地面数字电视广播传输系统的信道估计研究

2022-04-11马小巍

数字传媒研究 2022年1期

马小巍

国家广播电视总局二〇三台内蒙古呼和浩特市 010050

目前的电子产品市场中，无论是世界上的哪个国家，电视都是市场中重要的商品。目前世界已进入数字电视时代，电视信号通过数字化手段进行传输，画面质量提高的同时，信号传输效率也有质的提升。然而，当前的数字电视的信号传输过程中仍然伴随着环境差、频谱少等问题，造成数字电视信号传输的不稳定。对于这一问题，需要进行新技术的开发研究予以解决。

1 数字电视的发展历程及问题

1.1 数字电视发展历程

在世界范围内，最早的数字电视技术的研究可追溯至上世纪80年代。数字电视的发展历史相对较短，但取得了极为显著的成效。自90年代起，西方发达国家纷纷完成了数字电视组织网络的构建，从此开始，数字电视在历经短短十余年的研发后，真正走进了千家万户，丰富了人们的生活。

中国的数字电视研究于上世纪80年代正式开展，1992年，中国成立了数字电视研究领导小组，数字电视领域的研究真正实现了组织化、系统化，这对于之后的数字电视技术进步与数字电视普及起到了至关重要的作用。在1998年的8月份，中国第一台高清数字电视的功能样机出厂，次年10月，成功进行了国庆50周年阅兵式的数字电视转播，数字电视技术真正具备了实际应用价值，进入到一个成熟的发展阶段。2015年，中国最终形成了数字电视网络的全覆盖。

1.2 数字电视发展中存在的问题

中国的数字电视系统是基于TDS-OFDM系统进行研究开发的，因此在实际应用中，也体现出与OFDM系统相同的一些问题，主要有以下三方面。

1.2.1 易受到载波频段偏差的影响

OFDM技术要求信号传输中每个子载波彼此之间呈现正交的关系，但是在实际的技术应用当中，正交性子载波极易受到各类外界因素的干扰。例如，数字电视信号传输过程中，由于收发端的载波频率彼此之间不匹配，导致接收的信号在频域内出现偏移现象，进而导致各个子载波之间出现能量的“泄露”，破坏子载波之间的正交性，最终使得系统的误码率出现恶化。

1.2.2 较高的峰均功率比

OFDM系统发送的电视信号是若干个子载波信号的中和，当有多个子载波信号重合时，会增大重合信号的即时功率，远大于正常的信号传输功率，信号的峰均功率比会出现大幅度的增加，需要系统根据实际需求添加相应的硬件设备，增大了数字电视系统的构建成本。同时，这也会造成信号传输中大范围动态信号的失真，影响整体系统的工作性能。

1.2.3 符号间的干扰

由于中国当前采用GB20600-2006信号传输标准，其帧结构为PN后直接关联数字电视信号，系统设置中，不像DVB-T系统有一个循环的前缀CP头。将PN从接收端口部分移除后就等同于一个ZP-OFDM系统。由于缺少CP的保护，会使系统内部的信号传输过程中各个信号之间的彼此干扰，导致系统功能的恶化。

2 数字电视系统信道估计计算

2.1 计算参数设定

系统的信道估计计算主要采用循环卷积算法，使用GD6与GD8两种计算模型进行信道估计的计算，两种计算模型所需要应用的具体计算参数如表1、表2所示。

表1 GD6模型计算参数

表2 GD8模型计算参数

2.2 系统信道估计的计算

2.2.1 GD6模型计算

通过对系统运行数据应用QPSK调试方式进行提取分析，最终得到的系统信道估计值，如图1所示。

通过对图1的观察分析能够发现，根据当前GD6信道计算模型的循环卷积算法，对系统内部数据分析提取得到的滤波后的信道估计值h能够身份准确的得到其真实的主径值，为之后计算数据的均衡在准确度方面的提高提供了充分的保证。为了仔细研究分析系统中时域循环部分相关的信道估计的性能反映，对系统信道均衡前与均衡后的星座图进行观察分析。均衡前与均衡后的星座图，如图2、图3所示。

图1 GD6模型计算信道估计值

图2 GD6模型计算信道估计值均衡前星座图

图3 GD6模型计算信道估计值均衡后星座图

通过系统信道均衡前后的星座图示可以看到，均衡后系统信道得到了很好的补偿，信道星座点以标准QPSK作为分布中心，呈现中心放射状分布。如果再运用适当的信道解码方式，能够去除掉绝大部分的系统运行错误。

通过对系统运行数据应用64QAM调试方式进行提取分析，最终得到的系统信道估计值，如图4所示。

图4 GD6模型计算信道估计值

通过对图4的观察分析能够发现，根据当前GD6信道计算模型的循环卷积算法，对系统内部数据分析提取得到的滤波后的信道估计值h能够身份准确的得到其真实的主径值，为之后计算数据的均衡在准确度方面的提高提供了充分的保证。为了仔细研究分析系统中时域循环部分相关的信道估计的性能反映，对系统信道均衡前与均衡后的星座图进行观察分析。均衡前与均衡后的星座图，如图5、图6所示。

图5 GD6模型计算信道估计值均衡前星座图

图6 GD6模型计算信道估计值均衡后星座图

通过系统信道均衡前后的星座图示可以看到，均衡后系统信道得到了很好的补偿，信道星座点呈现矩阵状分布。对于错误的解决十分有利。

2.2.2 GD8模型计算

首先是通过对系统运行数据应用QPSK调试方式进行提取分析，最终得到的系统信道估计值，如图7所示。

图7 GD8模型计算信道估计值

通过对图7的观察分析会发现，根据当前GD8信道计算模型的循环卷积算法，对系统内部数据分析提取得到的滤波后的信道估计值h能够身份准确的得到其真实的主径值，为之后计算数据的均衡在准确度方面的提高提供了充分的保证。为了仔细研究分析系统中时域循环部分相关的信道估计的性能反映，对系统信道均衡前与均衡后的星座图进行观察分析。均衡前与均衡后的星座图，如图8所示。

图8 GD8模型计算信道估计值均衡前星座图

在星座图示中可以看到，信道星座点以标准QPSK作为中心，在其左上、左下、右上、右下分别形成四个星座点中心，并以这四个中心，呈现中心放射状分布，如图9所示。

图9 GD8模型计算信道估计值均衡后星座图

其次是通过对系统运行数据应用64QAM调试方式进行提取分析，最终得到的系统信道估计值，如图10所示。

图10 GD8模型计算信道估计值

根据当前GD8信道计算模型的循环卷积算法，对系统内部数据分析提取得到的滤波后的信道估计值h能够身份准确的得到其真实的主径值，为之后计算数据的均衡在准确度方面的提高提供了充分的保证。为了仔细研究分析系统中时域循环部分相关的信道估计的性能反映，对系统信道均衡前与均衡后的星座图进行观察分析。均衡前与均衡后的星座如图11、图12所示。