摘要：数字电视广播是现代化技术下的新型产物，是一种新的电视技术。数字电视广播同时也是地面传输的主要信道之一。因为地面信道传输的具有其多变化特点，对数字电视广播的传输质量以及数字信号产生着严重的影响。地面数字电视广播的分集接收技术，不管是从技术上来讲，还是从系统性能上而言，都会大大提高地面数字电视广播的传输质量。本文主要从地面数字电视传输信道、分集原理、地面数字电视广播国际接收3个方面，探讨了地面数字电视广播系统中的分集接收技术的重要性以及必要性。
关键词：均衡；分集接收；时域均衡器；地面数字电视广播
1地面数字电视传输信道及分集原理
1）地面数字信号信道的特点，具时变形、多径性等地面信道特点。与传统地面广播信号相比较，地面数字信号信道具有高强度的动态性，因此，地面数字信号信道又被称之为动态信道。无线信道的带宽与地面数字电视信号带宽相比较，则小于无线信道的带宽，在信号信道接受信息的时候容易被符号所干扰，导致地面数字电视传输信道频率出现选择性衰落。因此，在进行地面数字电视传输信道建设的时候，应当充分考虑频率选择性衰落。由于信道具有其独特的特性，其次考察信道的冲激响应，可以采用随机时刻到达接收端的相位表征。信道、信号都会随着时间变化而变化，因此信道的幅度会产生不一样的变化情况。不断变化的情况之下，导致了信道冲激响应，这就是信道介质物理特征，通过冲激响应模型，对多径媒质进行了特征验证，扩展传输信号的时间以及随着时间变化而变化的多径特性的信道。2）地面数字电视广播系统的分集技术，这种技术存在的时间比较久，而且对地面数字电视广播系统来说，是抗信道衰落的一种有效的、简单的信号技术。分集技术的核心，其实是为了生成独立信道支路，利用多条独立信道支路来进行信息传递，对接收端的合并算法进行优化，将各个支路的独立信道合并为一路信号。此外，分集技术的分集形式主要有微观分集、宏观分集2种，微观分集技术是本文讨论的重点，宏观分集主要用于基站端，这种分集形式在我国地面数字电视广播中的应用，也基本成熟。3）微观分集技术，是本文讨论的重点。其技术可以分为2个主要方面，第一，获取多路信号方法；第二，信号合并算法。目前我国地面数字广播系统多路信号的获取，主要包括了时间分集、空间分集、角度分集、频率分集、极化分集等。此外，最大比合并、等增益合并以及选择性合并属于合并算法中的主要包括的内容。其中等增益合并算法的实现，比较简单，如果要选择性能好的算法，合并计算方法较为理想，这3种合并算法当中，属最大合并比性能最优，但是实施起来，比较复杂，性能较弱的是选择性合并算法，但是这种算法的信噪比增益的效果以及误码率的效果较为明显。（1）空间分集。是数字通信中应用最广泛的一种分集方式。在收发端采用天线传输，紧邻天线之间必须有一定的间隔距离，这种传输方法具有空间接收分集显著优势，不需要增加发射信号功率，就可以获得独立衰落支路，保证数据接收的同时也获得了分集增益。（2）时间分集。是指携带相同信号通过不同时隙进行发送，当紧邻时隙与信道相干时间等于，或者是超过相干时间，则可以认为发送的信号无关于信道衰落。同时，可以通过时隙可以重复发送信号，在接受端多次重复的信号与衰落信道不相关。从而达到时间分集效果。（3）频率分集。携带相同信息的信号，在多个并且不同的频率载波上进行传输，当紧邻载波超过或者等于相干带宽时，则发送的信号与信道衰落不相关。（4）角度分集。采用角度分集方法，需要足够的接收天线来实现入射角度。因此接收信号的一端会有损失。（5）极化分集。收发端信号在移动环境下，是经过多次反射才能进行传输的，这样一来，必将会引起垂直极化路径、水平化路径的不相关，这两种极化方式会经历不相关的信道衰落，收发两端可以采用极化天线实现。
2地面数字电视广播国际单载波分集接收
2.1国际单载波接收系统中的均衡技术
无线通信单载波系统采用均衡技术对抗频率信道衰落的码间干扰。时域均衡、频域均衡为均衡的主要两种技术，频域均衡考虑频率响应，使得均衡器整个系统满足无失真条件，往往对时延特性、正幅频特性进行矫正，对群时延来说，会降低失真补偿能力。时域均衡考虑冲激响应，使得均衡器在内的整个系统满足于无码间串扰，利用冲激响应补偿已经变化的信号，消除符号干扰。对抗动态频率选择性衰落，可以采用结构相对简单的横向滤波器结构，或者是自适应算法，而这也是时域均衡最大的特点。1）采用判决反馈结构。分为线性均衡器、非线性均衡器。线性均衡器简单，严重的无线信道多径衰落，使得信道频域出现“凹槽”，为了弥补，就必须要放大线性均衡器，从而会影响到该频段内的信噪。广播信道的时间色散特性会产生选择性衰落，因此往往会出现“凹点”，采用线性均衡器，会获得比较好的广播信道传输性能。但是，线性均衡器也会存在诸多扩散问题，抵消一个多径时往往会衍生出多个多径，这个过程会一直重复，直到多径幅度变小。非线性均衡技术，主要由判决器、反馈滤波器、前馈滤波器3部分，采用滤波结构来判决反馈的信号。在判决准确的情况下，能够消除干扰，非线性均衡技术不仅降低了系统的复杂程度，而且还能信号传输的实现比较简单。2）采用分数间隔均衡技术。理想化的接收机，通过滤波器对接收的信号进行符号率采样，在连接均衡器，在均衡器匹配情况下，存在2种问题：一是在实际接收信号过程中，通过滤波器难以实现无线信道的时变特性；二是滤波器在匹配情况下，获得最大输出信噪比，对采样时间的选择非常敏感。3）采用重叠结构。重叠结构优点有很多，在消除前径之前，利用反馈滤波器来消除后径，这样一来，就降低了对前馈滤波器的影响。采用重叠结构，可以计算出最佳的判决中心位置，在判决中，当主径，也就是最大能量位置时，会得到最优的均衡器效果。此外，重叠结构在对抗多径衰落时，对输出信噪、收敛速度而言，会有明显的改善效果。
2.2结合分集接收的时域均衡技术
国际单载波接收系统的缺陷，是故有缺陷，均衡器的严重不足，主要表现在对单支路多径信号动态的变化方面，分集技术的存在，就是为了弥补这方面的不足。1）双均衡支路选择合并结构。提高对抗周期性衰落以及输出信噪比，对地面数字电视广播系统来说，是提升的最可行的方法。双均衡支路选择合并结构，能够实现分集支路信道环境的相互独立，通过互相补偿的方式让两条支路纠正信号的衰落，同时对于2个信道来说，也能在最大程度上避免信道深度衰落，避免支路崩溃，保持均衡器的稳定性。2）单均衡支路等增益合并结构。这种单均衡支路等增益合并结构，对地面数字电视广播系统来说，能起到良好的系统信号传输性能。但是单均衡支路等增益合并结构，投资运行成本较高而且结构也比较复杂，虽然只采用了一个均衡器以及两个相关器，来弥补误差，消除分集支路多径误差，对均衡器来说，2条支路能够提供足够的信息，避免了误码扩展，避免了信道深度衰落。但是采用单均衡支路等增益合并结构时，应当注意，该结构复杂的频谱相应，会给均衡器带来相应的负担，同时对径能量来说，则会增加发生剧烈变化的几率，合并信号，并不一定会保证能够对抗信道衰落，仍然可能会发生多径衰落，从而影响了均衡器的误码率。3）双前馈滤波器MMSE合并结构。双均衡支路选择合并结构以及单均衡支路等增益合并结构都有各自的优势和劣势。双均衡支路等增益合并结构与双前馈滤波器MMES合并结构基本相同。但是，双前馈滤波器MMES合并结构采用的是两个前馈滤波器，这样一来，就会产生重叠性的均衡器，将会完全独立两条分集支路信号序列，对地面数字电视广播系统而言，具有简化作用，能够发挥均衡器最大的效果，把输出信噪比保持在较高水平上，以此来提高对抗信道衰落，抑制扩散的误码率，从而提升了接收端的性能。4）3种结构性能比较。这3种结构当中，性能大致相当的是双均衡支路选择合并结构以及单均衡支路等增益合并结构。但是对于双前馈滤波器MMSE合并结构而言，前两种合并结构远远低于最后一种合并结构。这都是因为这3种结构性能都有各自的缺陷。双均衡支路选择合并结构，引入选择合并，在信道深度衰落时，利用另一路信号进行判决，以此来提高均衡器的正确率，但是在对抗信道衰落时，双均衡支路选择合并结构中的两个均衡器是相对独立的，适应更新的均衡器依然会受到影响，即使抑制了误码扩散，但是在面对深度信道衰落时，均衡器输出信噪依然比较低，这样就会大大的限制了均衡器的性能。单均衡支路等增益合并结构，对各个径的初始相位无法消除，多径的破坏性、建设性相加，依然使得合并信号有衰落特征，阻碍了均衡器性能。而双前馈滤波器MMSE合并结构中的两个前馈滤波器，对抗信道深度衰落时，基于MMSE准则进行动态调整，而不再是自适应调整。将两个前馈滤波器作为一个整体，共同对抗信道衰落，因此使得信道的深度衰落程度会大大的减小，这使得均衡器可以获得足够的信息，使得输出信噪能够维持在较高水平。
3展望
第一部分中的分集技术原理，是为了引入后面讨论而奠定的一个理论基础，对抗信道衰落，分集技术是一种简单而有效的可行性技术手段，并采用合并技术获得增益。通过第一部分的分析，我们可以清楚的看到，对抗信道深度衰落，采用分集技术手段，可以获得非常良好的效果。将自适应均衡技术结合于分集技术，会是一个不错的对抗信道衰落的选择。最后一部分，是本文研究地面数字电视广播系统的分集接收中的重点。首先介绍了均衡实现发难，并对现有的单载波接收系统中的均衡技术进行了重点研究，从理论中，对均衡性能的优势以及劣势进行了分析。采用单支路均衡，对信号符号之间的干扰，能够起到有效的克服作用，但是对输入信噪而言，则比较敏感，当信道深度衰落时，均衡器会扩散误码，并产生严重的影响，进一步阻碍了均衡器性能的提高。因此，最后一部分提出的3种合并结构技术，对均衡器的判决误码率能够起到降低作用，对误码的扩散也能很好的抑制，但是从结构、性能、复杂方面看，双前馈滤波器MMSE合并结构会比前两者的合并结构，对抗深度信道衰落而言，会起到非常好的效果，因此，双前馈滤波器MMSE合并结构是最优的技术方法。
4结论
随着现代化技术的不断发展，大众对于数字信号的传输速率提出了更高的要求，地面数字电视广播系统，也在不断的吸收现代化新的技术，以此来满足大众的需求以及市场发展的需求。在此背景之下，可能会进一步放大国际单载波系统的缺陷，以上几种分集接收技术对系统提升来说或许会无法满足其需求，但是以上几种分集接收技术并不是研究的终点，相信在未来的地面数字电视广播系统的不断发展中，将会融合越来越多的现代化新的技术，为建设地面数字电视系统的分集接收技术提供更优的技术支持。
作者：李仁华 单位：国家新闻出版广播电影电视总局501台
