大城市复杂环境中移动数字电视接收信道模型的研究

【摘要】： 模拟电视信号功率历来采用同步脉冲到达时刻传输信号的视频峰值功率测量值,模拟电视的服务场强按F(50,50)(50%地点概率50%时间概率)曲线预测。模拟电视的最小可接收信号功率以天线端噪声系数与接收系统载噪比(C/N)之和为基准,其中美国联邦通信委员推荐的UHF频道天线端噪声系数值为7。数字电视发射机的输出信号类似于高斯噪声,数字电视信号功率是采用以往定义无线电噪音功率的均方根值。在美国数字电视服务场强按F(50,90)曲线规划,中国行标GY/T 237-2008规定移动数字电视按99%的地点概率要求进行覆盖。覆盖时间与地点概率提升意味着信号场的增强。交通线路上的接收天线端噪声系数值大、噪声成分(加性高斯白噪声(AWGN)与干扰脉冲)也发生了变化。DTTB的C/N、载干比(C/I)及移动环境下的信道衰落规律都不同于模拟电视。因此,模拟电视覆盖预测模型难以准确预测移动数字电视的服务现状,车载移动电视接收效果不尽如人意的现象时有发生。然而,有关交通线路上数字电视信道噪声与干扰特征以及信号路径增益特征的文献很少,故本文重点研究UHF频段都市移动数字电视信道的噪声模型和信号路径增益模型。 本文给出了交通线路上某UHF频道的平均噪声功率测量系统、方法与结果,提出了采用遗传算法回归分析该数字信道噪声系数概率累积分布曲线的方法,不仅获得了城市内三类交通线路信道噪声三参数weibull分布的三元组合模型,而且列出了噪声系数的90分位数及其K倍标准差值,据此建立了以噪声系数90分位数与C/I之和为基准的干扰信道最小可接收信号功率模型。移动数字电视测量结果表明,以噪声系数50分位数与C/N之和为基准的白噪声信道最小可接收信号功率模型的覆盖率约40%,干扰信道最小可接收信号功率模型的覆盖率约86%。 本文给出了UHF频段某数字电视频道信号场强的固定与移动测量系统、方法及结果,提出了采用以物理光学、几何光学、几何绕射理论及一致性绕射理论为基础的三维多径射线跟踪方法,研究移动数字电视在城市复杂交通环境下信道特征的。运用双射线模型揭示了天线高度及其与高架桥桥面中心轴距离的变化与桥下阴影区域的形成、范围大小及构成改变的关系。考虑到四方面环境因素(直射、地面反射、桥面透射和桥劈绕射),建立的六射线跟踪模型计入了复介电常数桥面的高阶透射波与桥劈绕射波。模型计算结果反映了水平与垂直极化波在桥下覆盖直视区与阴影区的路径增益规律,并通过比较说明移动接收的阴影区路径增益规律可涵盖直视区。通过实测数据与Okumura曲线、标准GY/T 237及六射线跟踪模型预测值相比较,提出了修正的双径模型能够预测桥上道路的路径增益,修正的Okumura能够预测江面航线的路径增益,修正的六射线模型更符合桥下道路的路径增益规律;忽略了路边建筑物阻挡影响的六射线模型,在附加反映建筑物透射损耗的十几dB后,能够精确预测桥下道路上的传播路径增益。