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摘要：隨著現代數字信號處理、超大規模集成電路以及通信技術的迅速發展，數字電視技術已經逐漸走向成熟，并將最終取代模擬電視技術，為我們提供更加優質的服務。數字電視地面廣播作為數字電視標準中最為復雜的一個，在我國有著廣闊的應用前景。從系統的總體結構、工作流程、軟件接收機等方面描述了基于DTV的定位系統方案，對定位系統的基礎——數字電視接收機的工作原理做了詳細的分析，簡要地給出了定位實現的原理。

關鍵詞：無線定位；數字電視；信號；方案

1數字電視廣播信號無線定位概述

1.1無線電定位的概念

同時接收多個已知空間坐標和時間基準的無線電發射源的輻射信號，可以確定接收端用戶所在的地理位置，即經度、緯度和高程（海拔高度）。

隨著超大規模集成電路（VLSI）工藝的進步，基于電纜或衛星傳輸的數字電視（DTV）系統已在全球范圍廣為使用。DTV地面廣播系統也已開始大規模建設，在全球不同區域逐漸形成以各自廣播標準為基礎的數字電視和數字聲音廣播網。與GPS相比，DTV定位有以下優點：定位誤差小，可達1m量級；市區定位概率高，還可滿足室內定位要求；定位實時性好；信號處理要求低，處理設備少，功耗低；可利用現有的DTV基礎設施，無需改變就可用作定位。

1.2數字電視地面廣播與標準

數字電視地面廣播與數字衛星廣播相比較，有容易普及、接收價格低廉的特點；與數字有線電視廣播比較，則不易受城市施工建設、自然災害、戰爭等因素造成的網絡中斷影響，因此在傳輸狀況、應用需求等方面，地面傳輸方式更加復雜，全球各地在地面數字電視傳輸系統方案的選擇上爭議也最大。

世界各國對于數字電視地面廣播進行了長期研究。基本形成了美國的ATSC，歐洲的DVB-T和日本的ISDB-T三大標準。我國模擬電視采用的是歐洲的PAL制式，因此要向數字電視過渡基于DVB-T標準開發數字電視地面廣播系統是切實可行的。

2基于DTV數字電視廣播信號無線定位系統方案的實現

2.1系統結構設計

整個系統的組建可以劃分為兩大部分：發射和接收。發射部分建在DTV地面廣播信號發射臺。對于按DVB-T標準發射的電視信號來說，首先要為不同發射臺分配不同的系統標識碼（ID），再將發射臺的空間坐標、發射時間和標識碼等信息進行信道編碼，最后通過DTV數字廣播系統實現信號發射。而對于按DMB-T標準發射的信號來說，由于在發射信號中已經加入幀號、基站識別碼、起始發射時間，只要將發射臺的坐標預先存儲在接收機的處理器中即可。

基于數字廣播電視信號的無線定位系統特征在于通過接收多個空間坐標已知的數字地面發射臺的信號，確定接收者的空間坐標。

2.2系統工作流程

本文定位方法是建立在無線電信號廣播發射系統上的，系統的工作步驟如下：

（1）接收信號：由天線接收到的電視信號經射頻放大后下變頻為中頻信號；

（2）通過模擬/數字（A/D）變換完成中頻信號的數字化；

（3）在數字信號處理器（DSP）內完成信號的同步跟蹤、解調和解碼任務，建立信號載波和碼同步跟蹤回路；

（4）將數字電視系統廣播數據幀的時間間隔作為系統觀測的基本時間單位，排定以數據幀間隔或其倍數作為觀測間隔，確定觀測時間序列；

（5）已預先排定的觀測序列時間定時從同步跟蹤環路提取出一個數字電視發射源的原始偽距觀測值，以及通過解調和解碼后的數據得到該發射源標識和空間坐標信息；

（6）重復步驟（5）觀測跟蹤所有在有效測量范圍內的數字電視發射臺；將所有得到的信息送入偽距解算方程，即從接收跟蹤環路提取得到各發射源的偽距值和發射源空間坐標值，計算出最終接收天線的空間位置坐標，并換算為接收系統的定位信息：包括位置、速度和加速度，這些信息為基本導航定位信息；

（7）測量隨后各數字電視廣播數據幀接收時刻，得到屬于該觀測時間點所有有效同步幀頭的偽距信息；

（8）以步驟（6）得到的基本導航定位信息，依次代入步驟（7）中的偽距信息和接收時間信息，完成基于順序雙濾波器平滑算法的計算，最終輸出系統最優定位信息。

2.3軟件接收機的流程實現

對于DVB-T標準來說，同步部分利用時域保護間隔和頻域導頻信號，估計并跟蹤時域FFT窗口位置，同時估計由于收發端上下變頻引起的頻偏；采樣時鐘同步估計得到收發晶振不能完全匹配帶來的采樣時鐘誤差，經數字鎖相環使收發采樣時鐘同步。對于DMB-T標準，將傳統的DVB-T系統中的CP由一段PN序列取代，而在IDFT幀體中不插入任何導頻。PN幀頭既作為訓練序列用于同步和信道估計，又在客觀上起保護間隔的作用。DMB-T的每一幀采用不同的PN頭作為幀標志，在發射端對PN頭采用BPSK調制以獲得可靠的傳輸效果；在接收端則通過同樣的PN序列發生器產生本地PN序列，并與接收信號的PN碼幀頭進行時域相關，從而完成幀同步、頻率同步、時間同步、信道傳輸特性估計等一系列同步運算。

3數字電視接收機的實現

3.1接受原理

（1）模擬處理部分。

從天線接收到的信號通過調諧器經預選放大抑制鏡像干擾、混頻后得到中頻信號，經中頻濾波器濾波抑制鄰道干擾后送入中頻放大器中得到放大了的中頻信號。在中頻放大器中設置AGC以穩定信號輸出。

（2）符號起始同步與定時粗同步。

利用保護間隔的循環重復特性可獲得定時的粗同步和符號起始，提供給FFT。其基本原理是由于保護間隔中的數據是有效數據的部分重復。而相鄰符號的數據則完全不同，這樣計算差值s（t）－s（t－Tu），并對其進行段積分，則可獲得粗同步。

（3）OFDM解調和傳輸參數（TPS）提取。

為簡化接收機方案，可采用流水結構兩倍規模的FFT解調。中頻信號經抗混疊濾波后進入ADC中進行兩倍采樣率采樣，每1個符號得到2N樣點，這2N樣點直接送入2N點FFT的ASIC處理器進行FFT。

（4）頻率和定時同步。

由定時符號粗同步后，接收機對連續2個符號采樣的2N個樣點進行FFT，頻率估計器按參考序列給出的連續導頻地址找到這2個符號的連續導頻值。對頻率偏移進行估計得到頻率誤差信號，經D/A變換及環路濾波后控制中頻VXCO本振完成頻率同步。

定時估計器在當前符號中找到導頻后，對定時偏移進行估計得到定時誤差信號，經D/A變換和時鐘環路濾波器濾波后完成定時的精同步。這一同步過程時間較長，以緩慢調整達到精同步鎖定。

（5）信道估計。

①信道校正。信道響應估計器通過對分布和連續導頻點響應的估計，利用時/頻域內插得到信道在全頻段的響應估計值，對各數據載波進行復相均衡后可得到信道校正。

②信道狀態估計。信號輸出電平的估計可通過對FFT輸出信號的能量獲得。信號電平估計后通過D/A變換以及AGC環路濾波后可對信號的輸出電平進行精確控制；信道在各數據載波點上的狀態估計可通過對該點信噪比的估計，給出信道在各數據載波點上的狀態量度，與該載波點數據一起送到Viterbi譯碼器，對每一位提供“可靠性消息”進行軟判決譯碼。

（6）信道譯碼及碼流處理。

①積碼的解碼。由數據格式化后得到G1、G2格式的3bit碼流送入Viterbi譯碼器進行軟判決譯碼。軟判決是根據提供的信道狀態估計每比特的可靠性信息進行的。內信道譯碼后通過串/并轉換把比特碼流轉換成字節碼流送入解外交織器。②解外交織。由于發射端采用的是同步卷積交織器，因而解交織時需要同步。在交織過程中，同步字節sync或sync總是從第0路送入，在解交織時只要設置窗口校驗同步字節后（即字節碼流獲得同步后），把同步字節送入第0路解交織即可完成解交織。③RS譯碼。從解外交織器送來的字節碼流送入RS（204，188）譯碼器進行外信道譯碼。RS譯碼是在找到同步字節sync或sync后把同步字節和后面的187Byte為一組進行譯碼的。譯碼后的字節碼流經并/串轉換變成比特碼流，同時還給出同步信號送入反隨機化處理。④反隨機化。RS解碼后的數據碼流在同步sync后的8個數據包長度內與隨機化序列進行異或后即得到反隨機化的數據流，反隨機化中每遇到同步比特串，即為隨機序列的異或禁止。同時若同步字節為sync，即對其求反處理得sync，完成反隨機化后的碼流送出信道譯碼器給MPEG-2碼流復用器。最后得到TS碼流。

3.2信號定位實現

DTV信號定位采用偽距法。這里的偽距是指從數字廣播發射機天線至接收機天線信號之間的幾何距離加上各種系統誤差。位置計算可以在用戶終端實現。終端要測量每一個視距范圍發射臺的偽距，3個發射臺的偽距足以解決用戶的經度、緯度和時鐘偏差，DTV發射臺的位置數據可以存儲在用戶終端。

定位系統所要確定的系統狀態一般為系統的動態特性和系統時鐘誤差項，即：空間位置、速度、加速度和時鐘偏差和時鐘漂移。系統狀態為：

式中［PR，VR，AR］T，［δtR，δtR］T分別為系統位置、速度加速度三維坐標矢量以及接收時鐘偏差和漂移矢量。

3.3定位誤差分析

定位精度依賴于由電波傳播環境、接收機設計、噪聲和干擾特性以及采樣信號處理的復雜度。在實際的定位系統中，定位誤差主要由以下兩部分組成：

（1）接收端檢測設備帶來的誤差。如時鐘同步誤差、檢測設備時延帶來的誤差等。這部分誤差隨著定時技術及信號檢測技術的發展而降低；

（2）主要由多徑效應和非視距傳播帶來的信道誤差。主要取決于信道環境，可以利用相應算法減少其對定位精度的影響。非視距傳播是無線定位的主要誤差源，即使在無多徑效應和采用高精度定時的情況下，非視距傳播也會引起測量誤差。

因此，如何降低非視距傳播的影響是提高定位精度的關鍵。目前降低非視距傳播影響的方法有：利用測距誤差統計的先驗信息將一段時間內的NLOS測量值調節到接近LOS的測量值；降低LS算法中NLOS測量值的權重，在LS算法中增加約束項等。

參考文獻

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