院自动化专业1班2012级本科生。