數(shù)字電視地面廣播中干擾消除技術(shù)研究

1、    數(shù)字電視地面廣播中干擾消除技術(shù)研究    孫力摘要在數(shù)字電視地面廣播傳輸信道中存在多種信號(hào)干擾，嚴(yán)重影響有用信號(hào)的傳播，因此就數(shù)字電視地面廣播中常見的干擾消除技術(shù)進(jìn)行研究。關(guān)鍵詞數(shù)字電視 信號(hào)干擾 消除：tn94 ：a：16717597（2009）051002701數(shù)字電視地面廣播的信道是空中接口，載體是無線電波，發(fā)射臺(tái)發(fā)射出的射頻信號(hào)通過無線電波，經(jīng)過直射、反射、繞射等后，在接收端接收到的信號(hào)是各路信號(hào)疊加起來的混合信號(hào)。數(shù)字電視地面廣播是工作在幾百赫茲的頻段。在這樣一個(gè)復(fù)雜的信道中，存在各種各樣的對(duì)有用信號(hào)的干擾，其中主要的干擾有：高斯白噪聲

2、干擾、多徑干擾、同鄰頻干擾、多普勒頻移等。下面討論數(shù)字電視地面廣播中干擾消除技術(shù)。一、信道編解碼消除白噪聲對(duì)白噪聲一般是通過在信息中加入冗余來達(dá)到消除的目的。加入冗余的方法主要就是采用信道編碼。信道編碼主要分兩種:分組碼和卷積碼。分組碼對(duì)信息比特分組，對(duì)每組的信息比特通過與生成矩陣的計(jì)算，加入冗余比特，得到編碼后的比特；卷積碼對(duì)分組后的信息比特計(jì)算后，編碼后的比特不僅僅與當(dāng)前分組內(nèi)信息有關(guān)，還與其他分組內(nèi)信息有關(guān)系。1948年，香農(nóng)（shannon）發(fā)表了通信的數(shù)學(xué)理論一文，為通信的可靠傳輸提供了理論基礎(chǔ)。香農(nóng)指出：任何信道都存在一個(gè)最大的傳輸速率，稱為信道容量，在低于或等于信道容量的傳輸速率

3、下，隨機(jī)產(chǎn)生的足夠長(zhǎng)的碼可以獲得任意小的錯(cuò)誤概率，實(shí)現(xiàn)可靠的通信。但是香農(nóng)定理并未給出在實(shí)際中能實(shí)現(xiàn)同時(shí)又能達(dá)到最佳性能的編碼方法。在香農(nóng)定理之后的幾十年中，相繼出現(xiàn)了多種編碼方法，包括代數(shù)碼和卷積碼，但這些碼的性能與香農(nóng)極限（shannon limit）都相差甚遠(yuǎn)，以至于人們普遍認(rèn)為香農(nóng)極限是不可能達(dá)到的。直到1993年c.berrou等人提出了一種稱為turbo碼的并行級(jí)聯(lián)卷積碼，其性能非常接近香農(nóng)極限同時(shí)復(fù)雜度也可以接受，因此turbo碼的出現(xiàn)為編碼領(lǐng)域帶來了革命性的變化，也引發(fā)了對(duì)基于圖論的迭代譯碼算法的研究熱潮，其中就包括低密度校驗(yàn)碼（low density parity code,

4、低密度校驗(yàn)碼）所采用置信傳播譯碼算法。隨著對(duì)turbo碼研究的深入，人們重新發(fā)現(xiàn)了ldpc。目前基于密度演化算法所構(gòu)造的非規(guī)則ldpc碼已經(jīng)超過了迄今為止最優(yōu)的turbo的性能，例如在加性白高斯噪聲信道中，1/2碼率的低密度校驗(yàn)碼在誤碼率為10-6時(shí)，距離香農(nóng)限僅0.04db。最近幾年，ldpc碼取代turbo碼作為信道編解碼標(biāo)準(zhǔn)的趨勢(shì)已經(jīng)很明顯。歐洲數(shù)字電視廣播組織（dvb）已經(jīng)在其下一代衛(wèi)星數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)(dvb-s2)中采用ldpc碼作為前向糾錯(cuò)的編碼方案。最近公布的中國(guó)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇?biāo)準(zhǔn)中前向糾錯(cuò)編碼也采用了ldpc碼。低密度校驗(yàn)碼已經(jīng)成為當(dāng)今信道編碼領(lǐng)域的最有力競(jìng)爭(zhēng)者。二、多徑干擾的

5、消除美國(guó)atsc系統(tǒng)中消除多徑干擾是通過時(shí)域自適應(yīng)均衡來實(shí)現(xiàn)的。它的參考設(shè)計(jì)就是一個(gè)256抽頭(前向?yàn)V波器64階，后向反饋濾波器192階)的自適應(yīng)濾波器。其中符號(hào)數(shù)據(jù)在進(jìn)入前向?yàn)V波器之前，會(huì)有一個(gè)消去直流分量的操作，這是為了消除數(shù)字電視基帶信號(hào)中的零頻分量-導(dǎo)頻信號(hào)，直流分量大小是通過檢測(cè)場(chǎng)同步信號(hào)的直流分量獲得的。采用判決反饋形式，通過場(chǎng)同步信號(hào)的訓(xùn)練和盲均衡來加速起始收斂速度，當(dāng)眼圖初步張開之后，采用面向判決的方式加快跟蹤信道的能力，這種工作結(jié)構(gòu)和模式在靜態(tài)近多徑信道下取得了很好效果。但是缺點(diǎn)也很明顯，在對(duì)付惡劣的信道條件時(shí)（如間隔較遠(yuǎn)的強(qiáng)多徑干擾），由于判決的不可靠，不正確的判決會(huì)累積在

6、后向反饋濾波器中，使得dfe出現(xiàn)誤碼擴(kuò)散，很難收斂到一個(gè)比較好的效果。此外在動(dòng)態(tài)信道條件下，抽頭更新速度跟不上信道的變化，性能也不夠好。歐洲的dvbt系統(tǒng)中，采用ofdm調(diào)制，將n個(gè)串行傳輸?shù)姆?hào)變換為n個(gè)并行傳輸?shù)姆?hào)(一個(gè)ofdm符號(hào)塊)，每個(gè)符號(hào)持續(xù)時(shí)間擴(kuò)展了n倍，使其遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多徑時(shí)延，提高了對(duì)多徑干擾的抵抗能力。在頻域來看，多徑干擾表現(xiàn)為頻率選擇性衰落，而ofdm是將信息調(diào)制到很多個(gè)子載波上，在每個(gè)子載波上，信道幅頻響應(yīng)基本不變，但是在每個(gè)子載波上仍會(huì)有平坦衰落，這樣均衡就簡(jiǎn)單了很多。同時(shí)，在相鄰ofdm符號(hào)塊之間加入循環(huán)前綴cp(cyclic prefix)，消除相鄰ofdm符號(hào)的干

7、擾。三、梳狀濾波器消除模擬同頻干擾在美國(guó)的atsc系統(tǒng)中，使用的是梳狀濾波器來消除模擬同頻干擾。在模擬電視的三個(gè)載波：圖像主載波、色度信號(hào)載波和伴音信號(hào)載波。模擬信號(hào)的主要能量主要集中在這三個(gè)載波附近，圖像信號(hào)與色度信號(hào)的頻譜實(shí)現(xiàn)相互交錯(cuò)間隔，使總的信號(hào)帶寬保持不變。合理設(shè)置梳狀濾波器頻譜零點(diǎn)，使得三個(gè)載波的位置正好濾波器頻譜零點(diǎn)。但是這種梳狀濾波器的加入會(huì)使載噪比門限上升約3db。在歐洲的dvb-t系統(tǒng)中，由于模擬電視的能量集中在視頻載波、色副載波以及伴音載波附近,可以直接在頻譜上開槽來消除同頻干擾,而且開槽寬度與同頻干擾抑制能力成正比。這種方法不需要額外增加濾波器，但是代價(jià)就在于降低了頻譜

8、利用率。四、動(dòng)態(tài)多普勒衰落在對(duì)付多普勒頻移方面，單載波系統(tǒng)中可以快速收斂的自適應(yīng)更新算法如rls等作為均衡器的抽頭更新算法，但是這些算法一般計(jì)算比較復(fù)雜，或者對(duì)舍入誤差敏感，容易發(fā)散，實(shí)際中一般較少采用。但是通過對(duì)均衡器的進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)控制，可以部分地提高對(duì)付動(dòng)態(tài)信道的能力，然而由于信道突然衰落帶來的判決錯(cuò)誤會(huì)由于采用了判決反饋濾波器而進(jìn)一步擴(kuò)散，這種誤碼擴(kuò)散作用一直困擾著均衡器的發(fā)展。隨著硬件處理能力的提高，turbo接收機(jī)技術(shù)也在不斷發(fā)展，原有的內(nèi)接收機(jī)（同步和均衡）和外接收機(jī)（信道解碼）的分界線日益模糊，融合同步均衡解碼是目前解調(diào)技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。從本質(zhì)上說，這是如何能同時(shí)利用歐氏距離（星座點(diǎn)間距離）和漢明距離（碼距離）的問題。這種充分利用2種增益的方法用于對(duì)付動(dòng)態(tài)多普勒衰落是非常有效的。在多載波系統(tǒng)中，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上要保證以下2個(gè)前提：一是多載波符號(hào)周期小于信道相干時(shí)間，子載波的間隔小于信道相干帶寬。在滿足這兩個(gè)條件下的信道可以被認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)子載波平衰落信道。這樣傳統(tǒng)的基于導(dǎo)頻的信道估計(jì)可以按照多載波符號(hào)間隔來進(jìn)行并作補(bǔ)償。但是這2個(gè)前提本身是矛盾的，要滿足第一個(gè)條件，符號(hào)周期要小，即子載波間隔要大，而第二個(gè)假設(shè)要求子載波間隔小。所以多載波系統(tǒng)對(duì)抗動(dòng)態(tài)衰落能力會(huì)受制于系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)際動(dòng)態(tài)多普勒衰落總