数字电视广播信号无线定位的设计.doc

摘 要：随着现代数字信号处理、超大规模集成电路以及通信技术的迅速发展，数字电视技术已经逐渐走向成熟，并将最终取代模拟电视技术，为我们提供更加优质的服务。数字电视地面广播作为数字电视标准中最为复杂的一个，在我国有着广阔的应用前景。从系统的总体结构、工作流程、软件接收机等方面描述了基于DTV的定位系统方案，对定位系统的基础数字电视接收机的工作原理做了详细的分析，简要地给出了定位实现的原理。关键词：无线定位 数字电视（Digital Television） 信号 地面广播 【Abstract】Along with modern numeral signal processing, super large scale integration and correspondence technique of quick development, numeral television technique already gradual alignment mature, and will end replace emulation television technique, for us provide more superior quality of service.The numeral television ground broadcasting. Be numeral television standard in most complications of one, at our country have vast of application foreground.The total structure, workflow, software receive that is from the system etc. description according to DTV of fixed position system project, to fixed position system of foundation-numeral television receiver of work the principle did detailed of analysis, synopsis ground give fixed position realization of principle.Key words：Wireless location Digital TV Signal Ground radio1. 概述1.1无线电定位的概念同时接收多个已知空间坐标和时间基准的无线电发射源的辐射信号，可以确定接收端用户所在的地理位置，即经度、纬度和高程（海拔高度）。随着超大规模集成电路（Very large scale integrated circuit）工艺的进步，基于电缆或卫星传输的数字电视（Digital television）系统已在全球范围广为使用。DTV地面广播系统也已开始大规模建设，在全球不同区域逐渐形成以各自广播标准为基础的数字电视和数字声音广播网。与GPS(Global Positioning System)相比，DTV定位有以下优点：定位误差小，可达1m量级；市区定位概率高，还可满足室内定位要求；定位实时性好；信号处理要求低，处理设备少，功耗低；可利用现有的DTV基础设施，无需改变就可用作定位。1.2 数字电视地面广播与标准数字电视地面广播与数字卫星广播相比较，有容易普及、接收价格低廉的特点；与数字有线电视广播比较，则不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的网络中断影响，因此在传输状况、应用需求等方面，地面传输方式更加复杂，全球各地在地面数字电视传输系统方案的选择上争议也最大。世界各国对于数字电视地面广播进行了长期研究。基本形成了美国的ATSC(Advanced Television System Committee)，欧洲的DVBT (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)和日本的ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial)三大标准。我国模拟电视采用的是欧洲的PAL (Pacific Aeronautical Library)制式，因此要向数字电视过渡基于DVBT (Digital Video Broadcasting-Terrestrial)标准开发数字电视地面广播系统是切实可行的。 2. 系统方案的实现2.1 系统结构设计整个系统的组建可以划分为两大部分：发射和接收。发射部分建在 DTV 地面广播信号发射台。对于按 DVB-T 标准发射的电视信号来说，首先要为不同发射台分配不同的ID（System Identifier），再将发射台的空间坐标、发射时间和标识码等信息进行信道编码，最后通过 DTV 数字广播系统实现信号发射。而对于按 DMB-T（Digital Multimedia Broadcasting for Terrestrial）标准发射的信号来说，由于在发射信号中已经加入帧号、基站识别码、起始发射时间，只要将发射台的坐标预先存储在接收机的处理器中即可。基于数字广播电视信号的无线定位系统特征在于通过接收多个空间坐标已知的数字地面发射台的信号，确定接收者的空间坐标。2.2 系统工作流程本文定位方法是建立在无线电信号广播发射系统上的，系统的工作步骤如下：（1）接收信号：由天线接收到的电视信号经射频放大后下变频为中频信号；（2）通过模拟/数字（Analog to Digital）变换完成中频信号的数字化；（3）在数字信号处理器（Digital Signal Processor）内完成信号的同步跟踪、解调和解码任务，建立信号载波和码同步跟踪回路；（4）将数字电视系统广播数据帧的时间间隔作为系统观测的基本时间单位，排定以数据帧间隔或其倍数作为观测间隔，确定观测时间序列；（5）已预先排定的观测序列时间定时从同步跟踪环路提取出一个数字电视发射源的原始伪距观测值，以及通过解调和解码后的数据得到该发射源标识和空间坐标信息；（6）重复步骤（5）观测跟踪所有在有效测量范围内的数字电视发射台；将所有得到的信息送入伪距解算方程，即从接收跟踪环路提取得到各发射源的伪距值和发射源空间坐标值，计算出最终接收天线的空间位置坐标，并换算为接收系统的定位信息：包括位置、速度和加速度，这些信息为基本导航定位信息；（7）测量随后各数字电视广播数据帧接收时刻，得到属于该观测时间点所有有效同步帧头的伪距信息；（8）以步骤（6）得到的基本导航定位信息，依次代入步骤（7）中的伪距信息和接收时间信息，完成基于顺序双滤波器平滑算法的计算，最终输出系统最优定位信息。2.3 软件接收机的流程实现 对于 DVB-T标准来说，同步部分利用时域保护间隔和频域导频信号，估计并跟踪时域 FFT（Fast Fourier Transform Algorithm） 窗口位置，同时估计由于收发端上下变频引起的频偏；采样时钟同步估计得到收发晶振不能完全匹配带来的采样时钟误差，经数字锁相环使收发采样时钟同步。对于DMB-T标准，将传统的DVB-T系统中的CP（Calorific Power）由一段 PN（Performance Number）序列取代，而在IDFT（Inverse Discrete Fourier Transform ）帧体中不插入任何导频。PN帧头既作为训练序列用于同步和信道估计，又在客观上起保护间隔的作用。DMB-T的每一帧采用不同的PN头作为帧标志，在发射端对PN头采用BPSK（Binary Phase Shift Keying）调制以获得可靠的传输效果；在接收端则通过同样的PN序列发生器产生本地PN序列，并与接收信号的PN码帧头进行时域相关，从而完成帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计等一系列同步运算。3、结语基于数字电视不仅能改进图像质量、声音环绕，而且能与现有的数字通信技术和计算机技术相结合，能为人们提供全新的、更灵活、更方便的服务方式。虽然有模拟电视转向DTV比较复杂，但是DTV替代模拟电视是必然的趋势。与GPS相比，DTV定位有以下优点：1、 市定位误差小，可达1m量级；2、 区定位概率高，还可满足室内定位要求；3、 定位实时性好；信号处理要求低，处理设备少，功耗低；4、 可利用现有的DTV基础设施，无需改变就可用作定位。通过对该方向的研究，我懂得了对基于DTV的数字无线广播系统定位的概念及其工作原理的应用。更加的体会到现代通信在将来的时代的发展前景。并希望将来能通过自己的努力，为我国的数字电视过渡基于 DVB-T标准开发数字电视地面广播系统做出切实可行的贡献。参考文献1、Ken C. Pohlmann 数字音频原理与应用（第四版） 电子工业出版