全球数字移动电话系统

全球数字移动电话系统（精选九篇）

全球数字移动电话系统 篇1

GSM(Global System for Mobile Communication)网络是基于时分多址技术和频分多址技术的通信网络体系,属于第二代通信技术(2G)。该技术成熟,覆盖范围广,并具有传输速度快、费用低等优点,在远程智能控制系统中得到了广泛的应用。GSM短信息服务(Short Message Service)作为GSM网络的一种基本业务,已得到越来越多的系统运营商和系统开发商的重视。

本文利用MSP430F147单片机来控制GSM模块TC35,把控制GSM模块所需要的AT指令封装入单片机的程序里,由单片机根据被监控目标情况的变化来控制GSM模块发送数据,以起到远程监控的作用。

1 系统结构与原理

系统结构框图如图1所示。

系统由GSM模块TC35、单片机MSP430F147、电平转换芯片MAX232、传感器以及电源组成。GSM模块主要提供系统和用户之间的通信信道;单片机主要是分析处理传感器采集的数据,以便控制GSM模块的动作;电平转换芯片是为了解决单片机和GSM模块之间电平类型不同的问题;传感器的任务是将外部非电信号转换为单片机可以识别的电信号;电源为单片机提供稳定的电源支持,保持系统的稳定和安全。

1.1 TC35模块

GSM模块选用西门子公司的无线通信模块TC35,可以快速安全地实现方案中的数据、语音等的传输、SMS(短消息服务)和呼叫,可以工作在GSM900 kHz和1 800 kHz两个频段。它主要是由射频天线、内部FlashROM、GSM基带处理器、匹配电源和一个40脚的ZIF插座组成。其中GSM基带处理器是核心部件,它的作用相当于一个协议处理器,用来处理外部系统通过接口发送过来的AT指令。射频天线部分主要实现信号的调制与解调,实现外部射频信号与内部基带处理器之间的信号转换,匹配电源为处理器以及射频部分提供所需的电源,插座是提供给用户的应用接口。TC35的用户应用接口采用40脚的ZIF插座,其中包含的引脚功能有:3.3～5.5 V峰值为2 A的直流电源;模拟音频输入输出接口;标准的RS232信号接口,共8个引脚;SIM卡连接引脚数为6个,符合GSM11.11标准。

1.2 单片机MSP430F147

MSP430F147是TI公司推出的16位RISC(精简指令集计算机)结构高性能单片机,具有60 KB的FLASH ROM、2 KB的RAM、12位的2 00千次/s的A/D转换器、硬件乘法器、具有2个带有大量捕获/比较寄存器的16位定时器等和看门狗等外围模块。本设计中,MSP430F147是整个数据采集系统的核心,根据传感器发出的信号来控制GSM模块的动作[1]。

1.3 电平转换芯片MAX232

电平转换芯片MAX232实现单片机所用的TTL信号电平(0～+5 V)到GSM模块的串行通信信号电平(-10～+10 V)之间的转换。

1.4 传感器和电源

传感器主要是检测被监控目标的物理量的变化,再转换成电信号的变化提供给单片机,以达到监控的目的。电源是为了给单片机和电路提供稳定的电源支持。

2 硬件设计

MSP430F147与GSM模块接口电路如图2所示(图中所有电容参数为10μF、2.5 V)。

串行通信采用的波特率为9 600 bit/s,为了达到这么高的波特率,MSP430必须采用高频晶振。本实验是采用4 MHz的高频晶振,再经过BCSCTL2=0xBE;语句实现8分频,得到0.5 MHz的系统时钟频率,再通过设置MSP430的UBR00、UBR01、U0MCTL最终得到9 600 bit/s的波特率。高频晶振连接在MSP430的第52和53引脚上,需要在程序中加入一段起振程序来让晶振稳定运行。

3 软件设计

3.1 AT指令介绍

GSM模块提供的命令接口符合GSM07.05和GSM07.07规范。GSM07.07中定义的AT指令接口,提供了一种移动平台与数据终端设备之间的通用接口。本实验通过把与短消息服务有关的AT指令封装入MSP430的程序里的方式来控制GSM的动作。与SMS有关的AT指令如表1所示[2]。

3.2 监控策略

程序可以有两种触发方式:一是事件触发;二是时间触发。事件触发是由相应的传感器来检测需要监控的目标的物理量的变化,例如温度的升高、振动、水位下降等,一旦传感器检测到这些异常情况,则输出一个下降沿的电平到MSP430上,启动相应的程序来输出对应的AT指令给GSM模块,再由GSM发送事先设置好的报警短消息到用户的接收装置上。时间触发是设定一个时间常数,如果一切正常,则每过一段固定的时间发送一条表示一切正常的短消息到用户的接收装置上。

3.3 程序流程

程序中设定两个时间参数,一是程序启动到第一次发送数据的时间T1;二是两次发送数据之间的时间间隔T2。通过改变这两个时间参数就可以实现在任意想要的时间传输监控数据。程序的主循环如图3所示。

3.4 晶振起振程序

外接的高频晶振需要一定的时间来达到稳定运行的状态,并且需要把4 MHz的高频8分频后变为0.5 MHz,程序如下:

3.5 发送短消息的子函数

MSP430把控制GSM模块发送短消息的AT指令封装进子函数以方便调用,程序如下:

4 关于远程监控的展望

本文实现的用MSP430单片机控制GSM模块的监控系统具有监控成本低、监控距离远、可以利用现有无线通信网络等优势,但是又具有不适用于大范围监控和需要大量数据传输的劣势,不利于建立一个大型的监控网络。

近年在数据的采集和监控领域新兴的无线传感器网络(WSN)技术可以很好地解决上述问题。WSN是由大量体积小、资源受限并且具有一定计算能力和无线通信能力的传感器节点组成,易于建立一个大范围的数据采集和监控网络。它低成本、低功耗等特点使其在多个领域有着广泛应用前景。但是WSN的最佳数据采集和无线传输范围是30～100 m,超出这个范围则传感器节点的通信能力就会受到信号衰减和电磁干扰等影响而无法传输数据,所以不利于建立远程的监控,例如范围很广的森林防火监控等。

以上两种数据采集和监控方案各有优劣且优势互补,所以可以把这两种技术结合起来,用WSN无线传感器网络采集和监控一定范围内的数据,然后把需要远程传输的数据发送到GSM模块上,再通过GSM网络传输给远程用户,以使远程用户可以对该范围内的情况进行测量和监控。

参考文献

[1]沈建华,杨艳琴,翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

铁路GSM-R数字移动通信系统 篇2

铁路GSM-R数字移动通信系统（以下简称GSM-R）是铁路专用移动通信网，是直接为铁路运输生产和铁路信息化服务的综合通信平台。是 无线铁路通讯经济全面的解决方案。

作为一个安全的平台，GSM-R为铁路公司的工作人员之间，包括司机、调度员、调车员、机车工程师和站台人员，提供了语音和数据通讯技术。

GSM-R是众多欧洲铁路公司10年来精诚合作的结果。为了使用单一通讯平台达到互操作性的目的，GSM-R标准结合了此前在欧洲使用的35个模拟系统的所有核心功能及丰富经验。

作为一个安全的平台，GSM-R为铁路公司的工作人员之间，包括司机、调度员、调车员、机车工程师和站台人员，提供了语音和数据通讯技术。GSM-R推出了一系列先进功能，如语音组呼、语音广播、基于位置的寻址、以及紧急抢占通话权等，从而大幅改善了工作人员间的通讯、协作和安全管理。GSM-R符合新的欧洲铁路运输管理系统（ERTMS）标准，可将信号直接发送给列车司机，从而提高了列车速度，增加了运输密度，同时增强了行驶的安全性。

选择基于GSM的GSM-R技术是这个标准大获成功的原因之一。GSM-R继承了GSM经济性的规模，经证明是基于铁路运营商级平台的、最经济有效的数字无线通讯网络。GSM-R超越了语音和信号服务的范围。一些新兴的应用服务，货物追踪、车厢和站台的视频监测、以及乘客信息服务等，都将使用GSM-R技术。

GSM-R是一项目前在全球15个国家成功运营的技术。尽管GSM-R技术规范在2000年才制订完成，但已经广泛用于世界35个国家，包括欧盟所有成员国，而且亚洲、亚欧大陆和北非使用该技术规范的国家数量也在逐月增加，从而使GSM-R成为发展最快的无线网络市场。

GSM-R通信系统简介

GSM-R在GSM公众移动通信系统平台上增加了铁路运输专用调度通信功能。

GSM-R通信技术起源于欧洲，目前在德国、瑞士、荷兰、意大利等国家均已进入商业运用。由于GSM-R具有适应铁路运输特点的功能优势，以及更符合通信信号一体化技术发展的需要，因此铁道部2000年底正式确定将GSM-R作为我国铁路专用通信的发展方向。GSM-R在GSM公众移动通信系统平台上增加了铁路运输专用调度通信功能。GSM-R通信系统包括：交换机、基站、机车综合通信设备、手机等设备组成。以青藏铁路为例：青藏铁路是世界上海拔最高的铁路线，青藏线北起青海省格尔木市，途经纳赤台、五道梁、沱沱河、雁石坪，翻越唐古拉山进入西藏自治区境内后，经安多、那曲、当雄至西藏自治区首府拉萨市，全长约1142km。绝大部分线路在高原缺氧的无人区。为了满足铁路运输通信、信号及调度指挥的需要，采用了GSM-R移动通信系统。青藏线GSM-R通信系统实现了如下功能：

1、调度通信功能

调度通信系统业务包括列车调度通信、货运调度通信、牵引变电调度通信、其他调度及专用通信、站场通信、应急通信、施工养护通信和道口通信等。

2、车次号传输与列车停稳信息的传送功能

车次号传输与列车停稳信息对铁路运输管理和行车安全具有重要的意义，它可通过基于GSM-R电路交换技术的数据采集传输应用系统来实现数据传输，也可以采用GPRS方式来实现。

3、调度命令传送功能

铁路调度命令是调度所里的调度员向司机下达的书面命令，它是列车行车安全的重要保障。采用GSM-R系统传输通道传输调度命令无疑将加速调度命令的传递过程，提高工作效率。

4、列车尾部装置信息传送功能

将尾部风压数据反馈传输通道纳入GSM-R通信系统，可以方便地解决尾部风压数据传输问题。

5、调车机车信号和监控信息系统传输功能

提供调车机车信号和监控信息传输通道，实现地面设备和多台车载设备间的数据传输，并能够存储进入和退出调车模式的有关信息。

6、列车控制数据传输功能

采用GSM-R通信系统实现车地间双向无线数据传输，提供车地之间双向安全数据传输通道。

7、区间移动公务通信

在区间作业的水电、工务、信号、通信、供电、桥梁守护等部门内部的通信，均可以使用GSM-R作业手持台，作业人员在需要时可与车站值班员、各部门调度员或自动电话用户联系。紧急情况下，作业人员还可以呼叫司机，与司机建立通话联络。

8、应急指挥通信话音和数据业务

全球数字移动电话系统 篇3

“财前教授开始早诊!”看过日剧《白色巨塔》的人，大都对这句台词印象深刻。外科教授财前五郎率领着他的医疗团队在各病房巡诊，每到一张病床前，在财前教授诊察病人时，一旁的见习医师会递上相关病历与X光片供他参考。

《白色巨塔》是日本知名作家山崎丰子在1965年写成的，最近的版本是在2003年拍摄的，如果再拍一次，背景改在台北新光医院的话，财前教授的巡诊场景就会有所不同。

观众会发现助理医师手中繁多的资料不见了，取而代之的是一台上面架着平板电脑的医疗推车。财前教授开始诊疗时，会在平板电脑上选出该病患的所有数据，例如病历、X光片、超声波图片等，不但病患者能更了解目前病情，财前教授的巡诊也更为轻松高效。

定制移动医疗系统

这辆医疗推车是新光移动医疗系统的一部分。

或许普通大众对“移动医疗”这个名词较为陌生，其实它早已存在于我们的生活之中，像路上疾驶而过的救护车、偏远地区的医疗巡回车等，都是其中的一部分。

据研华台湾区ePlafform业务群项目副理林钦裕介绍，移动医疗系统可分为院内系统与院外系统，救护车属于院外系统，院内系统则用于医师巡诊与护理人员的病床护理作业。

移动医疗，顾名思义，所使用的终端设备必须是可携式。院内移动医疗系统在台湾已经有一段时间的发展。当地部分医院刚开始建置这种系统时，多选择PDA，不过使用一段时间后，其缺点就凸显了。例如，PDA不但操作不易，因画面尺寸较小也不足以显示资料全貌。

小的不行换大的!PDA被淘汰后，新光医院改用体积大一号的笔记本电脑，不过最后还是发现它不适合，原因在于笔记本电脑若架在医疗车上，推动时的持续小震动会提高硬盘故障率。另外，护理人员在进行换药之类的护理作业时，一旦将药水打翻在笔记本电脑上，整台机器极有可能当场损坏。

有了这几次经验后，新光医院体验到，移动医疗系统不是买个现成的IT设备，安装上应用软件就可以的，必须视医院环境与作业特性来设计。

据新光医院技术支持课课长丛培珑介绍，医院所需要的院内移动医疗系统有几个特殊需求：首先是抗震，原因前文已经提到；第二是低噪音，以减少对患者的干扰；第三是强固性，一方面是外部材质要坚固，另一方面则是要抗腐蚀与防水，医疗器材必须经常消毒，所用材料必须经得起酒精腐蚀，防水等级要达到IPX1级(设备可在相当于3-5毫米／分钟的降水强度下，保持正常工作状态10分钟，编者注)；第四是长期供货，医疗业与制造业相同，设备使用周期较长，厂商必须长期提供零配件更换与维修服务。

针对这几个特性，新光医院在2007年开出了特殊规格订单，选定研华作为合作伙伴，为其设计出院内移动医疗系统，并于2008年初上马。目前，该医院共有153台移动医疗车，53台为医师巡诊使用，其余为护理人员使用。

新光医院的所有病患数据都存在主机中，通过无线局域网在移动医疗车上的平板电脑上显示。电脑的硬盘具有1G(1个重力加速度，编者注)的抗震能力，采取无风扇方式降噪，选择特殊材料制造，足以承受撞击与酒精侵蚀。由于医疗作业以稳定为前提，而无线传输又属于通信技术中较不稳定的一种，研华与思科合作，采用医疗等级的通信模块，最大程度地保证通信稳定。

一举三得

建立移动医疗系统后，新光医院在人力成本、无纸化、服务质量三方面获得了效益。

据介绍，人力成本的效益并非指缔减人力，而是提高工作效率。例如：新光医院的所有护理作业都围绕护理站进行，数据资料也都放置在此。以前，护理作业以纸本记录，护士巡房换药时一旦遗漏资料，就必须回护理站取，一来一回徒然浪费时间。现在，数据可通过无线网络显示在电脑上，为护理人员省下了前期准备与作业途中可能延迟的时间。

在无纸化方面，新光医院按规定还要建置纸质病历，但其他的报告、单据都可以省去纸质部分，在需要时显示在移动医疗车的电脑上。服务质量则主要是满足患者的知情权利，并让医师在巡诊时可以轻松、清楚地了解患者的所有就诊数据，藉此提升医疗满意度和质量。

目前，除新光医院外，台湾已有多家医疗机构针对各自环境与作业流程，建立起院内移动医疗系统。

未来，医院里的医生、护士不必抱着满堆的病历快步走在走廊上，而是推着一辆辆架着平板电脑，上面放满各式药品的行动车，极有效率地穿梭于病房之间。

移动数字电视接收系统的前端设计 篇4

随着电视广播的全面数字化, 传统的电视媒体将在技术、功能上逐步与信息、通信领域的其它手段相互融合, 从而形成全新的、庞大的数字电视产业。在数字电视产业化发展中, 地面移动数字电视因为其特有的优势, 有望成为最具发展潜力的领域。移动电视可以在车辆、机场及各种流动人群中的移动载体上广泛使用, 为客户群体提供精彩实时的资讯类节目。它摆脱了固定收视的缺点, 覆盖广泛, 反应迅速, 移动性强, 在高速移动的状态下保持画面的清晰, 实现了边走边看。作为一种新兴的数字技术, 移动数字电视受到国内外业界的广泛关注。

2 DVB-T数字电视接收系统的原理

(1) 模拟处理部分从天线接收到的信号通过调谐器经预选放大抑制镜象干扰、混频后得到中频信号, 经中频滤波器滤波抑制邻道干扰后送入中频放大器中得到放大的中频信号。在中频放大器中设置自动增益控制以稳定信号输出。放大了的中频信号与中频本振混频后经低通滤波送入ADC两倍采样率采样得到OFDM基带数字信号。模拟处理部分如图1所示。

(2) 符号起始同步与定时粗同步利用保护间隔的循环重复特性可获得定时粗同步和符号起始提供FFT。如图所示。基本原理是由于保护间隔中的数据是有效数据部分的重复, 而相邻符号的数据则完全不同, 这样计算通过延时器前后的差值, 并对其进行短时积分, 则可获得粗同步。

(3) COFDM解调为简化接收机方案, 采用流水结构的FFT解调。中频信号经滤波后进入ADC中进行两倍采样率采样, 每一个符号得到2 N样点, 这2 N样点直接送入2 N点FFTASIC处理器进行FFT变换。

(4) 帧同步和传输参数的提取由于接收机并不知道发射信号的调制方案、发射模式、所采用的保护时隙长度、编码率以及超帧所用帧数等对接收机来说至关重要的参数。因此, 传输参数TPS的提取是COFDM解调、信道解码的基本前提条件。由于采用频率分集技术, 在FFT输出后可采用合并技术把TPS的能量收集回来进行解调以提高正确解调的可靠性。对TPS的BCH解码有效的提高TPS的提取可靠性。

(5) 频率和定时同步由定时符号粗同步后, 接收机对连续2个符号的采样的2N样点进行FFT, 频率估计器按参考序列给出的连续导频地址找到这两符号的连续导频值。对频率偏移进行估计得到频率误差信号, 经D/A变换及环路滤波后控制中频本振完成频率同步。频率同步环路滤波器的带宽取为100Hz。定时估计器在当前符号行中找到导频之后, 对定时偏移进行估计得到定时误差信号, 经D/A变化和时钟环路滤波器滤波后完成定时的精同步。时钟精同步的环路滤波器的带宽取50 Hz。因而这一同步过程时间较长, 为若干符号期时间以达到缓慢调整和达到精同步锁定, 而粗同步的带宽则取较宽, 使这一过程在较短时间内完成。

(6) 信道校正和信道状态估计信道响应估计器通过对分布和连续导频点的响应的估计, 利用时/频内插得到信道在全频段的响应估计值, 对各数据载波进行复相均衡后可得信道校正。信道状态估计包括信号的输出电平的估计和自动增益控制以及信道在各数据载波点上的状态估计。信号的输出电平的估计可通过对FFT输出信号的能量获得。信号电平估计出后通过D/A变换以及AGC环路滤波后可对信号的输出电平进行精确控制。信道在各数据载波点上的状态估计是通过各数据载波点上的信号的信纳比的估计给出信道在各数据载波点上的状态度量, 与该载波点的数据一起送到Viterbi译码器, 对每一比特提供“可靠性信息”进行软判决译码。

3 DVB-T数字电视接收机前端设计

图3为DVB-T数字电视接收系统的组成结构方框图。

DVB-T数字电视接收机硬件系统可分为两个功能相对独立的模块:, 前端信道解码模块和后端信源解码模块。前端部分由调谐器和信道解调器组成, 主要功能是主要完成信号混频、信道解调后输出符合MPEG-2标准的TS流;后端部分由主控CPU、视频解码器、音频解码器、存储系统等部件组成, 主要功能是实现TS流的解复用, 并将视频和音频的ES/PES流分别送入相应的音视频解码器进行MPEG-2的音频解码和视频解码, 最终恢复出原始的数字电视信号。

(1) 调谐器调协器的功能是完成射频数字电视信号转变为中频数字电视信号。调谐器通过I2C总线来控制。另外, 信道解调器根据中频信号幅度, 通过AGC信号来调节调谐器输出的中频信号幅度, 使其稳定在一定的范围之内。中频信号输出幅度通常较小, 需要经过中频放大器, 然后送入信道解调器。针对调谐器模块, 飞利浦公司推出的新一代调谐器模块TD1316包含有三个高频部分:, 射频环回、P A L重调制器和射频-下行调谐器。它集成了声表面波滤波器和一个中频放大器, 从射频-下行调谐器部分输出的宽带中频信号经过声表面波滤波器的滤波成为一个限于7/8 MHz带宽的窄带中频信号, 然后通过中频放大器进行增益补偿声表面波滤波器的损耗。

(2) 信道解调器信道解调器接收到中频放大信号后, 对其进行A/D模数转换, 然后逐级进行解调, 包括信号的定时恢复、载波恢复、数据成型、自适应均衡以及解码、解交织、RS解码、去随机化, 输出符合MPEG-2标准的并行传输流。信道解调器可以直接对输入的中频信号进行A/D采样, 提供A G C信号控制中频信号的增益。正常工作状态下, 解调芯片先通过非相关AGC模式使中频信号幅度在A/D采样范围之内, 接着进行载波锁定和同步信号恢复, 实现同步后, 相关AGC模式进一步细调中频信号幅度, 然后依次进行同频干扰滤波、信号均衡、相位跟踪锁定以及前向纠错处理, 包括格状解码、去卷积交织、RS解码和去随机等步骤, 最后输出TS (Transmit Stream) 码流。实际解调的每一步都可以通过内部寄存器来跟踪。解调过程中各阶段信号的实际性能, 如锁定状态、信噪比、误码率等可以由解调芯片内部的寄存器指示。

参考文献

[1]姚冬苹, 蔡超时.数字电视接收技术北京:电子工业出版社, 2007.

广播电台热线电话系统数字化改造 篇5

关键词：电台热线,电话耦合器,数字导播,IP通信,SIP协议

在广播电视节目中, 热线电话仍然是主持人与听众互动交流的重要手段。目前, 大多数广播电台是通过电话耦合器连接播出调音台, 导播与主持人配合完成热线电话的接入及播出的工作。电话耦合器有多路模拟电话线路接入, 导播端和主持人端分别连接控制小盒来完成电话的切入切出控制。电话语音信号通过耦合器音频接口连接到直播间调音台。有的电话耦合器还可以提供语音对讲, 多方通话等附加功能。电话耦合器虽然具有使用简便、技术设备成熟、成本低廉等优点, 但是也存在一些固有缺陷。

模拟电话耦合器电话接口数量有限, 可同时接入的来电数量少, 导致电话打不通的情况经常发生, 严重影响了用户体验。虽然有厂家推出了可同时接入十几路电话的模拟电话耦合器设备, 但在功能及使用的方便性上仍然不能令人满意。毕竟在电台广播中不可能一口气公布十几个电话号码让听众来拨打。大部分电话耦合器不提供来电显示功能, 不便于掌握和统计听众信息。对于拨打进来的热线, 导播需要一一记录来电号码, 核对听众信息, 而这些信息主持人却很难及时了解, 只能通过导播手势、提示牌、对讲来沟通, 容易分散精力, 影响播出。电话耦合器所采用模拟电话接口通话音质较差, 且易受其他电气设备的电磁干扰。虽然随着DSP (数字信号处理) 技术的进步, 生产厂家开始在耦合器中增加了DSP电路, 对电话语音信号进行数字编码后滤波处理, 但依然不能从本质上解决电话语音的音质问题。

计算机电话集成 (Computer Telephony Integration) 技术应用经过多年的发展已经非常成熟, 以包交换为基础的IP通信技术已经被广泛采用并成为主流。这些技术与电信运营商的综合业务数字网结合, 为广播电台新一代数字电话导播系统的开发和应用奠定了基础。

1 数字电话导播系统的设计

热线电话系统的数字化改造。各频道热线号码仍然保持不变, 但接入方式由模拟电话线路转换为光纤数字中继E1PRI (Primary Rate Interface) , 通常称为30B+D业务, 每条线路可以同时接入30路电话。

硬件系统由主、备接入控制服务器、语音采集服务器若干台导播工作站组成, SIP作为信令控制协议控制协议, 采用以太网连接 (图1) 。接入控制服务器采用4通道数字中继卡, 最大可支持120个并发话务量。服务器和工作站都采用Linux操作系统, 后台管理程序采用LAMP (Linux+Apache+Mysql+PHP) 方式开发, 系统工作稳定可靠。语音采集服务器主要承担系统中所有通话的语音采集和录音的功能。导播工作站声卡将语音信号接入直播间调音台。每台导播工作站均配置两套鼠标键盘和显示器, 分别提供给主持人和导播进行切入切出等可视化操作。同时提供两部电话机供导播操作。

2 数字电话导播系统实现的主要功能

2.1 可视化导播和话务管理

通过显示器为导播和主持人显示所有听众来电的队列信息, 包括主叫号码、来电所属区域、呼叫状态等信息, 导播和主持人可以根据这些信息进行呼叫控制。这些控制包括接通、挂断、呼叫保持、静音、切入直播、切给导播等。听众来电将会自动排队等待, 导播可以对每一路通话加上标记和注释, 便于主持人及时掌握来电信息, 有选择的接听。恶意电话号码可以加入黑名单, 自动屏蔽。导播话机可以设置是否振铃, 非节目时间可以设置为自动占线。在会议模式下, 主持人最多可以同时和12个听众进行多方通话。

2.2 电话录音和查询

广播电台都有慢录系统对所有播出的节目进行录音和查询。而数字导播系统的录音主要是针对呼入和呼出的电话语音信号。从导播接通的那一刻起, 就开始自动录音, 无论进行任何操作, 以及电话是否切入直播间, 录音一直在进行, 直到电话被挂断。在后台的管理界面中, 可以对所有通话内容进行查询、试听和下载。

2.3 话务统计

由于后台数据库的支持, 查询页面有完善的话务统计功能。系统可以统计出各个频率, 各个栏目的热线电话的数量、时长、号码归属地等多种信息, 可以统计出每个栏目的每天、每周、每月的呼叫量, 这些信息有利于总编室或相关业务部门对参与节目的受众进行分析, 合理的进行节目调整。

2.4 即时通讯

导播和主持人可以通过文本对话框进行沟通交流即时通讯。发送诸如天气预报、交通路况、以及其他提示信息。

3 运行与维护

数字电话导播系统是一个相对独立的网络, 采用星型拓扑结构, 服务于多个频道的播出, 系统的安全稳定运行非常重要。接入控制服务器为主备同时在线, 导播工作站采用无风扇固体硬盘计算机, 大大降低工作站硬件故障机率。另外, 需要配置备份计算机, 便于及时替换故障设备。数据库备份、工作参数调整等软件维护和管理通过SSH协议远程登录到服务器或者目标工作站来完成。

全球数字移动电话系统 篇6

1 设备配置流程

1.1 自动播出系统

由播出控制机和自动播出软件APSN2000、4台VS3200D硬盘播放机 (2主2备) 、2台DVS1602切换台 (主备) 、字幕台标机、VTM157G授时器等外围设备构成。

自动播出软件APSN2000是自动播出系统的核心, 它调用素材管理系统提供的播出素材给用户编辑播出节目单, 根据节目单和VTM157G授时器提供的北京时间, APSN2000精确控制各种外围设备 (VS3200D硬盘机、DVS1602切换台等) 协调工作, 完成播出任务。

VS3200D硬盘播放机是硬盘素材播出的核心, 它接受APSN2000的节目单, 接受APSN2000的各种控制命令, 如准备、播放、停止等, 并不间断的向APSN2000提供自己当前的工作状态, 如空闲、已准备好、正在播放、已暂停等, 包括错误报警。

DVS1602为16×2视音频控制矩阵, 分为PGM (播出) 、PST (预监) 两路母线, 实现视音频同步切换, PGM PST各有两路输出端口, 其中PGM有一路端口与16路输入断电直通。DVS1602根据播控计算机APSN2000的播出指令进行视音频信号的输入、输出控制。

视音频系统采用VAD6800PS双电源自动备份机箱, 无串扰插板式A/D、D/A、视频分配、音频分配、音频处理器、信号检测报警器等。

整个系统视音频接点均接入跳线盘, 使得安全播出有了硬件保障, 应急故障的处理简单快捷, 迅速有效。

1.2 同步系统

2台BB-2000黑场信号发生器主备使用, 产生没有亮度和色度的“黑”图像信号, 只含有复合同步信号, 为播出系统提供同步基准信号, 以免输出的图像滚动。

VDA2062为1分12路视频分配器, 它有AB两路输入, 每一路可分为6路输出, 用于分配BB-2000的黑场同步信号, 以便给多个设备提供所需的同步。

TB2000D时基校正器, 它可以使系统内部的基准同步信号与不同的输入信号被重新同步锁相, 防止切换画面时闪动。

DK320键混放大器, 用于播出画面插入字幕, 符号和某种较复杂的图形。如:台标, 测试卡, 字幕广告等。

1.3 时间系统及字幕

VTM157G GPS授时器, 为字幕机和播出控制机提供准确授时。播出时间的准确性是自动播出系统中的一个重要指标, 为了保证播出的时间的准确性, 控制机配置了BB锁相卡对系统时间锁定。

字幕机台标机在播出过程中受控叠加字幕和台标。

1.4 视频服务器

2台惠普专业服务器HP DL380, 采用主备结构。保持了原有服务器的完整结构, 不附加任何硬件板卡和其它设备, 只在其上运行VsServer视频服务软件, 保证其运行稳定。主备服务器配置完全一致, 带有两个千兆以太网口, 保证服务器到交换机的数据流畅通, 5块146G的SCSI硬盘实现RAID5阵列, 主备服务器上数据完全一致, 任一服务器出现故障不影响播出。

1.5 网络交换机

2台H3C 24口千兆交换机主备互联, 用于系统内工作站、服务器和硬盘播出机的数据交换, 确保视/音频流传输的安全性。

网络拓扑, 如图1所示。

2 工作过程简介

2.1 素材的获取

总编室可随时通过VS3000素材管理软件, 分频道、按类型从其它网络如非编网直接将所需要的素材传送到主、备服务器。不同用户通过管理软件只能获取超级用户赋予权限的频道素材, 该用户获取的素材经授权可与其它频道共享。该用户一旦获取素材成功, 该素材即被该用户管理, 也可用于播出, 其它用户不能删除。

2.2 素材的调用

通过播出控制软件APSN2000实现素材的调用, 播出控制软件可以将有权使用的素材加入播出节目单进行播出。对加入播出节目单的硬盘播出素材可进行编辑、删除等操作。

2.3 素材的准备

素材加入节目单后, 当该素材的上一条节目开始播出时, 播出控制软件APSN2000发送命令到VS3200D硬盘机 (主备) , 要求其准备好该素材;硬盘机接收到命令后, 发送指令到视频服务器软件VsServer, VsServer将该素材数据传送到VS3200D硬盘机, VS3200D解码第一帧画面并在预监显示器上显示。

2.4 素材的播放

主备VS3200D硬盘机接收到播控软件发出的播放指令后, 将命令发送给视频服务软件VsServer, VsServer传送该素材视/音频流到VS3200D, VS3200D硬盘机进行解码并输出高画质视/音频节目。

3 系统的主要特点

3.1 系统先进性

该系统从节目的制作、编辑、传送到播出, 素材的流动已做到了数字化, 播控系统中使用的硬盘播出设备VS3200D是国内最具特色的嵌入式网络硬盘播出机。它的硬盘播出完全不同于国内其它型号的硬盘机, 脱离了PC机主板加编解码卡的传统硬盘机方式, 运行更加稳定可靠, 更高效。

APSN2000自动播出软件运行稳定, 操作方便, 可控制多种外围设备, 多种节目类型, 支持网络节目单等特点, 而且可根据需要, 支持多种形式的播出控制方式, 如一备一、一备多、单机控制播出等, 使播出更加安全。

播出机房负责节目的安全播出, 在APSN2000里调出总编室节目单, 点击当天所要的节目单, 核对串联单是否正确, 修整、发送后等待节目正常播出, 软件设定了素材库检查程序, 如正常, 显示检查完毕的字样。如有问题, 就会提示素材库缺乏或素材超短, 极大地降低了停播率。每条素材准备播出时有声讯报警, 对于处在不同状态的节目如已播、正、播, 待播, 采用不同的颜色显示。播出方式有多种顺序, 定时、插入、延时、定时定长、定时不定长、顺序不定长、触发等类型播出, 并可在线修改节目单, 提高它的灵活性。

3.2 系统的安全性

对于播出系统来说, 其安全性是各个电视台首要考虑的问题, 该系统在与播出相关的各个环节均有充分考虑, 有较高的安全性。

首先在该系统中, 使用了主备视频服务器, 两台服务器上的数据完全一致, 任何一台服务器发生故障都不会影响自动播出素材的获取, 每台服务器的硬盘都采用了RAID5的方式进行冗余备份, 降低硬盘存储故障概率。

其次, 硬盘播出机VS320D同样也是主备播出, 任何一台VS3200信号有问题都可由APSN2000系统或由值班人员手动切备到另一台VS3200正常信号输出;第三, 尽管自动播控APSN2000系统采用单机播出, 但是采用了冷备份的方式准备了备机, 万一APSN2000系统发生故障, 备机可马上代替使用, 况且VS3200D硬盘机具有手动播出功能, 即使失去APSN2000的自动控制, 仍可由人工手动控制播出;第四, 系统中跳线盘的设计使得应急故障处理简单而快捷, 安全播出有了硬件保障。

网络安全有物理安全问题和病毒问题, 解决物理安全每个部门限制使用权限。每台工作站安装了杀毒软件, 同时还运行病毒防火墙软件, 屏蔽一切可能感染病毒的来源, 严格管理制度, 确保播出网络不被病毒感染, 保证整个网络的安全性。

3.3 设备的维护

安全播出是由技术质量和技术维护作保障, 在设备维护方面, 要更好地管理硬盘播出系统, 根据使用的特点严格监控使用环境的温度、湿度, 及时进行软硬件的升级工作。日常注重巡查各视音频接点, 硬盘机服务器运行状态, 工控机、视音频插板机箱电源和温度的状态显示, 保证设备始终在最佳状态下运行。

4 结束语

全球数字移动电话系统 篇7

1 GSM-R概述

1.1 介绍

早在1992年欧洲铁路通信标准机构 (EIRENE) 就开始了将公共GSM平台用于铁路通信方面的研究, 以寻找一种能满足未来铁路通信需求的、先进的数字无线通信系统, 取代当时各种落后的、不同制式的模拟无线通信系统。1993年, 国际铁路联盟 (UIC) 与欧洲电信标准组织 (ETSI) 协商, 提出了欧洲各国铁路下一代移动通信网以GSM Phase 2+为标准的GSM-R技术, 这一提议在1995年经UIC评估被最终确认。之后, UIC展开了一系列的标准制订和测试工作。首先, UIC建立了标准化组织EIRENE (欧洲铁路综合移动通信网络) , 制定了一系列的铁路需求规范, 涉及范围包括业务功能、调度台车载台需求、电磁环境等各项指标。同时, 密切与ETSI (欧洲电信联盟) 合作, 最终将其所提出的一系列调度业务需求标准纳入到GSM Phase 2+规范中。

GSM-R是在GSM蜂窝系统上增加了调度通信功能和适合高速环境下使用的要素组成, 能满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信的要求。由于GSM-R可实现跨越国界的高速和一般列车之间的通信;能将现有的铁路通信应用融合到单一网络平台中, 以减少集成和运行费用;而且由于GSM-R是由已标准化的设备改进而成, GSM平台上已经提供了大量的业务, 因而引入铁路专用的功能时只需最低限度地改动, 故能保证价格低廉、性能可靠地实现和运行;在GSM Phase 2+中添加了ASCI (增强的语音呼叫业务) 。

GSM-R能灵活地提供专网中所需的语音调度服务如VBS、VGCS和eMLPP, 因此GSM-R是面向未来的技术, 它将从广阔的GSM公网市场和GSM技术的不断演进中获益, 具有巨大的发展空间, GSM-R在欧洲取得巨大的成功, 目前超过30个铁路公司已承诺在其国际路网中使用该技术。截至2003年6月底, 有德国、瑞典、瑞士、意大利、西班牙、英国、比利时、荷兰、芬兰等国家签订了全国铁路商用化合同, 在2005年至2008年完成全国网络的建设。

铁路综合数字移动通信系统 (GSM-R) 是在现行技术比较成熟的GSM蜂窝系统的基础上, 根据铁路的特点, 增加了调度通信系统。能将铁路现有的各类通信融合到统一的网络平台上来, 并且各类通信系统间 (电务、工务、车务、电力、施工等) 可以相互通信, 相互谐调, 可减少通信系统的集成和运行费用, 并能提供高速载体与地面的通信业务。满足高速铁路发展对通信的需要。是无线列调的更新换代产品, 能够满足区间公务移动、紧急救援、调车编组作业、站场无线等移动语音通信的需求, 满足DMIS无线车号、列车尾部风压、机车状态信息、红外轴温监测、线路桥隧监护、铁路供电状态监视、道口防护等移动和固定无线数据传输的需求。满足铁路的安全信息的发布和预告警系统的需求, 确保铁路的畅通、沿线施工、养护人员、车辆、机械的安全。

1.2 GSM-R与传统无线列调比较

1.2.1 传统无线列调的不足

技术基础特别是制式落后, 设备型号、种类繁多, 频率分散, 制式不一, 不能组成大网, 功能孤立, 通话范围有限, 大三角通信的实现复杂。

1.2.2 GSM-R无线列调的优势

GSM-R是数字系统, 可以利用纠错、检错及话音编码等手段提高话音质量, 抗干扰能力强, 可以利用加密机制使系统保密性更好, 可靠性更高。

实现无线和有线结合的方式, 既充分体现了GSM-R的优势, 又充分利用了现有的有线通信资源, 节省投资。

采用蜂窝机制, 可以有效的利用无线频点和通信电缆资源, 扩大覆盖范围, 提高系统容量;GSM-R具有ISDN特性, 可以支持多种应用, 便于扩展无线列调功能;各种先进技术如功能寻址, 基于位置的寻址, 优先级的使用, 使无线列调功能更加强大。

因为只有一种系统, 对于运营者来说维护成本更低, 而且在不同的铁路网之间具有互操作性;可以采用灵活设置完成双工和半双工通信, 实现大三角和小三角通信更容易。

除了可以用于无线列调, GSM-R还可以为铁路部门提供一个完善的移动通信平台, 为通信信号一体化构造一个统一的通信网络, 降低铁路部门在通信上的投资;同时, 在这个平台上的各种应用还可以提高网络的利用率, 提高投资回报率。

1.2.3 GSM-R的技术规范和标准

GSM-R是在公网GSM标准基础上, 通过增加铁路调度通信功能和高速环境组成要素而建立起来的技术体系。GSM-R技术标准与规范, 包括现有的GSM相关标准以及为满足铁路需求而制定的应用标准, 是GSM—R领域内所有技术标准、规范的集合。根据我国铁路和业务实际应用情况, 目前我国GSM-R技术规范体系包含综合类、系统类、工程类、设备类、应用业务类、设备测试类、接口技术要求及测试类共计7大类, 40项。该体系总体上与欧洲FRS和SRS相对应, 40项规范中除了根据我国实际情况制定了系统类和应用业务类, 其余各项技术规范基本上与欧洲规范的各个章节相对应, 并根据我国实际情况做出了相应的规定。

2 GSM-R系统结构

GSM-R系统一般由交换子系统 (MSC) 、网络子系统 (NSS) 、基站子系统 (BSS) 、运行与维护子系统 (OMC) 、GPRS子系统、智能网子系统和网管子系统、光纤直放站设备以及终端设备等组成。

GSM-R陆地移动网络是由一个管理者或专门的机构组织建立并执行操作的, 它的目的是为铁路提供陆地移动通信的各种业务。GSM-R陆地网络可以看作是某个固定网络的扩展, 如ISDN;或者是一个采用统一编号方案的MSC的集合。MSC作为陆地移动网络和固定网络的接入单元。作为铁路专用的网络, GSM-R可以有限地、有条件地与地面的公众或专用网络进行互连。

一个GSM-R陆地移动系统由若干个功能实体组成, 这些功能实体所实现的功能的集合就是网络能够提供给用户的所有基本业务和补充业务, 以及对于用户数据和移动性的操作和管理。GSM-R陆地移动网络由3个子系统组成, 其基本结构如图1所示。

2.1 GSM-R系统的主要业务功能

GSM-R除支持所有的GSM电信业务和承载业务外, 为了满足铁路指挥调度的需求, 增加了集群通信功能, 在GSM标准中定义为高级语音呼叫项目即ASCI (Advanced Speech Call Item) 功能。它包括3种业务, 优先级业务eMLPP (Enhanced Multi-Level Precedence and Pre-emption) 、语音组呼业务 (Voice Group Call Service) 和语音广播业务VBS (Voice Broadcast Service) 。除了包含这3种业务外, 为了实现铁路运营应用, GSM-R还包含另外一些铁路所特有的功能, 即功能寻址, 基于位置的寻址等。GSM-R系统功能模型如图2所示。

2.1.1 增强多优先级与强拆业务

GSM-R还具有增强多优先级与强拆功能, 规定了在呼叫建立或越区切换时呼叫接续的不同优先级, 以及资源不足时的资源抢占能力。这种业务为满足铁路对于某些类型通信的高性能要求, 保证高等级呼叫或紧急呼叫快速可靠地建立, 提供了一种强制能力, 符合无线列车调度通信的特点。

2.1.2 语音组呼业务

为适应专用移动通信网的要求, 在GSM-R中引入了组呼业务, 允许一种由多方参加 (GSM-R移动台或固定电话) , 一人讲话、多方聆听的语音通信方式, 工作于半双工模式下。语音组呼业务突破了GSM网络点对点通信的局限性, 能够以简捷的方式建立组呼叫, 实现调度指挥、紧急通信等特定功能, 尤其适用于铁路的行车指挥调度部门, 用以完成点对多点的组呼业务和群呼业务。

2.1.3 语音广播呼叫业务

允许—个业务用户, 将话音或其他用话音编码传输的信号发送到某一个预先定义的地理区域内的所有用户或者用户组。同语音组呼业务一样, 语音广播呼叫也提供了点对多点呼叫的能力, 适用于铁路的行车调度。

3 GSM-R在客运专线调度通信中的应用

3.1 工程方案

设计方案采用双层网络结构、共站址双基站重叠覆盖方式。两层基站之间采用主备用方式, 网络应确保移动台优先选择主用层。当主用层发生故障时, 网络应能够使移动台切换、小区选择和重选到备用层。GSM-R工程方案如图3所示。

3.2 调度通信系统构成

系统主要由交换机、各类用户终端及维护终端构成。 用户终端按用途分调度台、车站值班台、专用调度台、调度分机、专用分机、站场分机等类型。系统构成及接口定义如图4所示。

图4中:

Fa接口:ISDN基群速率接口 (30B+D) , DSS1信令。

Fb接口:ISDN基群速率接口 (30B+D) , DSS1信令;

或基群速率E1, 铁路调度专用信令。

Va接口:选用RS-232、X.25、以太网、USB接口等。

Ua接口:ISDN基本速率接口 (2B+D) , DSS1信令。

Ub接口:选用Z接口、共分接口、磁石接口、音频2/4线接口、选号接口、64kbits/s同向接口。

FAS根据设置地点和规模分为调度所型和站段型。调度所型FAS设置在铁道部和铁路局调度机械室;站段型FAS设置在各种编组站、区段站、大型客运站或客运枢纽、中小型车站和各种段级机关所在地通信机械室等用户集中的地点。

3.3 组网方式

FAS网络应按铁道部、铁路局和站段三级结构组网。如图4所示。

铁道部调度所FAS至各铁路局调度所FAS间应采用星状结构, 并应有迂回路由。相邻铁路局调度所FAS之间应设直达路由。铁路局调度所FAS至站段FAS间采用环型结构或星型结构。

铁路局调度所FAS至站段FAS之间的网络采用环型结构时, 应按以下要求组网。相邻调度区段2M中继环宜在分界站站段FAS相切, 即分界站站段FAS也接入相邻调度区段的2M中继环, 相邻调度区段各种调度台、车站值班台对分界站用户终端的呼叫在该2M中继环内进行。

相邻调度区段2M中继环在分界站站段FAS不具备相切条件时, 相邻调度区段各种调度台、车站值班台对分界站用户终端的呼叫通过铁路局调度所FAS转接。

根据调度区的大小每个调度区可分段组多个2M数字环, 两个相邻2M数字环的相邻车站站段FAS间宜设置直达路由。

铁路局调度所FAS至站段FAS之间的网络采用星型结构时, 应按以下要求组网。两个相邻车站站段FAS宜设置直达路由。

根据调度区的大小每个调度区可选择地理位置相对重要的站段FAS作为汇接FAS, 汇接其余站段FAS后接入铁路局调度所FAS。铁道部、铁路局调度所FAS应就近接入GSM-R系统的MSC, 站段FAS应通过铁路局调度所FAS汇接后接入GSM-R系统的MSC。每个铁路局宜设置一个调度所FAS, 其容量应按接入该铁路局所有站段FAS配置。当一个铁路局有多个调度所FAS时, 宜分别与GSM-R系统的MSC互联;与铁道部调度所FAS互联则只允许其中一个作为汇接FAS接入, 其余调度所FAS通过汇接FAS转接后接入铁道部调度所FAS。

4 GSM-R技术发展方向

4.1 加快建成核心网

GSM-R是一个基于交换技术的通信网络, 与分散设置、直接对讲无线通信有很大区别。GSM-R网络的交换机、智能网等许多设备, 不仅仅属于某一段专用, 而是许多线路、甚至全网共用。因此, 必须统筹合理安排核心网交换机的建设, 统一规划, 分层次、分阶段进行, 进一步优化系统资源配置, 降低工程总体造价。

4.2 管好用好无线电频率资源

GSM-R频率带宽目前只有4MHz, 相对于铁路需求而言, 无线频率资源是非常紧张的。我们必须合理规划, 严格高效地利用有限的频率资源, 以保证GSM-R系统不受到干扰, 保证通信的高安全性。无线电管理包括两个面:GSM-R系统内部无线电规划管理和GSM-R系统外部无线电干扰的监测和处理。而GSM-R系统外部干扰中最为突出的问题是与中国移动按地域复用频率资源的边界场强协调及干扰协调工作。

5 结束语

我国铁路GSM-R应用前景良好, 青藏铁路的建成及通车说明我国在吸收消化国外应用GSM-R的成功经验后, 已经形成了符合我国铁路实际需要的网络标准, 并且为GSM-R在我国的进一步发展奠定了坚实的基础。为了保证GSM-R在我国健康、顺利发展, 目前, 急需建立健全相关标准体系, 严格执行并不断完善标准规范, 从而为GSM-R发展、建设提供有利支撑条件。

摘要：随着铁路现代化的全面推进及铁路建设新一轮高潮的到来, 客运专线、城际铁路、高速铁路将是未来铁路建设的发展方向, 铁路无线通信系统是作为铁路运输生产指挥调度系统的传输通道, 为保障铁路运输安全和运输效率起到了越来越重要的作用。铁路综合数字移动通信系统 (GSM-R) 将以高效、灵活、经济、实用和可扩展等特性来满足铁路无线通信的要求及未来发展方向。

关键词：客运专线,GSM-R,应用

参考文献

[1]钟章队.铁路综合数字移动通信系统 (GSM-R) [M].中国铁道出版社, 2003.

[2]黄吉莹, 马君, 钟章队.客运专线中GSM-R越区切换的研究[J].铁道通信信号, 2006.

[3]沈尧星.铁路数字调度通信[M].中国铁道出版社, 2004.

[4]赵强.铁路综合数字移动通信系统 (GSM-R) 和GSM-R的清频工作[J].上海铁道科技, 2010.

数字移动电视系统无线同频直放站 篇8

数字化是世界广播电视的发展趋势,数字电视按传输方式可以分为三类,分别是卫星直播方式、有线方式和无线方式。目前家庭数字电视模式更多的是指有线付费频道。有人将移动电视、手机电视、直播卫星电视等产业列为数字化时代影响我国广播电视未来发展的高新产业,广播电视的增长点。其中数字移动电视具有更大的发展空间,作为一种新传媒,它将极大地拓展传统电视所无法达到的收视领域。

数字移动电视作为户外媒体和电视媒体相结合的产物,可以说是传统电视媒体的延伸,它采用了当今世界最先进的数字电视技术,电视节目经过数字编码,通过无线发射、地面接收的方法进行电视节目传播。它与传统的模拟电视无线传播有着本质的区别,最大优势是支持移动接收,通过一定范围内发射信号的单频网布设,使得数字信号覆盖率达90%以上,在此范围内经无线接收,均能收看到高质量的电视画面,即使当车辆行驶速度高达150km/h时也不影响接收。数字移动电视可在私家车、公交车、出租车、轨道交通、轮渡、机场等公众集散的场所广泛运用,为流动受众提供精彩及时的新闻、资讯类节目,满足了人们在户外获知最新、最快的信息需求,填补了移动人群在移动状态中收视的空白。

直放站,作为一种射频信号的中继放大器,可以有效解决信号延伸和覆盖问题,改善收视质量;能对接收到的微弱的数字电视空间发射信号进行线性放大,再经过重发天线转发至服务区域,从而实现了信号的中继、重发等功能,并可利用重发天线的定向性,满足特定区域信号的覆盖。在地面广播电视传输系统中的主要作用是有效提高发射机的覆盖范围,减少发射机数量。可以避免传统基站信号覆盖的不全面的缺陷,对高速公路、铁路等呈带状覆盖面进行定向覆盖,对高山、大型建筑物等阻挡形成的信号盲点进行补盲,亦可做大型建筑物的室内覆盖。

1 数字移动电视系统无线同频直放站介绍

1.1 直放站概念及类型

直放站(Repeater)是指在无线传输过程中起到信号增强的一种无线电中转设备。直放站的基本功能就是一个射频信号增强器。直放站在数字移动电视系统中,由施主天线在现有的覆盖区域中拾取信号,经过带通滤波器对带外的信号进行极好地隔离,将滤波后的信号经功放放大后再次发射到待覆盖区域。移动电视系统的直放站一般采用无线选频同频直放。

1.2 直放站产品中所采用的关键技术

• 低噪声电路设计技术

采用低噪声电路设计技术包括低噪声前级放大器和线性功放,主要考虑在较高接收灵敏度的情况下,使得信号具有更高的信噪比。

• 高线性型功放技术

高线性型功放技术,配合专有的线性补偿技术,有效抑制互调与杂散,满足COFDM传输模式的应用,保证设备的可靠性。

• 增益、功率控制技术

为了保证直放站在数字移动电视系统覆盖到的任何场所的正常工作,直放站本身具备增益、功率调整控制功能。

• 滤波技术

为了避免直放站设备内部形成环路自激,保证设备稳定工作,放大链路中需有足够的滤波电路,对需要严格控制带宽的设备,采用了变频、中频SAW滤波技术。

• 集中控制管理技术

为了便于设备的维护管理,直放站内部具有较为完善的智能管理单元,以提供远程的遥测、遥控功能,并可定时上传状态信息,故障自动告警等。

1.3 数字移动电视直放站的作用

(1)扩大服务范围,消除覆盖盲区,如高山、建筑物等阻挡物而形成的信号盲区。

(2)解决室内覆盖,如大型建筑物内信号盲区、地下停车场、地下商场、地铁、隧道等信号盲区。

(3)其它因屏蔽不能使信号直接穿透之区域等。

2 直放站的应用范围

2.1 盲点、盲区优化

复杂地形、地貌、高山或高大建筑物容易造成的信号微弱区域或盲区,为改善覆盖效果,使用数字移动电视无线同频直放站可以将数字电视信号“引导”到这些区域,便可轻松消除盲区。数字移动电视无线同频直放站可以解决相邻服务发射机之间的盲区以及弱区,达到补盲的作用,最终实现数字移动电视信号的无缝隙覆盖。

2.2 特殊地形覆盖

高速公路、铁路等特殊场合,覆盖通常呈带状,采用数字移动电视无线同频直放站可以轻松实现信号的定点、定向覆盖;而隧道、地铁深入地下、山腹之中,覆盖方向性明显,可采用直放站加电缆和定向天线等进行补盲。

2.3 延伸服务区域(户户通)

数字移动电视无线同频直放站可将发射机发出的射频信号进行接收、放大、重发,以达到延伸覆盖区域、充分利用现有资源的目的。根据实际情况,这种延伸可以有针对性,这样大大节省了建设成本。如数字电视的户户通接入工程。

2.4 楼宇内信号解决

室内热点地区,由于房体外墙对信号的屏蔽,使用数字移动电视无线同频直放站将信号引入进行选择性覆盖,例如写字楼、大型商场、大型地下停车场、展览中心等场所。

3 无线同频数字移动电视系统直放站的工作原理

3.1 数字移动电视直放站系统框图

3.2 数字移动电视直放站功能及原理

功能:数字移动电视无线同频直放站适用于数字移动电视系统网络化及覆盖,采用选频放大方式降低设备引入造成的信噪比恶化程度。

原理:RF信号由接收天线接收后,经LNA放大,然后由选频/移频模块进行传输及选频,经功放进行功率放大后由天线发射供终端用户接收。

4 主要设备组成

数字移动电视无线选频直放站系统主要组成:

(1)施主天线(面向发射站方向)

(2)重发天线(面向终端用户方向)

(3)主机(前端、后端分体)

(4)射频同轴电缆

(5)功率分配器(实现多向覆盖时选用)

5 结束语

全球数字移动电话系统 篇9

关键词：地面数字电视传输,移动数字电视接收,单载波系统

巴西在2000年6月采纳ISDB-T标准而未采纳ATSC标准的原因之一是:ATSC不能提供移动电视接收业务。此后某些专家声称:在地面数字电视(DTT)传输技术中,只有采用正交频分复用(OFDM)技术的多载波系统能实现移动接收,而仅有时间域处理的单载波系统则不能。但单载波系统实现移动接收这个技术难题,先后在中国和美国被破解:1)2002年12月,上海交通大学张文军小组和原美国LINX Electronics公司(以下简称为LINX)合作研制的ADTB-T/OQAM单载波系统,在上海市中心演示720p HDTV的移动接收。2)2009年9月,ATSC批准其移动电视的A/153标准(ATSC-MH;单载波系统)[1]。

本文是《地面数字电视单载波系统如何实现移动接收》[2]的续篇。在回顾DTT单载波系统实现移动电视接收的典型案例及单载波系统的新进展后,补充讨论接收端的一些时间域处理技术:1)从相位域(单位圆)和时间域(两者看成可收缩和扩张的“半拉开弹簧”,其中每圈还有360°的相位域)分析主信号和单个“0 dB回波”的能量叠加后,C/N门限值可望下降约1.5~2.5 dB。2)对“同步码捕获/保持”提出的“部分序列法”缩短所需时间,作补充说明。3)对自适应信道均衡器的卷积运算则提出“6 msb(最高有效位)/符号处理法”(替代原8比特/符号),以显著节省运算资源和缩短运算时间,方便移动电视业务。

1 对单载波系统和多载波系统的回顾和讨论

1.1 对DTT单载波系统和多载波系统的回顾

在DTT传输的多载波系统中利用OFDM处理回波,其技术简洁,容易用软硬件实现。

但此优点中又隐含缺点。以DVB-T为例,2000年3月巴西测试报告:在样机实验室固定接收测试的5个回波模型中,DVB-T样机的C/N门限值上升1.7~9.8 dB(见表1);强回波信号的能量不仅没有利用,反而当作干扰。

注:(1)LINX的ATSC和DVB-T样机是2003年11月在“加拿大通信研究中心(CRC)”获得实验室测试报告(内部);(2)圆括号中的数值和“差距”是笔者添加的。

1.2 单载波系统利用时间域处理技术破解“0 dB回波”技术难题的回顾(2001—2012年)

2001年3月,笔者与LINX夏劲松进行私人交流以来,单载波系统移动接收的成功演示有:

1)2002年12月,上海交大与LINX在上海市中心演示ADTB-T/OQAM单载波系统的720p HDTV移动接收,最高车速120 km/h。

2)2003年1月,上海交大与LINX在上海磁悬浮铁路车厢内演示ADTB-T的SDTV移动接收,最高车速达到461 km/h。

3)2003年4月,LINX在美国NAB年会报告(展台还有现场演示):用时间域处理技术破解ATSC(还有DVB-T)样机在固定接收中处置“0 d B回波”的技术难题。对巴西C和D、修订C和D的4个回波模型,C/N门限值下降1.8~3.9 d B(见表1)。

可见,LINX得到创新结果:从“门限值上升”变为“门限值下降”(因而获NAB2003创新大奖;实现笔者预期的约1.5~2.5 dB),但巴西模型A和B属于弱回波,门限值仍有所上升;而模型E的结果还有待改善。

4)从“神舟五号”到“神舟九号”飞船的4次返回舱搜救活动中,上海交大归琳分组使用的“图像传输系统”就是以ADTB-T/OQAM单载波技术作为核心技术。该系统不仅逐次升级,每次都有电视实况转播,而且“神九”的实况报道时间最长(约1.5 h)。

5)2007年1月至2008年3月,归琳分组还与铁路某单位合作,开展“高速铁路移动电视系统(ADTB-R)”的研制[3]和多次现场实验:上海郊区3个发射站,苏州境内6个发射站;节目源来自卫星;在D字头火车车厢接收;总距离约80 km,单程历时约1.5 h;最高车速170 km/h;全程只有个别主观不一定觉察的“中断”。

6)2009年9月,上海交大小组管云峰报告:地面国标C=1在上海市区主要街道(外环路以内;东西和南北距离各约40 km的大面积覆盖),实现移动电视接收的初步结果(见图1)[4]。

采用的技术参数为:地面国标C=1,4QAM,0.8 LD-PC,PN595和M=720;其有效比特率10.396 Mbit/s。实验结果是:接收成功率达98%(传输性能)。

7)2009年9月,ATSC批准其移动电视标准A/153[1](即ATSC-MH),而相应的业务也已启动(2007春夏已有较成熟技术)。

从上述案例可见:“单载波系统不能实现移动电视接收”这个技术难题已先后在中国和美国被破解。但在地面国标C=1固定接收的样机实验室测试结果中,还未见到“门限值下降”的报道(类似表1的部分结果)。

1.3 DTT单载波系统技术性能的新进展

1)2011年5月,上海某通信公司对5个相邻8 MHz频道(共40 MHz)宽带电视激励器(每频道22 W)的测试结果:采用地面国标C=1时,每频道的“带肩比”仍可满足–36 dB的要求(见表2,与单个频道相比已恶化,MER测试也有类似结果)。而采用地面国标C=3 780时,则会有2~3 dB的差距,达不到技术要求。

2)2011夏秋,广西桂林某通信公司把“地面国标C=1+AVS视频编码(专利费低廉,中国自主可控)+单台宽带电视发射机(不需配置价格昂贵的RF多工器)组建M-SFN”的成套系统技术(简称“C=1新DTT系统”),先后在斯里兰卡和吉尔吉斯坦2个国家推广应用。其中M代表多个邻近频道(multiple adjacent channels;可以不全是相邻的)。仅该公司一家从2009以来3年多时间在境内已有一批案例[5]。

另一方面,从2009年秋起,欧洲已有“DVB-T2+MPEG-4/H.264视频编码(专利费较高)+多台发射机(配置RF多工器)组建SFN”新系统(简称“T2新DTT系统”)的一些案例。

但由于“C=1新DTT系统(单载波)”的技术性能接近“T2新DTT系统(多载波)”,而价格低廉(考虑组建地区DTT覆盖网络),性能价格比较高;因而前者已成为后者在国际DTT市场的有力竞争对手[5]。

3)2012年3月,美国Charlie Rhodes从机顶盒的测试结果得出[6]:ATSC机顶盒中混频器和自动增益控制(AGC)固有的非线性造成大功率ATSC信号的互调失真(inter-modulation)和交调失真(cross modulation),严重影响其上下邻近频道的ATSC或宽带电信业务之正常接收。

报道的1例是:ATSC第45,47,51频道的“三重拍频(triplets)”,对第52,53,54频道(上邻近频段A,B,C)的宽带电信业务,将造成严重干扰:噪声电平上升值>15 dB。

而DTT多载波系统因其OFDM固有的正交性,导致大功率信号非线性对邻近频道的干扰,与ATSC单载波系统相比,是否将更为严重?

4)2012年4月,笔者在《地面国标C=1将是DTT绿色(低碳)产业候选者》一文[5]中估计:在覆盖范围的边缘地带,地面国标C=1的C/N门限值与C=3780相比,将低约4.5 dB。

2 DTT接收端时间域处理“0 dB回波”的基本原理和研究方法

2.1 回波、多径和单频网(SFN)

2.1.1 回波和多径

回波(echo)是人类在听觉领域(声学)首先感知和探讨的。这是从接收端角度分析的;DTT回波(无线电波)与之类似。但同一过程的另一描述方式则是多径过程,是从传输物理过程角度分析的。这两类分析方法密切关联。

若再把DTT发送端的单个信号源扩展为多个(如组建SFN),还把接收端从单个扩展为多个,则对DTT传输全系统的讨论将更有意义。

图2是DTT传输中可能出现的回波情况[2]。回波可有多个(滞后的和超前的),其幅度不同、时延不同、相位不同,而这正是从接收端角度分析的(时延t1>0和t1<0分别对应滞后回波和超前回波)。

多径过程若采用射线理论(不是波动理论),则可使用直线/曲线绘制其传输路径,并因其直观、通俗易懂而被普遍使用。

在优先讨论单个“0 dB回波”后,其原理可推广到幅度≤0 dB的1~2个强回波(例如≥–3 dB)。

2.1.2 回波和单频网(SFN)

DTT信号是宽带信号(如带宽8 MHz),而不是窄带“单频信号”。但若以其中心频率把它看成单频信号,则仍可使用射线理论描述其传输路径。

单个DTT发射端在楼群密集的城市中心可有类似图2的4个接收信号;但同样的接收信号也可看成来自SFN的4个发射站,以不同幅度、时延和相位在接收端汇集。这就是单纯从接收端角度分析较为简洁的优点(但只看结果,而不问发射源/传输过程)。

2.2 利用主信号和“0 dB回波”的能量叠加

笔者从“双信号源-单天线接收”原理得到启发:若把单个“0 dB滞后回波”的能量同主信号叠加(同相位、同幅度),则理论上可得3 dB增益(即C/N门限值下降3 dB)。

于是可先讨论在主信号和单个“0 dB回波”条件下,对DTT接收端的同步码的快速捕获/保持过程。若两者的能量能完全叠加,则“同步码的捕获/保持”过程将加强、加快。其原理和结论还可推广到接收端的全部接收信号。

2.3 回波模型的提出

1999年到2000年春,巴西专家根据现场测试的结果提出5个“回波模型”,供实验室测试使用。这对推动DTT技术的发展有着重要作用。

2011年10月,章理为等提出“简化的3径模型”[7]。其中“只考虑强度,不考虑相位”;对商用机顶盒进行回波的实验室测试;而且第3径包含0,–1,–2,–3 dB等强回波(滞后或超前的)。结果获得理论模型和测试结果的良好拟合。这对DTT回波研究有一定参考价值。

但该文把第3径(还有第2径)当作干扰处理。因为,测试结果(门限值都上升)的规则性起伏,仅是干扰幅度的规则性起伏(以1 dB为阶梯)。该文没有考虑相位,而机顶盒的解调制技术又没有利用回波的能量。

3 对移动电视接收一些技术的补充讨论

3.1 单位圆上的过取样相位和合成矢量

在接收端对接收信号采用过取样技术,即采用频率较高的本地时钟,实现解调器中的高速时间域数字处理。若DTT传输的有效带宽为f0,则其取样符号率也是f0。于是,解调器的本地时钟频率f1可选为

式中:N=8,16,32,…。

地面国标的有效带宽f0=7.56 MHz。取N=16时,本地时钟频率f1=120.96 MHz。这时,单位圆可划分为16个扇形区(扇形角360°/16=22.5°)。而灵活使用高速DSP/CPU(运算时钟>2 GHz,高于16倍f1)内置的寄存器、堆栈和高速存储器等的软硬件特性,可实现本文讨论的主要内容。

从窄带单频信号出发,讨论单位圆上矢量的相位和幅度,然后推广到宽带信号。

窄带单频信号可在图3的单位圆上用矢量描述其相位(如仅考虑宽带电视信号的中心频率)。但同一现象也可从时间域/取样符号域角度分析:把它看成是“半拉开的弹簧”(弹簧每圈看成时间域的1个取样符号,而每圈还有360°的相位)而正或负的Doppler效应,相当“弹簧”的收缩或扩张。

图3的单位圆上主信号M(窄带单频信号或宽带电视信号的中心频率信号)和单个0 dB回波E的合成矢量R,必定落入下述2个区域之一:

1)以2/3的概率落入右侧±120度区域,R的幅度≥1单位:在右半圆内(±90°内,50%概率)≥1.41单位;而在0°附近接近2单位。

2)以1/3概率落入左侧虚线扇形区域。R的幅度<1单位(180°时为0)。

3)从积分计算可得:合成矢量R的幅度平均值为4/π=1.273单位(与只有主信号M时平均值为0对比,显著增强)。

若过取样参数N=16,则图3的单位圆可划分为16个扇形区(圆心角为360°/16=22.5°)。于是,上面对360°的讨论,可推广到22.5°(±11.25°)的扇形区,而且有:

1)对窄带单频信号(如电视信号的中心频率)在单位圆上的相位域的讨论结果,可推广到宽带电视信号(如8 MHz带宽)在取样符号域的结果,如本地生成的“弹簧”与接收到的“弹簧”完全对齐(逐个取样符号对齐)。

2)本地生成的信号只要稍作相位微调(通过锁相环电路反馈到本地晶体振荡器的电平实施),合成矢量R即以50%概率落入±11.25°/2=±5.625°的幅度≥1.41单位之增强区域。

3.2“同步码捕获”的过程

以地面国标C=1的数据帧头PN595为例:

第一步,优先解决接收端本地生成的PN595同步码与接收到的比特流中PN595同步码两者间的“捕获”(即取样符号域及相位域的同步)。前者相当图3的主信号M,后者则相当其“0 dB回波”E;而两者的合成矢量R以50%概率落入±5.625°的幅度≥1.41单位之幅度增强区域(≥1.5 dB的增益,或本地时钟的相位稍作微调,即满足此条件)。

这样,通过“逐个取样符号的移位”(还有N=16的相位细分)进行的符合(与)运算,可寻找符合累加值的“峰值”(最大等于595)。而后者可使反馈到锁相环路的电平调整本地时钟的频率和相位,完成取样符号的同步(载波恢复;即频率相同)和相位同步(时钟恢复,即合成矢量R为0°)。这一步同常规处理完全相同。

这时,接收到的取样符号域的“弹簧”与本地生成的“弹簧”完全“对齐”;而且若前者发生微调时(如移动接收为时变信道),后者相应地作微调,始终跟踪而保持“对齐”。

第二步,在完成第一步后,接收端还要生成第2个本地PN595同步码,通过取样符号域的移位(还有N=16的相位细分),进行类似第一步的符合运算。只有当取样符号域的移位达到时延为t1(假设回波是滞后的,t1>0)时,则符合运算累加值可得第2个“峰值”(最大也等于595)。而把“0 dB回波”当作干扰处理时,没有这第二步。

综合以上第一步和第二步的讨论可看出:

1)在没有考虑主信号PN595受到“0 d B回波”比特流内除PN595以外的其他信息的干扰时,以及没有考虑“0 dB回波”PN595受到主信号比特流内除PN595以外的其他信息的干扰时,除了第一步的“最大峰值”(595)以外,还新增第2个“最大峰值”(595);两者合计最大为1 190。

2)考虑上述2类“干扰”时,每个取样符号的幅度将乘2或等于0的概率各约50%;其平均结果是,符合累加值合计的最大值仍接近1 190(与单个595相比,接近翻一番)。

于是,由符合累加值导致从锁相环电路反馈到晶体振荡器的电平,将接近翻一番,因而加强、加快“捕获过程”。反之,若把“0 dB回波”当作干扰处理,则必定延迟这个捕获过程!

此外,从PN595同步码的幅度来看,可有:

1)若“0 dB回波”E的相位接近主信号M的相位(即合成矢量R的相位接近0°),则合成矢量R的幅度接近翻一番,可使PN595同步码的接收门限值下降近3 dB(理论值,工程值可望下降约2.5 d B)。

2)当N=16时,两者的合成矢量R以50%概率落入±5.625°的幅度≥1.41单位之幅度增强区域(≥1.5 dB的增益,或本地时钟稍作相位微调,可即满足此条件)。

总之,由于充分利用“0 dB回波”的能量,PN595同步码的“捕获过程”(以及相应的“保持过程”)得到加强、加快(门限工程值可望下降1.5~2.5 dB)。而此结论还可推广到整个接收端的门限值。

3.3“部分序列法”

PN595码的捕获/保持过程若采用DSP/CPU进行符合运算,有两方面不足:1)位总数(如595)稍大,不利于DSP/CPU中的16/32/64/128位运算。2)符合累加值的“峰值”也稍大(与噪声或干扰相比),运算资源有点“浪费”。

为此,2008年3月夏劲松对ATSC场同步码PN511的捕获/保持,提出32 bit的“部分序列法”[8,9],以保证捕获/保持过程的快捷。

可补充的是:该文主要说明原理。但ATSC还有PN63的设计,部分序列法选取64 bit是否更为有效?

《地面数字电视单载波系统如何实现移动接收》[2]第5节指出:在移动速度为400 km/h(如国内高架铁路)时,相位域的偏移微不足道。“但家用接收机的廉价晶体振荡器的频率与额定频率相比,可有±0.01%的精度偏差”。相当于某种“伪Doppler频率偏置”。

例如ATSC场同步PN511的符合运算中,这个容许偏差相当于±0.01%×511 bit=±0.0511 bit。

此数值代表PN511的“首位”和“尾位”的取样符号差,其绝对值并不大。但此偏置数值在连续几次捕获(保持的要求)时,将积累而增大。

以ATSC的2个场同步码PN511之间的符号数(即场同步的周期)=832×313=2.604 E+5为例,此数值的±0.01%相当±26个取样符号的偏置。若要求“4次捕获而完成保持”,则此偏置值将增为±104个取样符号,再考虑相位没有对齐和误码等因素,这样的偏置对“符合累加值”的影响已“举足轻重”。

而采用部分序列法则可彻底避免这种不利后果。因为,它缩短了取样符号总位数,偏置累加值也相应减小;而只要保持符合累加值仍具有尖锐的“峰值”特性。

而地面国标PN420,PN595或PN945由于其数据帧的绝对时间较短,并没有ATSC场同步码PN511在“捕获/保持”过程中的偏置累积问题!

地面国标PN595数据帧的取样符号数为595+3 780=4 375。数据帧的周期为(4 375/7.56)μs。若“保持”过程要求4次捕获成功,则“捕获/保持过程”所需时间稍大于(4 375/7.56)μs×4≈2.3 ms。

采用部分序列法为64 bit时(方便在DSP/CPU中运算),4375/64=68.36个部分序列。而±0.01%的偏置为±0.01%×4 375=±4.375符号;相当±4.375/64=0.068个部分序列的偏置。也就是说,68.36这个数值由于偏置而使其实际数值可能处于68.29(“弹簧收缩”)~68.40(“弹簧扩张”)之间。

于是,在第1次捕获后,可在第69次运算中完成第2次捕获。而这个数值小数点后的“零头”在取N=16时,可由1/16=0.062 5得到处置(细节从略)。

为此,可设计取样符号的“时间序号n(j)”之计数器j(正整数),并记录“同步码符合”时的n(j)。例如,第1次符合成功,记为n(1);而第69次符合成功,则记为n(69)(对“零头”部分的讨论从略)。

而从j的数值大小(包括“零头”,收缩或扩张)可直接判断:1)Doppler效应是正的还是负的。2)主信号和“0dB滞后回波”的先后逻辑顺序(前者的j小于后者的j)。3)还可得出滞后回波的时延t1的数值。

若滞后的“0 dB回波”紧接着主信号后面(没有交叉),则t1的最小值t1-min=(64/7.56)μs=8.46μs(64个取样符号的时间),但可以有交叉(讨论从略)。

3.4 自适应信道均衡器和单频网(SFN)

3.4.1 自适应信道均衡器的“训练”和卷积运算

假设从PN595同步码的捕获/保持过程中,已知有单个滞后的“0 dB回波”,其时延为t1。而接收端信道自适应均衡器的“卷积运算”简化框图见图4。

在没有“0 dB回波”时,自适应信道均衡器(FIR滤波器)的脉冲样值响应IP-1如图5a;其分支(tap)数为L,长度为2L+1,幅度为1的单峰值在中间。

修改为双峰值的脉冲样值响应IP-2

有单个滞后的“0 dB回波”(时延t1>0)时,IP-1需要修改成IP-2如图5b;其部分特性可从IP-1中“截取”(对比图5a和5b),长度为2L+2,幅度为1的双峰值(分别对应主信号M和“0 d B回波”E两者的PN595帧头)。

于是自适应信道均衡器的卷积运算过程是:

第一步,采用已知的双PN595同步码(有时延t1)对双峰值的IP-2特性进行“训练”(原常规过程中只有单个PN595码对IP-1特性进行“训练”)。此“训练”的判据之一是:PN595码卷积输出为最大值(≤1 190)。而逐个调整IP-2的各系数,需要多次叠代运算。

第二步,第一步获得的经过训练的脉冲样值响应IP-2,对整个接收到的取样符号比特流进行卷积运算,其输出为单个PN595为数据帧头的数据帧。下一步,每个输出取样符号值再进行常规的解交织和LDPC纠错解码的处理(从略)。

若主信号M与单个“0 dB回波”同幅度和同相位(或合成矢量R的相位接近0度),则整个卷积输出的信号幅度将接近翻一番;与没有“0 dB回波”时相比,将有3 dB增益(理论值;工程值可望有2.5 dB)。而若M与E的相位落入±5.625°的幅度≥1.41单位的“幅度增强”区域,则也可望有≥1.5 dB的增益。

可见,充分利用单个“0 dB回波”的能量,接收端的整体门限值可望下降1.5~2.5 dB,而不是上升。

3.4.2 自适应信道均衡器与最大时延tmax

如何依据通信理论设计自适应信道均衡器(FIR数字滤波器)不是本文讨论的内容,但它的长度与t1的最大时延tmax有关。

在卷积运算中FIR滤波器有定义的范围是

式中:取样率f0的单位为MHz(地面国标f0=7.56 MHz),而tmax的单位为μs。

若考虑回波的最大时延tmax约200μs,则L≥3 024。而地面国标的有效信息为3 744个取样符号,则L=3 744将是较好的选项。对应的tmax≤((3 744/7.56)/2)μs=247.6μs。

于是,在组建DTT单频网(SFN)时,各发射站之间的距离,就与(L/2)·f0参数有关(它依赖于接收端处理“0 dB回波”的时间域技术);而与多载波系统OFDM的保护间隔理论无关。

3.5“6 msb/符号处理法”可显著节省信道自适应均衡器的运算资源

信道自适应均衡器的运算是解调过程中运算量最大的部分。而节省其运算资源的对策有(对于移动电视业务特别重要):

1)采用非线性数字滤波器替代线性数字滤波器,加快收敛过程(已采用整数运算,替代浮点运算)。

2)采用“6 msb/符号处理法”:若音频和视频的精度要求8 bit,则信道每取样符号的精度在常规处理中一般也要求是8 bit精度。然而,接收到每个取样符号的8 bit中第7和8位之精度分别是1/128和1/256,相当–21 dB和–24 dB;其数值已是噪声或弱回波干扰的量级。若进行10 bit精度的运算,显然会把大量运算资源用于第7位和第8位的噪声和弱回波的处理中(又不利于DSP/CPU中的8/16/32/64位运算),效率较低。本文提出,对接收到的每个取样符号只对其6 msb(最高有效位)进行自适应信道均衡器的卷积运算;而对后2 lsb(least significant bit,最低有效位)则可用4路运算替代之(穷尽的00,01,10和11)。而从LDPC纠错解码给出的附加信息可知:这4路运算中必有1路是正确的解码。

3)此外,6 msb中出现1位误码的概率等于1/6=0.1667(<0.2)。因而采用0.8 LDPC可满足信道纠错的需求。这就从原理上说明:1.2节案例6)管云峰报告[4]中,对地面国标C=1的移动电视接收业务,采用R=0.8 LDPC的理论依据。

对比DVB-T移动电视采用R=0.5纠错率和GI=1/4,以及地面国标C=3 780移动电视采用R=0.4和GI=1/4,可看出:两者的纠错原理与本文原理是根本不同的。

此外,“7 msb处理法”不需再讨论;而“5 msb或4msb/符号处理法”则有待探讨(文献[2]中已提出“抓住强信号,舍弃弱信号”的原理)。

4 简短小结

1)本文补充讨论《地面数字电视单载波系统如何实现移动接收》[2]中的部分内容;包括在相位域和时间域中讨论主信号和单个“0 dB回波”的合成矢量的特性、“部分序列法”和自适应信道均衡器中的“6 msb/符号处理法”等。特别是:充分利用单个“0 dB回波”的能量获得的好处有:(1)缩短同步码捕获/保持的时间;(2)C/N门限值可望下降1.5~2.5 dB。其适用范围可能是1~2个强回波信号,最好是单个0 dB回波,优先考虑≥–3 dB的回波。而幅度<–6 dB的回波,本文方法可能“得不偿失”。

2)“单载波系统实现DTT移动电视接收”这个技术难题,从2002年在中国上海被破解算起,到美国ATSC开始筹备A/153标准为止,前后历时约5年,并在中国已有一批典型案例。

3)本文有关内容同笔者已发表的文章[2,10]一样,既可用于地面数字电视(DTT)传输的单载波系统(如ATSC,地面国标C=1和ATSC-MH),也可用于DTT多载波系统(如DVB-T,ISDB-T,地面国标C=3 780和DVB-T2),它们既可用于DTT移动接收,更可用于其固定接收。

4)笔者希望中青年专家在DTT接收端的时间域处理方面,继续进行研究和开发,构成一定的理论体系,把已成熟的内容列入专业课程和教科书。

5)单载波系统的在中国的“接力棒”:1)2001年3月—2006年8月(第一棒),SJTU/LINX合作的ADTB-T/OQAM单载波系统;2)2006年8月—2011年11月(第二棒),地面国标的制定和“C=1新DTT系统”的推广应用;3)2011年11月11日起(FoBTV宣言)[12](第三棒),单载波系统在FoBTV制定的DTT传输3.0版中是否还有“一席之地”?

致谢:笔者感谢上海交大张文军小组(包括夏平建、归琳、杨亮、管云峰和孙军)以及夏劲松和李文华(原LINX Electronics,现上海某通信公司)多年来的技术交流。

参考文献

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