广播电视无线覆盖工程技术信号源传输方案研究

陈晓明

（山东省临沂市蒙阴县融媒体中心，山东 临沂 276200）

0 引 言

在多媒体不断发展的时代，广播电视的发展遇到一定挑战，电视产业迎来了更多的竞争对手。为满足观众需求，现代化电视对信号的覆盖技术和传输速率等都提出了一定要求[1]。广播电视无线覆盖工程是当下提升广播电视智能化程度的主要手段，该工程的主要目的是实现无线数字化信号的全覆盖。广播电视无线覆盖工程需对信号源的传输效率进行优化，以提升电视的清晰度，给用户带来更好的体验。地面数字电视广播系统的优化分为信号传输链路优化和信号覆盖优化两部分。广播电视信号源的传输和接收由专门链路负责。信号的覆盖更有利于图像或音频的传送[2]。图像或音频的传送由专门的音频广播系统负责，与地面数字电视广播系统共同组成了完整的广播电视无线覆盖工程。

1 基于光纤编码提升信号传播稳定性

1.1 建立广播电视无线覆盖数字通信系统

广播电视的信号传播包括了多种图像、声音信号的并行传播，而广播电视无线覆盖工程中的信号主要依靠光纤网络进行传输，图声并传通信主要依靠光纤编码技术实现传输。为提升信号传播的稳定性，除对其进行必要的相关技术升级外[3]，还应进行配套设备的升级，以此实现信道在多种信道上的高速传输。广播电视的信号种类繁多，但信号传播的原理都是一致的。传统的语音通信通常采用模拟通信的方式进行信号传输，但光纤编码传播技术可以采用数字通信的方式代替模拟通信。本文基于数字通信的方式对信号的稳定性进行研究，数字通信的框架如图1所示。

图1 数字通信的框架图

其中，A/D（模拟数字转换器）、编码、信道为一个模块，A/D、解码、信道解码为另一个模块，这两个模块的作用是对广播电视的无线信号进行解码和编码。将传统的模拟信号进行换源，实现信号性质的转变。通过编码方式的改变，提升信号传输的稳定性，先将编码的信号解码然后才能将信号输出[4]。信号解码输出后实现模拟信号的转变，最终的解码信号可在显示器上显示。与传统的模拟通信系统相比，建立广播电视无线覆盖数字通信系统的复杂性更高，但该系统更加有利于信号的存储，且在调制器和解调器的中间信道具有降低信号噪声的作用[5]，可降低周边环境对信号的干扰，提升广播电视通信的质量。光纤编码技术与传统的通信技术相比抗干扰的能力更强，符合信号高速传输的需求，且在各种攻击病毒横行的现代互联网环境中，该传输方式也便于为信号进行加密，提升信号传输的安全性。

广播电视无线覆盖数字通信传输的信号统一为数字信号，由此诞生了全新的数字广播电视，其应用范围随着数字信号使用范围的扩大不断扩大。数字电视的功能与传统电视相比更加齐全[6]，且电视的画质更加清晰，音质也有一定的保证。为避免自然环境对传输信号造成干扰，数字电视信号传输通常采用地面传输方式，但是地面传输的抗干扰能力和信号覆盖能力不能并存。为了提升信号的整体覆盖面积而改良信息源的处理方式，可在保证信号抗干扰性的前提下扩大信号的覆盖范围，覆盖区域中的每个用户。但广播电视无线覆盖数字通信系统对硬件有一定的要求，为了降低硬件成本[7]，可将广播电视用户之间的连接方式变为电线连接。为了降低用户信号接收器的安装难度，可采用机顶盒装置将复杂的线路包含其中，用户只需将盒子和架线路线连接好就可以享受广播电视服务。

1.2 确定广播电视无线覆盖的光纤编码

广播电视无线覆盖的光纤编码中，信道编码是最重要的部分，它影响着信号传输的准确性。信道编码的作用共有两个，一是正确接收处理经过信道的信号，二是降低错误信号对正常信号的干扰。信道编码对广播电视无线覆盖工程起到了基础的保障作用，光纤编码利用差错控制编码的方式最大程度地保证了信道中信息传输的安全[8]。

光纤编码将每个传输信道的容量定义为A。根据相应的编码定理，信道的容量要大于信号的最大传输速率才能保证信息传输速率达到要求，且充足的信道容量也可降低编码的错误率。为进一步通过人为干预降低编码的错误率，加入纠错算法对编码技术的编码进行分组和纠错，在原有的运行编码基础上加入部分监督码元。每个编码组中设置一个监督码元，与组别中的其他信息元进行连接，监督运行编码中是否有错误，并对错误编码进行修正，形成良性的监督循环。监督循环还可以反馈错误编码信息，并对相关的纠错信息进行存储，方便日后的编码计算。在实际应用中，为了提升编码效率，采用卷积码代替分组码。虽然二者都能够对编码进行分组，但卷积码比分组码的编码寄存器长度更长，分组更长的编码寄存器性能更高，也能降低编码在译码时期的错误概率。依据前文提到的信道容量要大于信号的最大传输速率这一条件，信道的计算方式为：

式中：A为传输信道的容量，单位为bit·s-1，K为信号传输的带宽，J为传输信道的数量，而XA则是信号在信道中传播的功率。在实际的传输过程中，信号需要随着需求变化，传播的功率也会因此发生一定的变化，所以在计算公式中选取的是信号在信道中传播的平均功率。在信道的容量与信号传输的最大传输速率相等时：

通过进一步的推导可以看出，在理想的信道状态下，传输速率和信道容量大小相等，此时的信道利用率为100%。

信道编码设计根据信号传输方式的不同而变化，本文主要研究载波传输方式下的光纤编码。传统的载波传输是直接将数字信号进行解码转换，在转换的过程中进行传输码的高频分量过滤，降低信号干扰。而本文将传统的载波传输方式进行改良，在数字信号进行解码转换的基础上对原始载波的参数进行改良，将单一的参数设置变为可变的参数设置。参数的改变可以改变信号波形传输的频率，信道上传输的数字信号未经过处理的最原始形态被称为基带信号[9]。基带信号在传输过程中会因为直流低频的问题，降低其在信道内传输的速度。通过对参数的调节可以对直流低频的问题进行改善，提升信号的传输速率，使其快速到达信号的传输目的地。

2 广播电视信号的传输频率调整

在广播电视无线覆盖工程的实际信号传输中，常常需要对广播电视信号的传输频率进行调整，通过改变编码实现广播电视信号的传输频率调整。将传输码型中的1和0进行转码，所传输的编码频谱就会向中间靠拢，脉冲的位置也会不断变化。在相应的间隔周期中对电平跳变进行调整，可保证数据传输的有效性。数据传输可实现实时同步，但是该方式比较耗费带宽，对同步信息解码时钟的要求也较高。因此，按照广播电视信号的高低电平将周期分为前后两部分[10]，将高电平的广播电视信号定义为a，将低电平的广播电视信号定义为b。从信号传输的码型可以看出，本文提到的编码方式字节之间是环环相扣的，后一字节与前一字节具有相关性。广播电视信号的传输频率应该根据不同的频谱特性进行调整，通常情况下传输频率上限与解码频率的转换间距有关。

3 测试实验

为了验证本文设计的广播电视无线覆盖工程技术信号源传输方案的实用性，将本文设计的信号源传输方案与传统的FPGA的旋转件信号源传输方案、模拟信号源传输方案的传输速率进行对比。

3.1 实验准备

在实验中对信号的发射和接收设备进行检测，在运行测试后验证设备的可使用性，然后对计算机中记录的数据传输性能进行分析。为了验证自然环境对信号传输的影响，改变接收器和发射器的参数以及信号的传输距离，并在实验中人为增加干扰源以验证信号的抗干扰能力。通过数据传输的误码率计算公式对信号的错误数据所占比例进行计算。改变广播电视无线覆盖工程的信号发送器的角度，不同传输距离的信号波形如图2、图3所示。

图2 传输距离为20 m的信号幅度

图3 传输距离为100 m的信号幅度

信号的波动幅度随着传输距离的增加而增大，且传输距离越近，曲线越饱满完整；距离越远，则越容易出现高低不平、波形不均的情况。由此可以判断，信号传输的发射器和接收器之间的距离不宜超过100 m，否则会影响数据发送的质量。

3.2 实验结果

在上述实验环境中进行信号的传输测试，首先对光接收器的接收波长进行测量，该接收器的接收波长为900～1 050 nm，因此在实验中可以采用和正常信号波长相近的发射激光作为信号的干扰源。干扰源的波长为935 nm，在接收器的接收波长范围内，设置转速为0。在激光笔的干扰下，信号和干扰信号的波长很接近，在接收器内的电机转速分别 为200 r·min-1、500 r·min-1、800 r·min-1的 条 件下，对数据传输的误码率进行测量，测量结果如表1 所示。

表1 实验结果

3种传输方案在转速为200 r·min-1时错误数据均为0 bit；但当转速上升到500 r·min-1时，传输中开始出现错误数据；当转速达到800 r·min-1时，FPGA的旋转件信号源传输方案的错误数据为 12 bit，模拟信号源传输方案的错误数据为15 bit，而本文设计的信号源传输方案的错误数据仅为5 bit,可以从实验数据很直观地看出本文设计的传输方案的传输错误率更低。

4 结 语

本文通过分析广播电视无线覆盖工程技术的特征，对信号源传输方案进行了设计和研究。本文所设计的信号源传输方案与传统的传输方案相比传输效率更高，对我国媒体行业的发展具有一定的价值，为积极发展广播电视无线数字化覆盖工程作出了一定的贡献。但由于研究条件有限，对信号源传输方案的设计中还有很多不足，希望可以在日后的工作中进行更深入的研究，为广播事业的发展作出贡献。