数字电视地面广播中干扰消除技术研究

孙　力

[摘要]在数字电视地面广播传输信道中存在多种信号干扰，严重影响有用信号的传播，因此就数字电视地面广播中常见的干扰消除技术进行研究。

[关键词]数字电视 信号干扰 消除

中图分类号：TN94 文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0510027－01

数字电视地面广播的信道是空中接口，载体是无线电波，发射台发射出的射频信号通过无线电波，经过直射、反射、绕射等后，在接收端接收到的信号是各路信号叠加起来的混合信号。数字电视地面广播是工作在几百赫兹的频段。在这样一个复杂的信道中，存在各种各样的对有用信号的干扰，其中主要的干扰有：高斯白噪声干扰、多径干扰、同邻频干扰、多普勒频移等。下面讨论数字电视地面广播中干扰消除技术。

一、信道编解码消除白噪声

对白噪声一般是通过在信息中加入冗余来达到消除的目的。加入冗余的方法主要就是采用信道编码。信道编码主要分两种:分组码和卷积码。分组码对信息比特分组，对每组的信息比特通过与生成矩阵的计算，加入冗余比特，得到编码后的比特；卷积码对分组后的信息比特计算后，编码后的比特不仅仅与当前分组内信息有关，还与其他分组内信息有关系。

1948年，香农（Shannon）发表了《通信的数学理论》一文，为通信的可靠传输提供了理论基础。香农指出：任何信道都存在一个最大的传输速率，称为信道容量，在低于或等于信道容量的传输速率下，随机产生的足够长的码可以获得任意小的错误概率，实现可靠的通信。但是香农定理并未给出在实际中能实现同时又能达到最佳性能的编码方法。在香农定理之后的几十年中，相继出现了多种编码方法，包括代数码和卷积码，但这些码的性能与香农极限（Shannon Limit）都相差甚远，以至于人们普遍认为香农极限是不可能达到的。直到1993年C.Berrou等人提出了一种称为Turbo码的并行级联卷积码，其性能非常接近香农极限同时复杂度也可以接受，因此Turbo码的出现为编码领域带来了革命性的变化，也引发了对基于图论的迭代译码算法的研究热潮，其中就包括低密度校验码（Low Density Parity Code,低密度校验码）所采用置信传播译码算法。随着对Turbo码研究的深入，人们重新发现了LDPC。目前基于密度演化算法所构造的非规则LDPC码已经超过了迄今为止最优的Turbo的性能，例如在加性白高斯噪声信道中，1/2码率的低密度校验码在误码率为10-6时，距离香农限仅0.04dB。最近几年，LDPC码取代Turbo码作为信道编解码标准的趋势已经很明显。欧洲数字电视广播组织（DVB）已经在其下一代卫星数字电视标准(DVB-S2)中采用LDPC码作为前向纠错的编码方案。最近公布的中国数字电视地面传输标准中前向纠错编码也采用了LDPC码。低密度校验码已经成为当今信道编码领域的最有力竞争者。

二、多径干扰的消除

美国ATSC系统中消除多径干扰是通过时域自适应均衡来实现的。它的参考设计就是一个256抽头(前向滤波器64阶，后向反馈滤波器192阶)的自适应滤波器。其中符号数据在进入前向滤波器之前，会有一个消去直流分量的操作，这是为了消除数字电视基带信号中的零频分量--导频信号，直流分量大小是通过检测场同步信号的直流分量获得的。采用判决反馈形式，通过场同步信号的训练和盲均衡来加速起始收敛速度，当眼图初步张开之后，采用面向判决的方式加快跟踪信道的能力，这种工作结构和模式在静态近多径信道下取得了很好效果。但是缺点也很明显，在对付恶劣的信道条件时（如间隔较远的强多径干扰），由于判决的不可靠，不正确的判决会累积在后向反馈滤波器中，使得DFE出现误码扩散，很难收敛到一个比较好的效果。此外在动态信道条件下，抽头更新速度跟不上信道的变化，性能也不够好。欧洲的DVBT系统中，采用OFDM调制，将N个串行传输的符号变换为N个并行传输的符号(一个OFDM符号块)，每个符号持续时间扩展了N倍，使其远远大于多径时延，提高了对多径干扰的抵抗能力。在频域来看，多径干扰表现为频率选择性衰落，而OFDM是将信息调制到很多个子载波上，在每个子载波上，信道幅频响应基本不变，但是在每个子载波上仍会有平坦衰落，这样均衡就简单了很多。同时，在相邻OFDM符号块之间加入循环前缀CP(cyclic prefix)，消除相邻OFDM符号的干扰。

三、梳状滤波器消除模拟同频干扰

在美国的ATSC系统中，使用的是梳状滤波器来消除模拟同频干扰。在模拟电视的三个载波：图像主载波、色度信号载波和伴音信号载波。模拟信号的主要能量主要集中在这三个载波附近，图像信号与色度信号的频谱实现相互交错间隔，使总的信号带宽保持不变。合理设置梳状滤波器频谱零点，使得三个载波的位置正好滤波器频谱零点。但是这种梳状滤波器的加入会使载噪比门限上升约3dB。在欧洲的DVB-T系统中，由于模拟电视的能量集中在视频载波、色副载波以及伴音载波附近,可以直接在频谱上开槽来消除同频干扰,而且开槽宽度与同频干扰抑制能力成正比。这种方法不需要额外增加滤波器，但是代价就在于降低了频谱利用率。

四、动态多普勒衰落

在对付多普勒频移方面，单载波系统中可以快速收敛的自适应更新算法如RLS等作为均衡器的抽头更新算法，但是这些算法一般计算比较复杂，或者对舍入误差敏感，容易发散，实际中一般较少采用。但是通过对均衡器的进行适当的参数控制，可以部分地提高对付动态信道的能力，然而由于信道突然衰落带来的判决错误会由于采用了判决反馈滤波器而进一步扩散，这种误码扩散作用一直困扰着均衡器的发展。随着硬件处理能力的提高，Turbo接收机技术也在不断发展，原有的内接收机（同步和均衡）和外接收机（信道解码）的分界线日益模糊，融合同步均衡解码是目前解调技术发展的趋势。从本质上说，这是如何能同时利用欧氏距离（星座点间距离）和汉明距离（码距离）的问题。这种充分利用2种增益的方法用于对付动态多普勒衰落是非常有效的。

在多载波系统中，在系统设计上要保证以下2个前提：一是多载波符号周期小于信道相干时间，子载波的间隔小于信道相干带宽。在满足这两个条件下的信道可以被认为是准静态子载波平衰落信道。这样传统的基于导频的信道估计可以按照多载波符号间隔来进行并作补偿。但是这2个前提本身是矛盾的，要满足第一个条件，符号周期要小，即子载波间隔要大，而第二个假设要求子载波间隔小。所以多载波系统对抗动态衰落能力会受制于系统设计。实际动态多普勒衰落总有概率成为多载波系统的子载波间（ICI）干扰。

参考文献：

[1]潘攀，干扰广播电视卫星信号的因素与解决方案[J].声学技术，2008,(06):925-927.

[2]曹爱民、马阳春，无线调频音箱入户，突破县级广播发展瓶颈[J].视听界,2008,(06):100-101.