手機(jī)電視信號(hào)誤碼率性能分析

黎 鵬，王 涌，丁洪偉，張國(guó)平，楊 永，余鵬飛

（1.云南大學(xué) 信息學(xué)院，昆明 650091；2.云南省廣播電視局 科技處，昆明 650031）

手機(jī)電視信號(hào)誤碼率性能分析

黎 鵬1，王 涌2，丁洪偉1，張國(guó)平，楊 永1，余鵬飛1

（1.云南大學(xué) 信息學(xué)院，昆明 650091；2.云南省廣播電視局 科技處，昆明 650031）

該文選用Cost 231-Walfisch-Ikegami無(wú)線傳輸模型對(duì)手機(jī)電視信號(hào)傳輸特點(diǎn)進(jìn)行了分析，為方便應(yīng)用，從實(shí)際應(yīng)用角度對(duì)該模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。借助Matlab軟件仿真，分析了手機(jī)電視信號(hào)的MPSK調(diào)制方式，找出了直通視距和非直通視距條件下手機(jī)電視信號(hào)的傳輸特性，著重討論了兩種條件下發(fā)射功率與誤碼率的關(guān)系，給出了曲線結(jié)果。根據(jù)結(jié)果特點(diǎn)，增加發(fā)射功率，減小誤碼率，可有效避免功率的浪費(fèi)。

手機(jī)電視；MPSK；誤碼率；Cost 231-Walfisch-Ikegami模型

近年來(lái)，手機(jī)電視在3G網(wǎng)絡(luò)中已得到很大發(fā)展，隨著4G牌照的發(fā)放，4G網(wǎng)絡(luò)正快速地鋪向全國(guó)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率已大幅度提高，這對(duì)手機(jī)電視的發(fā)展無(wú)疑是很大的機(jī)遇。手機(jī)電視信號(hào)具有無(wú)線信號(hào)的基本特征，信號(hào)在調(diào)制后被送入無(wú)線信道中，經(jīng)過(guò)路徑損耗、噪聲干擾等一系列的過(guò)程后到達(dá)接收端。在無(wú)線信道的傳播過(guò)程中，接收到的信號(hào)是隨機(jī)的，不易分析［1］，本文運(yùn)用蒙特卡洛仿真，有效分析了發(fā)射功率與誤碼率的關(guān)系。

1 Cost 231-Walfisch-Ikegami模型

Cost 231-Walfisch-Ikegami模型考慮了天線高度與街道走向?qū)o(wú)線信號(hào)傳輸?shù)挠绊?，是?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃屠碚撃Ｐ偷囊环N結(jié)合，工作在800～2 000 MHz的頻段，適用于中等城市城區(qū)無(wú)線信號(hào)的傳輸過(guò)程中對(duì)市區(qū)內(nèi)信號(hào)傳輸時(shí)路徑損耗的預(yù)測(cè)［2］。無(wú)線信號(hào)損耗受建筑物高度、街道寬度以及建筑物之間的距離影響:1）基站與接收端存在直通視距（LOS）的情況；2）不存在直通視距（NLOS）的情況。

1）如果基站與接收端存在直通視距（LOS），信號(hào)路徑損耗為:

其中，d（km）為傳播距離，f（MHz）為載波頻率。

2）如果基站與接收端不存在直通視距（NLOS），信號(hào)路徑損耗:

其中，d（km）是通信距離，Lori是街道取向因子。

2 發(fā)射信號(hào)功率對(duì)誤碼率的影響

在手機(jī)電視信號(hào)傳輸系統(tǒng)中，誤碼率代表著接收到信號(hào)的優(yōu)劣。對(duì)于手機(jī)電視的畫(huà)面質(zhì)量來(lái)說(shuō)更是如此，較低的誤碼可以讓觀眾看到更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，若誤碼較高，很可能導(dǎo)致手機(jī)電視畫(huà)面的失真，影響服務(wù)質(zhì)量。

1）直視通路信號(hào)發(fā)射功率對(duì)信號(hào)誤碼率的影響。

在應(yīng)用中，信號(hào)傳輸存在直視通路的情況是比較少見(jiàn)的，但其作為一種理想的參考模型，對(duì)工程應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。在此模型中，可令發(fā)射天線增益Gt=10 dBi，接收天線增益Gr=10 dBi，信號(hào)頻率為f=1 000 MHz，傳輸距離d=1 km，噪聲功率N=-80 dBm，可得到發(fā)射信號(hào)功率與誤碼率的關(guān)系曲線。

圖1 直視通路QPSK誤碼率-發(fā)射功率

圖2 直視通路MPSK誤碼率-發(fā)射功率

圖1是在QPSK調(diào)制下，傳輸信道存在直視通距時(shí)，信號(hào)的發(fā)射功率與信號(hào)誤碼率的關(guān)系曲線［3］。從圖1中可以看出，仿真結(jié)果與理論結(jié)果基本一致，隨著發(fā)射信號(hào)功率的增大，誤碼率不斷下降。當(dāng)誤碼率為10-4時(shí)，信號(hào)發(fā)射功率為14.8 dBm。

圖2是發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的Cost231-Waifish-Ikegami模型后，系統(tǒng)誤碼率隨發(fā)射功率變化的關(guān)系曲線。從圖2中可以看出，在調(diào)制方式確定時(shí)，隨著發(fā)射功率的增大，接收端的誤碼率不斷下降。例如在8PSK調(diào)制下，當(dāng)發(fā)射功率為10 dBm時(shí)，其誤碼率為0.12；但隨著發(fā)射功率的增大，誤碼率急劇下降，在發(fā)射功率為20 dBm時(shí)，其誤碼率銳減為0.001，下降了兩個(gè)多數(shù)量級(jí)。

在誤碼率一定時(shí)，MPSK調(diào)制進(jìn)制數(shù)越大，所需要的發(fā)射功率也隨之增大。例如，當(dāng)誤碼率為10-3時(shí)，8PSK調(diào)制所需的信號(hào)發(fā)射功率為21.5 dBm，而32PSK調(diào)制所需的信號(hào)發(fā)射功率卻增加到44.2 dBm。在圖2中，可以根據(jù)接收端對(duì)信號(hào)的誤碼率要求來(lái)確定發(fā)射端信號(hào)的發(fā)射功率，通過(guò)對(duì)發(fā)射功率的控制，可以合理地調(diào)整發(fā)射機(jī)功率，從而減少能耗的浪費(fèi)。

2）非直視通路信號(hào)發(fā)射功率對(duì)信號(hào)誤碼率的影響。

在非直視通路模型中［4］，令發(fā)射天線增益Gt= 10 dBi，接收天線增益Gr=10 dBi，信號(hào)頻率為f=1000 MHz，傳輸距離d=1 km，噪聲功率N=-100 dBm，則可得到發(fā)射信號(hào)功率與信號(hào)誤碼率的關(guān)系曲線［5］。

圖3 非直視通路QPSK誤碼率-發(fā)射功率

圖3是在QPSK調(diào)制下，傳輸信道不存在直視通距時(shí)，信號(hào)的發(fā)射功率與信號(hào)誤碼率的關(guān)系曲線。從圖3中可以看出，仿真結(jié)果與理論結(jié)果基本一致，隨著發(fā)射信號(hào)功率的增大，信號(hào)誤碼率不斷下降。當(dāng)誤碼率為10-3時(shí)，信號(hào)發(fā)射功率為28.8 dBm。

圖4 非直視通路MPSK誤碼率-發(fā)射功率

圖4是發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)非直視通路的Cost231-Waifish-Ikegami模型后，系統(tǒng)誤碼率隨發(fā)射功率變化的關(guān)系曲線。從圖4中可以看出，在調(diào)制方式確定時(shí)，隨著發(fā)射功率的增大，接收端的誤碼率也在不斷下降。例如，在8PSK調(diào)制下，當(dāng)發(fā)射功率為30 dBm時(shí)，其誤碼率為0.05；但隨著發(fā)射功率的增大，誤碼率急劇下降，在發(fā)射功率為38 dBm時(shí)，其誤碼率銳減為0.0 001，下降了兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在誤碼率一定的情況下，MPSK調(diào)制進(jìn)制數(shù)越大，所需要的發(fā)射功率也隨之增大。例如，當(dāng)誤碼率為10-4時(shí)，8PSK調(diào)制所需的信號(hào)發(fā)射功率為38 dBm，而16PSK調(diào)制所需的信號(hào)發(fā)射功率卻增加到43.7 dBm，相差了5.7 dBm。這也是比較容易理解的，因?yàn)殡S著相移鍵控調(diào)制進(jìn)制數(shù)的增加，信號(hào)在一個(gè)單位內(nèi)各個(gè)相位間的間距減小，雖然提高了頻帶的利用率，但是也更容易產(chǎn)生碼間串?dāng)_，發(fā)生誤判，使得誤碼率快速上升。這就是為什么在利用高階調(diào)制時(shí)，產(chǎn)生更高誤碼率的原因［6］。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上仿真發(fā)現(xiàn)，在同樣的條件下，直視通路達(dá)到接收端要求的誤碼率所需功率比非直視通路達(dá)到接收端要求的誤碼率所需功率明顯要低，手機(jī)電視信號(hào)誤碼率會(huì)隨著調(diào)相進(jìn)制數(shù)的增加而變大。在這兩種通路情況下，通過(guò)增加發(fā)送端發(fā)射信號(hào)的功率，可以減小接收端信號(hào)的誤碼率，這為實(shí)際工程應(yīng)用提供了參考值。手機(jī)電視信號(hào)可根據(jù)實(shí)際終端對(duì)信號(hào)誤碼率的要求，調(diào)整發(fā)射信號(hào)功率，有效避免功率的浪費(fèi)。

［1］曲鳴鏑，張鵬.手機(jī)電視的實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究［J］.信息技術(shù)與信息化，2006（3）:111-113.

［2］李志豪，田龍杰.移動(dòng)通信中的無(wú)線信道技術(shù)［J］.電子測(cè)試，2013（6）:179-180.

［3］明亮.基于DMS的DWDM高速多通道QPSK系統(tǒng)的傳輸控制［D］.江蘇:南京郵電大學(xué).2013.

［4］張俏梅.室內(nèi)環(huán)境下無(wú)線電波傳播的數(shù)值仿真研究［D］.廣東:中山大學(xué)，2004.

［5］范曉靜.室內(nèi)無(wú)線傳播模型的研究與仿真［J］.科技信息，2010（26）:131-131.

［6］劉雪穎，梁先明.GMSK軟擴(kuò)頻調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn)［J］.中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2010，5（4）: 415-418.

Performance Analysis of Mobile TV Signal Error Rate

LI Peng1，WANG Yong2，DING Hongwei1，ZHANG Guoping，YANGYong1，YU Pengfei1
（1.School of Information，Yunnan University，Kunming 650091，China；2.Department of Science and Technology，Radio and Television Bureau of Yunnan Province，Kunming 650031，China）

This paper uses the Cost 231-Walfisch-Ikegami model that simplified the Mobile TV signal transmission，and analyzes the relationship between power and bit error rate of LOS and NLOS through the MPSK modulation.The paper，with the aid of Matlab software，analyzes the MPSK modulation mode of mobile phone TV signals，finds out the direct line-of-sight and non direct lineof-sight under the condition of mobile TV signal transmission characteristics，emphatically discusses the transmit power and bit error rate under the condition of two kinds of relationship and provides，curves results.According to the characteristics of the curve，we can increase the transmitting power，reduce the bit error rate，and effectively avoid the waste of power.

Mobile TV；MPSK；bit error rate；Cost 231-Walfisch-Ikegami model

TN92

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.008

2015-07-15；修改日期：2015-11-30

國(guó)家自然科學(xué)基金（6146053）；云南省教育廳基金（2014Y021）；云南省廣播電視局合作項(xiàng)目聯(lián)合資助。

黎 鵬（1981-），男，博士生，實(shí)驗(yàn)師，主要從事通信與信息系統(tǒng)方面的研究。