OFDM技術(shù)在數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中的應(yīng)用

王 哲

（吉林省輝南縣融媒體中心，吉林 輝南 135100）

1 數(shù)字電視

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和人們生活水平的提高，數(shù)字電視技術(shù)也隨之發(fā)展起來(lái)。通過(guò)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)進(jìn)行組合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的有效利用。最初的數(shù)字電視主要是使用單片機(jī)來(lái)控制電視機(jī)面板上所發(fā)射出的脈沖音頻，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)電路使其發(fā)出聲音。隨著半導(dǎo)體集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字電視技術(shù)步入快速發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信息資源的有效利用和傳輸。數(shù)字電視技術(shù)是以集成電路為中心，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理實(shí)現(xiàn)信息的收集、傳輸以及控制[1]。以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)圖像的處理和分析，將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。其具有強(qiáng)大的技術(shù)支撐，音頻效果好，地面接收到的信號(hào)清晰度高[2]。由于計(jì)算機(jī)本身具有運(yùn)算功能強(qiáng)大、存儲(chǔ)容量大以及可容錯(cuò)能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，使得數(shù)字電視的交互性強(qiáng)，能夠帶給用戶更好的體驗(yàn)。在信息技術(shù)快速發(fā)展的背景下，音頻處理設(shè)備性能不斷優(yōu)化，供應(yīng)商可以利用數(shù)字模擬的方式為用戶提供服務(wù)，可擴(kuò)展性較強(qiáng)。數(shù)字電視在使用過(guò)程中是應(yīng)用現(xiàn)代化的數(shù)字信號(hào)處理方式，信號(hào)的整個(gè)傳輸過(guò)程在特定域中進(jìn)行，不會(huì)輕易泄露[3]。

2 數(shù)字電視地面廣播的基本要求

數(shù)字電視地面廣播主要通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、有線電視技術(shù)以及衛(wèi)星技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，覆蓋范圍廣。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視技術(shù)對(duì)信號(hào)的接收能夠打破時(shí)間和空間的限制，不會(huì)因?yàn)閰^(qū)域的偏遠(yuǎn)和時(shí)間因素而受到影響。數(shù)字電視地面廣播要想接收到完整的信息，不僅需要具備接收信號(hào)的條件，還需要寬帶無(wú)線技術(shù)的支撐，從而更好地實(shí)現(xiàn)無(wú)線狀態(tài)下的信號(hào)傳輸，確保數(shù)字電視地面廣播接收到的信息能夠滿足用戶的需求?；诳茖W(xué)技術(shù)發(fā)展下的數(shù)字電視地面廣播傳輸需要更精確的編碼方案和更精準(zhǔn)的信號(hào)估算方式，通過(guò)這種方式能夠?yàn)榻邮崭逦男盘?hào)提供保障[4]。除此之外，數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的傳輸方式具有靈活性，可以使用單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)對(duì)地面進(jìn)行覆蓋，同時(shí)兼容多種類型的接收設(shè)備，可以有效降低成本。

3 OFDM技術(shù)在數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斨械膽?yīng)用

正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）技術(shù)是1種新型的信號(hào)處理技術(shù)，主要通過(guò)數(shù)字調(diào)制解調(diào)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。OFDM調(diào)制技術(shù)能夠有效提升頻帶利用率，抵抗頻率選擇性衰落。在OFDM中引入保護(hù)間隔能夠克服多徑信道的延時(shí)拓展，不僅能夠消除碼間的干擾，還可以結(jié)合空時(shí)編碼、分集以及智能天線等技術(shù)提升物理層傳輸?shù)目煽啃訹5]。

OFDM最早起源于20世紀(jì)50年代中期，但是由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜和當(dāng)時(shí)的科技水平有限，因此其在使用上受到了一定的限制。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，利用離散傅里葉變換（Discrete Fourier Transform，DFT）和快速傅里葉變換（Fast Fourier Transformation，F(xiàn)FT）對(duì)多載波進(jìn)行調(diào)制的出現(xiàn)才使得OFDM技術(shù)得到了實(shí)質(zhì)性的使用。OFDM系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 OFDM系統(tǒng)框架

通過(guò)系統(tǒng)中的碼流讓多子載波通過(guò)串/并處理轉(zhuǎn)換成并行的低速信號(hào)，然后將這種轉(zhuǎn)換過(guò)后的低速信號(hào)發(fā)射出去[6]。通過(guò)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)在不同載波頻率下進(jìn)行有效接收與處理，從而保證信息能夠有效傳送。

在數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中，OFDM保護(hù)間隔主要提升數(shù)字電視地面廣播的信號(hào)接收效率。

OFDM系統(tǒng)由多個(gè)塊狀的信號(hào)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，每1個(gè)信號(hào)代表1個(gè)OFDM符號(hào)，在實(shí)際的信號(hào)傳傳輸過(guò)程中會(huì)受到數(shù)據(jù)本身和傳輸?shù)谋Ｗo(hù)間隔影響[7]。OFDM的保護(hù)間隔如圖2所示。

圖2 OFDM的保護(hù)間隔

多徑回波使子載波的幅度或相位在1個(gè)積分周期Ts內(nèi)發(fā)生了變化，這些變化會(huì)對(duì)數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)中的信號(hào)傳輸造成影響，最佳的解決方式就是在每個(gè)符號(hào)周期上都增加保護(hù)間隔Δ。此時(shí)符號(hào)傳輸?shù)闹芷诰妥兂闪薚's=Ts+Δ。如果Δ的時(shí)間比信道沖激響應(yīng)的持續(xù)時(shí)間還要長(zhǎng)，就不會(huì)影響到周期的變化，接收端的積分只要能保持在Δ的范疇之內(nèi)就沒(méi)問(wèn)題[8]。

對(duì)于OFDM系統(tǒng)中的離散傅里葉變換來(lái)說(shuō)，增加時(shí)間間隔就是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)DFT的轉(zhuǎn)化，在接收端口增加周期拓展保護(hù)間隔，地面終端在對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行低速信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，需要先將其中保護(hù)間隔的時(shí)間去掉，以此來(lái)確保數(shù)字化傳輸系統(tǒng)中信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性[9]。

數(shù)字化信息系統(tǒng)中信號(hào)的傳輸過(guò)程比較復(fù)雜，從信號(hào)發(fā)出到地面接收端接收到信號(hào)要經(jīng)過(guò)多條路徑的傳播，而且各個(gè)子載波存在差異，導(dǎo)致信號(hào)到達(dá)地面的時(shí)間存在差異，從而影響數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)對(duì)信號(hào)的接收。OFDM系統(tǒng)中的每個(gè)符號(hào)前都有保護(hù)帶，即前綴，這些符號(hào)前面的前綴在時(shí)間寬度上比信道的最大時(shí)延擴(kuò)展都要大，即使在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)了時(shí)延信號(hào)，也會(huì)被符號(hào)的前綴所吸收，降低對(duì)后面符號(hào)的干擾。在OFDM系統(tǒng)的實(shí)際工作流程中，每個(gè)符號(hào)的前綴都是最后1個(gè)時(shí)域信號(hào)的復(fù)制，以此就形成了循環(huán)結(jié)構(gòu)，可以減少信號(hào)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的誤差和干擾[10]。帶循環(huán)前綴的OFDM符號(hào)如圖3所示。

圖3 帶循環(huán)前綴的OFDM符號(hào)

4 結(jié) 論

隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字電視廣播領(lǐng)域需要借助通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的優(yōu)化。數(shù)字電視地面廣播在傳輸過(guò)程中會(huì)受到一些高大建筑物的阻擋，影響地面?zhèn)鬏數(shù)男屎蛿?shù)字電視地面接收信號(hào)的質(zhì)量，通過(guò)研究OFDM技術(shù)在數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斨械膽?yīng)用，能夠有效提升數(shù)字電視地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的傳輸效率和質(zhì)量。