数字电视广播信号定位原理

摘 要 :根据CPS定位原理,用户如果能从无线数字电视广播的接收信号中测量出距离几个发射台的伪距,就可以确定出自己的位置.本章将引出利用数字电视信号进行定位的基本原理和具体方法.

关 键 词 :数字电视 定位 原理

1.前言

数字电视是从电视信号的采集、编辑、传播、接收的整个广播链路都数字化的电视广播系统.数字电视利用MPEG标准中的各种图像格式,把现行模拟电视制式下的图像、伴音信号的平均码率压缩到大约4.69-21MbPs,其图像质量可以分别达到电视演播室的质量水平或胶片质量水平,图像水平清晰度达到500-1200线以上,并采用MPEG或AC-3声音压缩编码技术,传输5.1声道的环绕声信号.随着DTV技术的迅速成熟,数字电视已经开始推广和普及.中国发展DTV的时间表大体确定为:2008年数字高清晰度电视(HDTV)将在国内主要城市普及和商业播出,2010年计划全面实现数字电视广播.由于现有模拟广播电视台网的大范围覆盖,一旦数字化后即可用作定位的基础.数字电视分类为:1)按图像清晰度分类.数字电视包括数字HDTv、数字标准清晰度电视(sDTv)和数字普通清晰度电视伍DTv)3种.HDTv图像水平清晰度大于800线,图象质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平,SDTV图像水平清晰度大于500线,主要对应现有电视的分辨率量级,其图象质量为演播室水平,LDTv图像水平清晰度为200-300线,主要对应现有VCD的分辨率量级.2)按信号传输方式分类.数字电视可分为地面无线传输数字电视(地面数字电视)、卫星传输数字电视(卫星数字电视)和有线传输数字电视(有线数字电视)3类.3、按照产品类型分类.可分为数字电视显示器、数字电视机顶盒和一体化数字电视接收机.4、按显示屏幕幅型比分类数字电视可分为4:3幅型比和16:9幅型比两种类型.

2.数字电视系统的关键技术

2.1信源编码

(1)视频编码.数字电视尤其数字HDTV与模拟电视相比,在实现过程中,最为困难的部分就是对视频信号的压缩.在1920只1080显示格式下,压缩前的码率高达995Mbi/ts,比现行模拟电视的传输信息量大得多.因而数字电视图像不能像模拟电视图像那样直接传输,而是要多一道压缩编码工序,采用MpEG-2的视频压缩标准,使数字电视信号压缩后的传输码率减少为20一3oMbi/tS.压缩后的信息可供计算机处理,也可在现有和将来的电视广播频道中进行分配.中国的数字音视频编解码标准工作组制定了面向数字电视和高清激光视盘播放机的S标准,其压缩水平可达到MPEG一2标准的2一3倍,而与MPEG一4C相比,S更加简洁的设计降低了芯片实现的复杂度.(2)音频编码.与视频编码相同,音频编码的主要功能是完成声音信息的压缩.声音信号数字化后,信息量比模拟音频大得多,因而数字电视伴音不能像模拟声音那样直接传输,而是要多一道压缩编码工序.在音频编码方面,欧洲、日本采用了MpEG-2的音频压缩标准,美国采纳了杜比(Dolby)公司的AC一3方案,MPEG-2为备用方案.但随着技术的进步,1994年完成的MPEG一2随着技术的进步现在显得越来越不够用,国际上已考虑用MPEG-4C来代替目前的MPEG-2.

2.2系统复用

数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一.从发送端信息的流向来看,它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流,经处理复合成单路串行的比特流,送给信道编码及调制.接收端与此过程正好相反.

2.3信道编码及调制

数字电视信道编码及调制的目的是通过纠错编码、网格编码、均衡等技术提高信号的抗干扰能力,通过调制把传输信号放在载波或脉冲串上,为发射做好准备.目前所说的各国数字电视的制式,标准不能统一,主要是指各国在该方面的不同,具体包括纠错、均衡等技术的不同,带宽的不同,尤其是调制方式的不同.数字传输常用的调制方式有:正交调幅(QAM)、相移键控伊SK)、残留边带(VSB)和编码正交频分复用C(OFDM)等.

3.数字电视广播信号定位原理

3.1测距原理

作为数据信息、音频和视频多媒体流的数字广播系统,需要在发射端进行基于帧(或称之为符号)的信息编码、调制工作,以便在用户端能够接收连续的数据帧,在满足高数据率和实时接收信息的条件下,保证信息的准确性,满足系统的纠错需求.这也是数字化信息传输的本质所决定的,数据信息和多媒体信号都是基于包或块的数据流,需要一个打包发送和解包接收的过程,而数字广播系统中需要的是固定时间和长度的连续帧传输.为保证实时性和抗信道衰落干扰,一般无线数字广播系统每帧持续时间小于ms级.为了更好地识别数据帧头,系统在发射端都会加上可以识别的同步字符,甚至提高其发射功率来确保准确的帧同步.由上可知一当DTV接收机收到一个数据广播帧时,系统希望准确检测出接收该数据帧头的时间,其误差由信道干扰、系统钟差和接收机噪声等因素决定,同时可以准确得到每一数据帧的编号,由此计算出该帧发射时的系统时间.由此可测出每一帧在发射端和接收端的传播时间,得到两者间的伪距测量值.

3.2定位原理

DTV信号定位采用伪距法.这里的伪距是指DTV发射机天线至DTV接收机天线信号之间的几何距离加上各种系统误差.位置计算可以在用户终端(UT)实现.UT要测量每一个视距范围DTV发射机的伪距,3个发射机的伪距足以确定UT的经度、纬度和时钟偏差,DTV发射机的位置数据可以储存在UT或通过广播数据得到.为了计算UT的精确位置(经度、纬度、高度),必须知道同步码传输的时限.但它发射站的位置是不变的,不需要像基于卫星定位那样频繁地更新.定位系统所要确定的系统状态一般为系统动态特性和系统时钟误差项,即:空间位置、速度(加速度)和时钟偏差(时钟漂移).如图所示.

DTV定位模型