（通信与信息系统专业论文）数字电视传输测量技术的研究.pdf

摘要 当前数字技术日新月异，伴随着数字化网络化建设，广播电视事业和产业 发展迅猛。数字电视无疑是发展中的热点技术，发展前景广阔。我国已将数字电 视的研发及产业化列入国家“十五”发展计划，许多高校、厂家和科研机构投入 大量精力从事数字电视相关技术的研发。 数字电视与目前应用的模拟电视之间存在许多截然不同的特性，如数字信 号具有类似于噪声的平坦频谱、具有陡峭的“峭壁效应”等等。因此对于数字电 视信号的评价方法和测量技术都将有别于模拟电视信号，准确、全面的衡量数字 电视信号质量是数字电视系统研发中必不可少的重要环节。全球数字电视技术不 断发展、完善，相应的数字电视测量技术也逐渐形成并发展。 本文着重研究数字电视传输测量技术，未涉及数字电视信源测量技术，即 研究数字电视信号传输过程中，为保证信号质量而进行的定量指标测量。 本文以现代数字通信测量理论为基础，充分研究了数字电视不同传输方式 的特点，结合有线数字电视传输测试、地面数字电视传输测试等大量的实验和测 量实践活动，分析研究能够反映数字电视传输主要特性的测量参数以及测量技术 理论，分析研究各种干扰与损伤反映在数字信号中的典型特征，为我国制定数字 电视的测量标准作前期研究工作。 本文第一章概述数字电视基本原理及发展现状；第二章讨论数字电视传输 测量基础理论：第三章从观察接收信号相对于参考信号的偏移、接收信号星座图 以及传统射频测量手段三个方面，研究分析数字电视传输信号测量参数和方法； 第四章讨论如何全面、客观地对数字电视传输系统总体性能做出评价；最后提出 了进一步工作的方向和设想。 本文以实验室现有的d v b t 数字电视传输系统为例，利用本论文提出的测 量技术进行了系统的测量并给出了测量结果。结果证明了本论文提出的测量技术 是行之有效的，并足以据之判断系统性能的优劣。 由于数字电视技术本身尚处在继续发展阶段，我国地面数字电视传输标准 也仍未确定，因此全面成熟的数字电视传输测量技术目前尚未最终形成，这也为 今后的研究留下广阔空间。 毙未嚣瞧天掌菇叫6 学位谂露一一数字电镒俺输蘸鼙技术瓣研笼 a b s t r a c t 1 奄ed i g i t a lt e c h n o l o g yc h a n g e sa n dd e v e l o p s r a p i d l y 1 1 0 w , w i mc o n s t r u c t i n go f d i g i t a l i z a t i o n a n dn e t w o r k ，b r o a d c a s t i n gi n d u s t r y d e v e l o p sr a p i d l ya l s o 、d i g i t a l 耗l e v i s i o ni so n eo ft h eh o tt e c h n o l o g yn od o u b ta n dh a st h eb r o a df o r e g r o u n d 。霹l e r & da n di n d u s t r i a l i z a t i o no f d i g i r a lt e l e v i s i o nw e r ea r r a n g e di n t ot h es t a t e “f i f t e e n ” d e v e l o p m e n t p l a no fc h i n a 。al o to f u n i v e r s i t ym a n u f a c t o r ya n d i n s t i t u t ea r em a k i n g g r e a te f f o i t st or & do f d i g i t a lt e l e v i s i o n t h e r ea r em a n yd i f f e r e n c e sb e t w e e nd i g i t a la n da n a l o g yt e l e v i s i o n , i n c l u d i n g t h ef l a tf r e q u e n c yr e s p o n da n dt h e “e l i 耍e f f e c t o f d i l g i t a lt e l e v i s i o ne t c a c c o r d i n g l y t h e r ea l ed i f f e r e n tm e t h o d so fe v a l u a t i o na n dd i f f e r e n tt e s t i n gt e c h n o l o g i e sb e t w e e n d i g i r a la n da n a l o g yt e l e v i s i o n 。g e t t i n gt h ec o r r e c ta n dc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no f d i g i t a lt e l e v i s i o ns i g n a li st h ek e yi nr & d o fd i g i t a lt e l e v i s i o n t t e c h n o l o g yo f d i g i t a lt e l e v i s i o ni sd e v e l o p i n ga n db e i n gp e r f e c t , t h er e l e v a n tt e s t i n gt e c h n o l o g y f o r m sa n di sd e v e l o p i n g 飘l et h e s i s m a i n l y s t u d i e st h e t e s t i n gt e c h n o l o g y o f d i g i t a l t e l e v i s i o n t r a n s m i s s i o na n dd o e sn o tc o n c e mt h es i g n a ls o u r o et e s t i n go f d i g i t a lt e l e v i s i o n t h e s t u d yi st h eq u a n t i t a t i v em e a s u r e m e n to f d i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o ns i g n a li no r d e r t oe t 强l l r et r a n s m i s s i o ns i g n a lq u a l i t y b a s e do nt h ea d v a n c e dd i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt e s t i n gt h e o r y , t h et h e s i ss t u d i e s 氇ec h a r a c t e r i s t i co fd i g i t a lt e l e v i s i o nv i ad i f f e r e n tt r a n s m i s s i o nm e t h o d s s i n c e a c c o m p l i s h i n gl o t s o fe x p e r i m e n t sa n dp r a c t i c a lt e s to fc a b l eo rt e r r e s t r i a ld i g i t a l t e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o n t h et h e s i sa n a l y s e s 毽l et e s t i n gp a r a m e t e r sa n dt h e o r i e st h a tc a n r e f l e c tt h em a i n l yf e a t u r e so f d i g i t a lt e l e v i s i o n ，s t u d i e st h er e p r e s e n t a t i v ep h e n o m e n a o fd i g i t a l s i g n a lu n d e rt h e s e v e r a li n t e r f e r e n c e 。t n et h e s i si st h e e a r l i 料s t u d y s t i p u l a t i n gt h es t a n d a r do n t h et e s t i n go f d i g i t a lt e i e v i s i o n t h ed i 西t a lt e l e v i s i o nb a s i cp r i n t l p i ea n dd e v e l o p m e n ts t a t ea r es u m m a r i z e di n c h a p t e r1 t h eb a s i ct e s t i n gt h e o r yo fd i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o ni sd i s c u s s e di n c h a p t e r2 f r o mt h r e ea s p e e l so fo b s e r v i n gt h ee x c u r s i o no ft h er e c e i v i n gs i g n a l r e l a t i v et or e f e r e n c e s i g n a l 。o b s e r v i n gt h ec o n s t e l l a t i o no ft h er e c e i v i n gs i g n a l ， t r a d i t i o n a lr f 把s t i n 盛m e t h o d s ，t h et h e s i ss t u d i e st h et e s t i n gp a r a m e t e r sa n dm e t h o d s t o w a r dd i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o ns i g n a li nc h a p t e r3 + t h e c h a p t e r4 w i l ld i s c u s s h o wt og e tc o m p r e h e n s i v ea n di m p e r s o n a le v a l u a t i o no nt h et o t a lc a p a b i l i t yo ft h e d i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o ns y s t e m i nt h el a s t 。s o m es u g g e s t i o nf o rt h ef u t u r e r e s e a r c hi sp r e s e n t e d b a s e dt h ee x i s t i n gd v b - ts y s t e m ，w ep e r f o r mt h et e s t i n gu s e dt h et e s t i n g m e t h o d sp u t t i n gf o r w a r d 酗t h et h e s i s ，翻er e s u l t si n d i c a t et h et e s t i n gm e t h o d sa r e e f f e c t i v ea n dc a nb eu s e dt oe s t i m a t et h es y s t e m 、 n o wt h et e c h n o l o g yo fd i g i t a l 童e l e v i s i o ni ss t i l ld e v e l o 援珏ga n dt h ec h i n e s e s t a n d a r do ft e r r e s t r i a ld i g i t a lt e l e v i s i o n 订a n s m i s s i o ni sn o td e c i d e d s ot h ew h o l e t e s t i n gt e c h n o l o g yo fd i g i t a lt e l e v i s i o nt r a n s m i s s i o nc a n n o tu l t i m a t e l yf o r m ，w h i c h m a k e sf o rt h eb r o a ds p a c ef o rt h ef u t u r er e s e a r c h + j 窖* 随l 天掌秘i 窜整泛定教。f 强藐传赣擂l 赞技术瓣；潘栽 第一章数字电视基本原理及发展现状 1 1 数字电视基本原理 数字电税麸节强割稼、转簸、发麓爨痿惠熬接嫂羁显示，都疆数字售号形 式传输，与模拟电视系统相比，数字电视具有节省功率、频谱利用率高、接收节 茜质鬣盎 和便子开装综合娩务等优点，蹩继黧自电橇、彩琶毫褫之螽的第三代壤 视，在未来姻信息化发展中将起剿重要的作用。我国已将数字电视的研发及产业 化列入国家“十五”发展计划。 缀不疑豹砖竣媒奔分类，数字电视系统可分为卫星传羧系统、有线砖输系 统和士阻面传输系统，按图像清晰度分类，则可分为低清晰魔、普通清晰度和高淆 蠹凄酝程。 嗣际电信联盟o t u ) 曾将高清晰度电视定义为：“高清晰度电视系统的设计 要求怒使观着者在图像高度的大约三倍距离处能看到或接近看褥清楚细节的耧 度，达到视力正常躲理着考在毳原始景物中期同的感觉”。要实现这一髓标，必 须采用新的披术掇高现有电视的垂直水平分解力、改善重现彩色、提高宽高比等。 数字宅褪实瑰瓣一般楚理避翟包戆班下几罄分：售瓣稳磋、复曩、信道缡 码与调制，经传输通道到达接收端后再进行殿变换：信道解码与解调、解复用、 信源解码，如图l 所示。 闰1 数字电视系统示意图 信添编码是避过暴露能减，j 、信嚣备符号鹣福关往，匿缩信深鹤率，觚丽挺 高传输效率，这里的信源通常包括视频、音频及数据。用于图像的压缩编码主要 有预测编码、变换编码等，数字电视广播中采用m p e g 一2 视频编码标准；声音 豹压续绽码主要煮m p e g - 2 音频编码标准郛d o l b ya c 3 等。 复用是将编码后的视频、静频及数据流以规定的方式组合成一个单一的褐 滚，鞋霞骰避一步蠡冬娃理。 信道编码与调制是为了提高传输的可靠性，使码流的频谱特性适成通道的 频谱特往，闻靖增热码流的绸锈能力。这部分一般蓠先进行数据隧祝讫鞠交缀， 然后辫进行信道编码和调制处理。其中数据随机化是为了保证进入传输黎统的数 据码流中“o ”与“l ”的概率基本相等，没有长串的谶“0 ”或连“l ”，从而使礴 流豹憋性与绪输逶遒粒特牲摆霉孥；交织处理是将突发性误磷变为隧规性谈玛班蠖 检测。 匿是交予信逡编码与调割技术静采耀是为了解决抟输懿可靠性淘熬，毽魏 与不同的传输媒介有着紧密的关系，针对不同的传输媒介聚用不同的技术，从而 取得最佳的性能价格比。 对于数字电视广播，耳翦存在着三葶中传辕方式。 卫星传输系统信道特点是转发器发射功率不大，到达地面的等效全向辐射 凌率( e i 寰p 枣，萃路繁道夔频繁宽，疆于功率受疆戆簧遴。嚣蘧，燮翔兹拣 干扰和抗噪声性能是系统设计的主要目标。目前在世界范围内得到公认和广泛使 用酶溅星标准中采糟编码效率较低而纠错髓力较强豹里德索罗f 1 ( r s ) 编码作 外编鹃，卷积码作内编码朔抗于扰能力较强冠调制效率较低豹q p s k ( 四相键控) 调制。 鸯线传羧系统信号套朗舍瓣黟境中黄辕，不易受羚爨于扰，有严掇熬频道 划分，带宽受限，因此信道编码仪采用了r s 编码，没有使用内编码，同时采阁 正交精度( q a m ) 调翻，惫括1 6 一q a m 、3 2 q a m 、6 4 - q a m 、1 2 8 q a m 、2 5 6 q a m ， 这一标准也是在世界范围内得到公认和广泛傥用的。 地面传输系统信道特点是传输条件恶劣，干抗严重，信遭特性不笳确定， 警宽琴疆功率都受暇，采用舞秘信道缓羁_ 鞠调划方式实现理想的接收效果受众多因 素的影响，包括地形地貌引起的多径、频道配置、撩收方式的不同等等。因此髓 虱基藤还没有一耱全毽赛公谖豹最佳技术，鬻形藏了三耱裁式共存静届溢，郄美 国的a t s c 、欧洲的d v b 。t 和网本的i s d b t ，我国最近几年也加大了这一领域 的研究力度，以期制定崮矮有我国自主知识产粳的魂面数率电视传输标准。现裔 技术信道绽妈部分主要聚用了r s 编码、格型编码、卷积编码、块乘积玛等，调 制方式主要有8 v s b 、1 6 v s b 、c o f d m 、b s t - o f d m ( 频带分殿传输的正交频 份复厣b a n ds e g m e n t e dt r a n s m i s s i o n o f d m ) ，最新的研究中还应用了辩域扩额 等技术。 1 2 数字电视标准化情况 近年来，蘧藿辩学鼓寒豹发蠖进步，菝术耘准豹鲞要鞋已越塞越为大 ；】瓶鬟 视。标准已经成为一个网家实行贸易保护的重要壁垒，成为非关税壁垒的 主要形式。发这黼家凭诺技术优势及其在鬻际标准毒艺辘梅中瓣颁等逮位， 尽可能地将有利于本国豹技术法规、技术标准、及检测方法纳入国际标准， 通过技术标准中技术要索和授术指标的确立，建立了自己的贸易壁垒体 系。因戴数字电视有关据准，特别是铸输标准在世界范围内竞争j 鬻激烈。 国际电信联盟( i t u ) 及有关的区域标准化组织目前已经推出了大量的数字 电视橱关标准，这其中毽括传输钵制、音视频编码格式、各种传输接岛、协 议、系统技术要求、测攫方法等等。在i t u 的数字电视传输标准中，采取拼 衷的办法，将美国、欧潲、日本提出的传输技术并列纳入。 我国也a # 零重视数字电视橼准化工作，1 9 9 3 年发布我国第一项数字电视标 准( g b 厂r1 4 8 5 7 1 9 9 3 演播室数字电视编码参数规范) 。此后，先后完成了数字 迄鬣翔橡蒺璧主纛评债方法、运动图像菠其伴音售号戆逶鹅绽恐栋雄、翌星数字 电视广播信道编码和调制标准、宥线数字电视广播信道编码和调制标准、高清晰 度电税节露露l 作及交换用税频参数值、演播窒数字音频参数、鼗字电褫广播监务 信息规范、数字电视广播条件接收系统规范等。我国现已发布的部分数字电视基 本技术参数如下； 高清晰度电视鹜像格式：1 1 2 5 2 5 2 ：1 ，1 1 2 5 2 4 ，l ：l ，1 9 2 0 1 0 8 0 ，1 6 ：9 数字高清晰度数学视频接口；s d i 、h d s d i 车觅频编码：m p e g 2 音频编码：m p e g 也 m p e g - 2 数据信母接口：s p i 、s s i 、a s i 卫星数字电视售遂绽码与调制方式：r s 编码、卷积交织、卷积编码、 q p s k 调制 春线数字奄筏信邋编强与灞繇方式；r s 编弱、卷耪交织、1 6 、3 2 、秘、 1 2 8 、2 5 6 一q a m 调制 施面数字电褫传输标准除黼际三大标准舛，我匿各高校和研究院所正在税 极研究制定自己的标准，在2 0 0 1 年的系统方案征集中，共提交了五套方案：成 都电予科技大学的多载波扩频方案、清华大学的地面数字多媒体电视广播系统、 广科院的多模式地面数字电视传输系统、高清总体组的先进数字电视广播( 地面) 系统和地面宽带数字广播系统，并己在国家实验室完成了测试。目前研发工作仍 在紧张进行。 此外，还有地面数字电视频率规划参数标准和频率规划方法标准。频率规 划的主要参数有最低场强和干扰保护率( 包括同频保护率、邻频保护率、镜频保 护率) 。地面数字电视频率规划标准的研究制订是与地面数字电视信道编码及调 制标准密切相关的，最终频率规划参数标准要在地面数字电视广播标准确定后提 出。 1 3 数字电视发展现状 由模拟技术逐步向数字技术过渡是广播电视近年来发生的根本性变革，也是 广播电视发展的必然趋势。数字电视因其图像质量、传输容量、业务种类等方面 都具有模拟电视无可比拟的优势，由数字电视所引发的产业革命同时也将给相关 产业带来巨大的发展机遇，因此近年来世界各国纷纷开展数字电视业务。 ( 1 ) 美国：1 9 9 4 年6 月，d i r e c t t v 和u s s b 两个卫星数字电视业务开播， 1 9 9 6 年1 2 月数字电视a t s c 标准获得批准。1 9 9 7 年4 月f c c 制定了发展数字 电视实施时间表，宣布实施数字电视广播的推进计划，规定从1 9 9 8 年开始到2 0 0 6 年共8 年时间在美国实现从模拟电视广播向数字电视广播过渡，2 0 0 6 年取消模 拟电视广播，全部实现数字电视广播。在1 9 9 8 年1 1 月1 日，美国正式在纽约、 华盛顿、洛杉矶等2 3 个城市播出数字电视节目。截止到2 0 0 1 年底，美国的卫星 数字电视用户达1 6 7 7 万f 占1 7 左右的家庭) ；数字有线电视用户达到1 3 7 0 万， 占总有线电视用户的2 0 ；根据美国全国广播机构协会( n a b ) 的统计，到2 0 0 2 年2 月，在美国8 4 个地面电视广播城市和地区，已有2 4 4 个数字电视台正式播 出，数字电视覆盖率己达7 5 。 ( 2 ) 欧洲：为了推动欧洲数字电视的发展，欧共体在1 9 9 3 年组织了有2 0 0 多个组织参加的d v b 项目，先后制定了d v b s 、d v b t 、d v b c 等系列数字 电视标准，有力地推进了欧洲数字电视的发展。其中，英国于1 9 9 8 年1 0 月在欧 洲率先开播地面及卫星数字电视广播，并规划从2 0 0 6 年开始普及数字电视，到 2 0 1 0 年停播模拟电视广播。同期欧洲的有线网也开始向数字化转换。瑞典、芬 兰、德国、葡萄牙、荷兰和西班牙等国也都已开始了d v b t 广播实验。 目前欧洲的卫星电视广播的数字化已接近1 0 0 ，并且几乎所有的欧洲卫星 电视频道都是按d v b s 标准广播。有线数字电视到1 9 9 9 年6 月近5 0 0 0 万有线 终端升级为数字传输( 占有线接通家庭的6 5 呦。英国的地面数字电视发展较快， 到2 0 0 1 年底用户数达1 2 0 万。但有关预测认为欧洲地面数字电视的增长率将远 低于卫星和有线的增长。 ( 3 ) 日本：日本最早开始研究高清晰度电视，并于1 9 9 4 年开始试播高清晰 电视节目。日本政府在1 9 9 7 年9 月成立了“数字广播专家组( d i b e g ) ”开始数 字电视研究，并提出了“综合业务数字广播i s d b ”系统标准。 日本在发展数字电视方面采取卫星先行、地面谨慎跟迸的方针。1 9 9 6 年开始 卫星数字电视广播，1 9 9 8 年开始有线数字电视广播，到2 0 0 1 年3 月已拥有1 0 4 8 万用户，7 0 的卫星用户是通过有线收看卫星电视的。 1 9 9 8 年1 1 月在东京电视台试播了地面数字电视，计划于2 0 0 3 在东京、大阪 和横滨开始正式播出，日本邮政省m p t 计划最晚在2 0 0 6 年前完成全国覆盖，到 2 叭1 年关闭模拟电视。 ( 4 ) 其他：澳大利亚、新加坡、巴西、新西兰、印度以及加拿大、阿根廷、 韩国、台湾等国家和地区也都根据本国或当地情况，分别采纳了d v b t 和a t s c 标准，积极推进数字电视技术的发展。其中，澳大利亚也决定到2 0 0 8 年电视全 部实现数字化，新加坡也己在公共交通上试播地面数字电视的移动接收。 综上所述，世界各国都在积极研究制订数字电视技术和标准，并大力发展 数字电视业务。我国数字电视技术研究及发展的步伐也大大加快。 我国自从“八五”期间开始研究高清晰度数字电视，至今经过十几年的发 展历程，全国广播电视从电视节目的采编、制作、播出到发射、接收的数字化改 造都有不同程度的进展。 截至2 0 0 1 年底，近7 0 的各级电视台都不同程度的拥有了部分数字化采编 播设备。除云、贵、川外全国都实现了卫星数字传输，根据规划在2 0 0 5 年卫星 传输全部实现数字化。在有线电视干线传输方面，随着有线电视干线网及省有线 网络的建设，目前已基本实现了以光纤、密集波分复用为主的数字化传输系统。 2 0 0 1 年1 1 月起，全国1 3 个省市全面开展了有线数字电视试验。 我国地面数字电视研究已经开展了大量工作。1 9 9 9 年广电总局组织了建国 五十周年高清晰度电视转播试验。国家科技部h d t v 总体组、广播科学研究院 h d t v 研制组分别开发研制的设备参与了转播试验；2 0 0 0 年中央电视台牵头组 织了对现有国际三大地面数字电视系统的研究测试；2 0 0 1 年国家又组织了我国 五套自行研制的地面数字电视传输系统的测试，为研究制定我国数字电视标准奠 定了基础。 1 4 本课题任务描述 数字电视与目前应用的模拟电视之间存在许多截然不同的特性，如数字信号 具有类似于噪声的平坦频谱、具有陡峭的“峭壁效应( c l i f f e f f e c t ) ”等等。因此 对于数字电视信号的评价方法和测量技术都将有别于模拟电视信号，准确、全面 的衡量数字电视信号质量是数字电视系统研发中必不可少的重要环节。全球数字 电视技术不断发展、完善，相应的数字电视测量技术也逐渐形成并发展。 对于视音频信号的数字化广播传输，传统的模拟传输测量方法基本原则是不 能违背的，因为对于传输的图像和声音，要保证质量，最基本的信噪比的概念、 失真的概念等等仍然存在，但对于数字传输这些并不足够，数字电视信号有其特 殊性，因而需要深入研究一套行之有效的办法。 本课题着重研究数字电视传输测量技术，未涉及数字电视信源测量技术，即 研究数字电视信号传输过程中，为保证信号质量而进行的定量指标测量。对于数 字电视信号传输测量的技术和标准，国际目前尚未定论，本课题在广泛收集国内 外情况进行分析、对比、研究的情况下，取其精华提出一套适合目前我国情况的 方法进行研究。并实测一个数字电视传输系统，列出数据证明所提出的技术是可 行的，足以准确描述一个数字电视传输系统的质量。 本课题以现代数字通信测量理论为基础，充分研究数字电视基本原理、数 字电视不同传输方式的特点，结合有线数字电视传输测试、地面数字电视传输测 试等大量的实验和测量实践活动，从观察接收信号相对于参考信号的偏移、接收 信号星座图以及传统射频测量手段三个方面，研究分析数字电视传输信号测量参 数和方法，研究分析各种干扰与损伤反映在数字信号中的典型特征；研究提出全 面、客观地对数字电视传输系统总体性能进行评价的方法，为我国制定数字电视 的测量标准作前期研究工作。 6 j ：童州一乜凡学瑚”；：也硷虹一数。一 h 锐传输洲赶我术的研宽 第二章数字电视传输测量基础理论 数字电视信源编码的研究与使用在国际上开展较早，并且有比较统一的标 准，关于信源编码造成的质量损伤也有相对成熟的主观和客观评价方法，r r u 正 在制定并即将发布相关标准。但数字电视传输领域由于存在几种不同的传输信 道，传输技术也未达成统一，因此相关的测量技术也一直在研究讨论当中。 本文所探讨的数字电视传输测量指的是，经过信源编码后形成的数字电视 信号流，在传输过程中为评价信号质量而进行的定量指标测量，属于客观测试范 畴。数字电视信源编码所造成的质量损伤的评价方法本文将不做讨论。 2 1 数字电视信号衰落及传输信道模型 2 1 1 传输信号的衰落与干扰 衰落是电磁波传播扩散经建筑物墙体、高山、自然或人工障碍物的反射等 造成的固有的影响。模拟电视一般为发射机视线距离的固定接收，通过天线的精 确定位，衰落的影响并不明显。此外由于信号质量的渐变特性，对模拟信号造成 的衰落也容易观察，进而采取相应措旌克服。数字电视有线和卫星的接收方式与 模拟类似，都是固定接收。卫星信号常受到飞机或雷电引起的衰落。地面传输不 仅有固定接收，还有便携和移动接收，因此受到衰落影响的可能性明显增加，必 须相当重视。 2 1 1 1 路径损耗 路径损耗( p l ) 是指从发射机到接收机的整个电波传播扩散路程中，信号 的总损耗，可表示为有效发射功率与接收功率之比： e l ( r i b ) = 1 0 l o g ( p t p r ) p l 是发射机与接收机之间距离的指数函数： p l ( d b ) = p l ( d o ) + 1 0 n l o g ( d ，d 0 ) 其中1 1 - 是路径损耗指数，表明路径损耗是以怎样的速率随距离的增加而增 加。d 0 是距离基准，由距发射机不远处的测量值选定。d 是发射机与接收机之间 的距离。在自由空间中n = 2 ，对于典型的室外环境n 介于3 到5 之间。在有密集 的建筑物或树木的环境中，n 将超过8 。 7 垃意w e 电凡学傅：j j 学位泛史一数。| 乜搅传输瓣i 齄技术n 句 i i | 宄 2 1 1 2 多径衰落 发射的信号经不同路径的反射( 称为回波) 而不能同时到达接收机即导致 多径衰落。 如发射信号为：s 0 ) = r e s 0 ) 一2 刚 则经多个传播路径后，接收信号可等效为： r p ) = 。a a ( o e 一。2 嗄 “墨p 0 0 ) 】 其中a n ( t ) 为第n 条路径的衰减因子，t 。( t ) 为第n 条路径的传输延迟。 不加调制时离散多径下的接收信号为： ，0 ) = e 。以( f 弦- ) 2 1 该信号由许多时变矢量组成，矢量幅度为a n ( t ) ，相位为0 。( t ) 。 回波可以通过反射引起的反射电平和相位移动来描述。电平和相移取决于 反射的材料，如：在平的金属表面电波的反射将不产生电平损耗，但会有1 8 0 0 相移；建筑物墙面的反射，会产生较大的电平损耗，但只会有微小的相移。 在信号频谱中，多径衰落表现为多处的频谱下陷，及产生多个波谷。波谷 发生的频率f 对应于路径延时的倒数( f = l 延时) ，如延时为3 0 0 n s ，贝j j a f = 3 3 m h z 。回波相位在星座图中表现为星座图旋转，如回波相位为7 0 。，则星座图中 与直达波相比将旋转7 0 0 。当只有一路回波时，波谷深度l 可用下面的公式计算： r 唑型i ! 型 l = 2 0 ll 0 9 0 0 ”一1 ) 一l o g ( 1 02 0 + 1 ) l d b lj 其中：l 1 = 路径1 的损耗，l 2 = 路径2 的损耗，l 1 l 2 ；如果l 1 = l 2 ，则深 度l = o o 。例如l 1 = 2d b ，l 2 = 6 d b ，则l = 1 2 9 1d b 。图2 为上例中回波引起的 频谱与正常频谱的比较。 i目波 、 r 等 j 一 1 l l 图2 单回波频谱 北京电凡学锄卜学位论文一一赣。! i 豇 弛抟输删壁技术麴 * 艽 2 1 1 3 由多普勒频移引起的衰落 接收机相对于发射机做运动会造成接收信号相对于发射信号产生频移( 也 称多普勒频移) ，该频移正比于运动物体的速度和发射频率，使信道随时间而变， 其影响取决于传送的基带信号相对于信道改变的快慢程度。在快衰落信道中，信 道的冲击响应在符号周期内变化很快，信道的相干时间小于传送