手机电视信号误码率性能分析

黎 鹏，王 涌，丁洪伟，张国平，杨 永，余鹏飞

（1.云南大学 信息学院，昆明 650091；2.云南省广播电视局 科技处，昆明 650031）

手机电视信号误码率性能分析

黎 鹏1，王 涌2，丁洪伟1，张国平，杨 永1，余鹏飞1

（1.云南大学 信息学院，昆明 650091；2.云南省广播电视局 科技处，昆明 650031）

该文选用Cost 231-Walfisch-Ikegami无线传输模型对手机电视信号传输特点进行了分析，为方便应用，从实际应用角度对该模型进行了简化。借助Matlab软件仿真，分析了手机电视信号的MPSK调制方式，找出了直通视距和非直通视距条件下手机电视信号的传输特性，着重讨论了两种条件下发射功率与误码率的关系，给出了曲线结果。根据结果特点，增加发射功率，减小误码率，可有效避免功率的浪费。

手机电视；MPSK；误码率；Cost 231-Walfisch-Ikegami模型

近年来，手机电视在3G网络中已得到很大发展，随着4G牌照的发放，4G网络正快速地铺向全国，无线网络的数据传输速率已大幅度提高，这对手机电视的发展无疑是很大的机遇。手机电视信号具有无线信号的基本特征，信号在调制后被送入无线信道中，经过路径损耗、噪声干扰等一系列的过程后到达接收端。在无线信道的传播过程中，接收到的信号是随机的，不易分析［1］，本文运用蒙特卡洛仿真，有效分析了发射功率与误码率的关系。

1 Cost 231-Walfisch-Ikegami模型

Cost 231-Walfisch-Ikegami模型考虑了天线高度与街道走向对无线信号传输的影响，是经验模型和理论模型的一种结合，工作在800～2 000 MHz的频段，适用于中等城市城区无线信号的传输过程中对市区内信号传输时路径损耗的预测［2］。无线信号损耗受建筑物高度、街道宽度以及建筑物之间的距离影响:1）基站与接收端存在直通视距（LOS）的情况；2）不存在直通视距（NLOS）的情况。

1）如果基站与接收端存在直通视距（LOS），信号路径损耗为:

其中，d（km）为传播距离，f（MHz）为载波频率。

2）如果基站与接收端不存在直通视距（NLOS），信号路径损耗:

其中，d（km）是通信距离，Lori是街道取向因子。

2 发射信号功率对误码率的影响

在手机电视信号传输系统中，误码率代表着接收到信号的优劣。对于手机电视的画面质量来说更是如此，较低的误码可以让观众看到更优质的服务，若误码较高，很可能导致手机电视画面的失真，影响服务质量。

1）直视通路信号发射功率对信号误码率的影响。

在应用中，信号传输存在直视通路的情况是比较少见的，但其作为一种理想的参考模型，对工程应用具有重要的指导意义。在此模型中，可令发射天线增益Gt=10 dBi，接收天线增益Gr=10 dBi，信号频率为f=1 000 MHz，传输距离d=1 km，噪声功率N=-80 dBm，可得到发射信号功率与误码率的关系曲线。

图1 直视通路QPSK误码率-发射功率

图2 直视通路MPSK误码率-发射功率

图1是在QPSK调制下，传输信道存在直视通距时，信号的发射功率与信号误码率的关系曲线［3］。从图1中可以看出，仿真结果与理论结果基本一致，随着发射信号功率的增大，误码率不断下降。当误码率为10-4时，信号发射功率为14.8 dBm。

图2是发射信号经过简化的Cost231-Waifish-Ikegami模型后，系统误码率随发射功率变化的关系曲线。从图2中可以看出，在调制方式确定时，随着发射功率的增大，接收端的误码率不断下降。例如在8PSK调制下，当发射功率为10 dBm时，其误码率为0.12；但随着发射功率的增大，误码率急剧下降，在发射功率为20 dBm时，其误码率锐减为0.001，下降了两个多数量级。

在误码率一定时，MPSK调制进制数越大，所需要的发射功率也随之增大。例如，当误码率为10-3时，8PSK调制所需的信号发射功率为21.5 dBm，而32PSK调制所需的信号发射功率却增加到44.2 dBm。在图2中，可以根据接收端对信号的误码率要求来确定发射端信号的发射功率，通过对发射功率的控制，可以合理地调整发射机功率，从而减少能耗的浪费。

2）非直视通路信号发射功率对信号误码率的影响。

在非直视通路模型中［4］，令发射天线增益Gt= 10 dBi，接收天线增益Gr=10 dBi，信号频率为f=1000 MHz，传输距离d=1 km，噪声功率N=-100 dBm，则可得到发射信号功率与信号误码率的关系曲线［5］。

图3 非直视通路QPSK误码率-发射功率

图3是在QPSK调制下，传输信道不存在直视通距时，信号的发射功率与信号误码率的关系曲线。从图3中可以看出，仿真结果与理论结果基本一致，随着发射信号功率的增大，信号误码率不断下降。当误码率为10-3时，信号发射功率为28.8 dBm。

图4 非直视通路MPSK误码率-发射功率

图4是发射信号经过非直视通路的Cost231-Waifish-Ikegami模型后，系统误码率随发射功率变化的关系曲线。从图4中可以看出，在调制方式确定时，随着发射功率的增大，接收端的误码率也在不断下降。例如，在8PSK调制下，当发射功率为30 dBm时，其误码率为0.05；但随着发射功率的增大，误码率急剧下降，在发射功率为38 dBm时，其误码率锐减为0.0 001，下降了两个数量级。在误码率一定的情况下，MPSK调制进制数越大，所需要的发射功率也随之增大。例如，当误码率为10-4时，8PSK调制所需的信号发射功率为38 dBm，而16PSK调制所需的信号发射功率却增加到43.7 dBm，相差了5.7 dBm。这也是比较容易理解的，因为随着相移键控调制进制数的增加，信号在一个单位内各个相位间的间距减小，虽然提高了频带的利用率，但是也更容易产生码间串扰，发生误判，使得误码率快速上升。这就是为什么在利用高阶调制时，产生更高误码率的原因［6］。

3 结束语

通过以上仿真发现，在同样的条件下，直视通路达到接收端要求的误码率所需功率比非直视通路达到接收端要求的误码率所需功率明显要低，手机电视信号误码率会随着调相进制数的增加而变大。在这两种通路情况下，通过增加发送端发射信号的功率，可以减小接收端信号的误码率，这为实际工程应用提供了参考值。手机电视信号可根据实际终端对信号误码率的要求，调整发射信号功率，有效避免功率的浪费。

［1］曲鸣镝，张鹏.手机电视的实现技术研究［J］.信息技术与信息化，2006（3）:111-113.

［2］李志豪，田龙杰.移动通信中的无线信道技术［J］.电子测试，2013（6）:179-180.

［3］明亮.基于DMS的DWDM高速多通道QPSK系统的传输控制［D］.江苏:南京邮电大学.2013.

［4］张俏梅.室内环境下无线电波传播的数值仿真研究［D］.广东:中山大学，2004.

［5］范晓静.室内无线传播模型的研究与仿真［J］.科技信息，2010（26）:131-131.

［6］刘雪颖，梁先明.GMSK软扩频调制原理及实现［J］.中国电子科学研究院学报，2010，5（4）: 415-418.

Performance Analysis of Mobile TV Signal Error Rate

LI Peng1，WANG Yong2，DING Hongwei1，ZHANG Guoping，YANGYong1，YU Pengfei1
（1.School of Information，Yunnan University，Kunming 650091，China；2.Department of Science and Technology，Radio and Television Bureau of Yunnan Province，Kunming 650031，China）

This paper uses the Cost 231-Walfisch-Ikegami model that simplified the Mobile TV signal transmission，and analyzes the relationship between power and bit error rate of LOS and NLOS through the MPSK modulation.The paper，with the aid of Matlab software，analyzes the MPSK modulation mode of mobile phone TV signals，finds out the direct line-of-sight and non direct lineof-sight under the condition of mobile TV signal transmission characteristics，emphatically discusses the transmit power and bit error rate under the condition of two kinds of relationship and provides，curves results.According to the characteristics of the curve，we can increase the transmitting power，reduce the bit error rate，and effectively avoid the waste of power.

Mobile TV；MPSK；bit error rate；Cost 231-Walfisch-Ikegami model

TN92

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.008

2015-07-15；修改日期：2015-11-30

国家自然科学基金（6146053）；云南省教育厅基金（2014Y021）；云南省广播电视局合作项目联合资助。

黎 鹏（1981-），男，博士生，实验师，主要从事通信与信息系统方面的研究。