高速铁路移动数字电视单频网系统覆盖设计的研究

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摘 要：文章通过研究数字电视无线网络的覆盖方式，得到了适合于高速铁路专用移动电视单频网覆盖方式；考虑到高速铁路等轨道交通线型覆盖的特点，将地面单频网线型区域的覆盖技术应用到高速铁路移动数字电视系统无线覆盖解决方案中，解决了高速铁路与轨道交通类线型区域覆盖难题。

关键词：ADTB-R；单频网；移动数字电视；高速铁路

以单频网为基础适应高铁的特点进行优化和组网设计才能真正的将其应用于高铁的移动电视系统中成为专用的无线覆盖和传输技术，ADTB-R中的R才真正有意义（R：Railway）。在覆盖方面有两个关键点要进行特别细致的考虑：一个是交叠区的覆盖设计，另一个是功率的覆盖设计。

对于交叠区的覆盖设计是要针对性地体现单频网的特点和优势，要通过交叠区内同频干扰点的位置设计巧妙的避开已经规划好的铁路线路，使得列车在通过交叠区的时候不会接收到信号正好相同的两个强信号，尽可能避免类似多径干扰造成的信噪比恶化的影响。这一点的设计也正好利用到了铁路线路预定的特点，如果是开放的自由路径环境这个方法就不再适用了，另一方面也利用了铁路线路是线型的特点，大家知道天线的覆盖是呈扇形向外辐射的，相同半径不同圆心的两个扇形的会产生一个或两个交点，在进行交叠区覆盖时通过设计发射设备的位置也就是圆心的位置就可以来改变交点的位置，也就是相同信号的位置不落在铁路线上。

而对于功率的覆盖设计，是要在一定的发射设备的发射功率内通过天馈系统的设计达到最大范围的覆盖效率，在这个方面，还是鉴于铁路线路的线型特点，因此最直接有效的手段就是不选用全向天线而是选用定方向天线进行覆盖，定方向的天线有效的将射频功率在很小的扇形角度里发射出去，由于扇形面积小了所以在距离上可以达到很好的覆盖效果，在实际设计中单个天线的覆盖距离可以达到4到6公里，用于架设天线的铁塔里铁路线路很紧，从6公里的距离来比较铁塔距离轨道的距离，几乎可以忽略不计，近似的将发射天线的位置看作是在铁路线上，这样，在一个发射设备上用两个背靠背的定方向天线进行信号发射，就正好可以覆盖铁路线路的前后两个方向的进10公里线路了。选用定方向天线来进行功率覆盖还可以有效的避免高铁移动电视系统的信号对系统外的设备造成的干扰，即解决了自身的覆盖问题又避免了对别人造成影响，一举两得。

为了克服现有技术中的不足，完成对高速铁路轨道交通线型区域的覆盖，结合交叠区的覆盖设计和功率的覆盖设计方面问题的基础上，文章提出了一种用于轨道不交通的单频网信号线型覆盖方法，可以有效地解决轨道交通类的单频网覆盖范围内信号重叠区造成的信噪比恶化，减小了单频网信号重叠区的覆盖面积，大大提高系统链路设计指标。轨道交通类单频网的线型覆盖模型如图1轨道交通类的单频网线型覆盖模型图所示。

图1 轨道交通类的单频网线型覆盖模型图

其主要的思想是通过以下技术方案，提出“重叠区反向位移”思想，实现高速轨道交通类的单频网覆盖设计，其内容就是采用分集接收的思维方式。接收设备是由解调模块和天线组成的，解调模块和天线都是两套同时工作，每个解调模块与其中的一个天线相连，分别对接收到的信号进行解调，接收天线也选择的是定方向天线，它们也是背靠背的安装在一起，并且同一个信号经这两个天线接收后由于是定向天线信号强度的差异可以达到20db，这有助于区分多径干扰的主信号和干扰信号，进行有效地滤除；信号经过接收天线进入到接收机中的解调模块后，被解调出两路原始信号，这两路原始信号经过覆盖设计的作用已经产生了差异，再经接收设备的分集处理，最终可以选择出一个最有利于解码输出的信号作为最佳信号进行输出，而另一个原始信号则作为干扰信号进行了滤除处理。如果接收设备的两个天线接收到的信号能量差异很大，则不需要这么麻烦，系统很简单的就可以区分出主信号和干扰信号，对干扰信号做滤除处理，输出主信号。

还有一个做法是如果信号系统不能判别主次的时候，接收设备的解调模块可以将两个信号进行比选输出，也就是对两路信号的信噪比与误码率两个主要性能指标进行比较，选择其中较优的一路信号输出，达到消除重叠区的目的。

在这里需要再说一下，系统内都选用了定方向天线作为发射设备和接收设备的天线，他们分别朝着目标区域进行单频网信号覆盖，这样能够对高速铁路线状区域完成良好的覆盖，并能减小干扰。

对高速铁路的覆盖设计中天线覆盖角度的设计也是很重要的内容之一，可以单独的作为一个专项内容对其实现的过程，涉及的针对高铁运行线路的覆盖建模设计做深入研究，在本课题的研究内容中对这部分的内容只是利用了研究结果，就不展开讨论了。设计结果如下：在以？兹、？椎、l为变量的天线覆盖角度的建模中，得到了两个定向天的场强分别为Er1（l；？兹，？渍）和Er2（l；？兹，？渍）；由此得到了两个解调器实际接收信噪比的表达式分别为SNRr1（l；？兹，？渍）和SNRr2（l；？兹，？渍）；以及通过分集合并装置分集处理后的接收信噪比性能为：

SNRfinal=max{SNRr1（（l；？兹，？渍），SNRr2（l；？兹，？渍）}

考虑要使其中的信噪比最低点满足如下公式：

min（SNRfinal）=min{max{SNRr1（（？兹，？准，l），SNRr2（？兹，？准，l）}}

调整并选定发送天线参数？兹和？准，使得 最大，这样即可确定天线的几个主要指标。

经过这样的设计，在实际的实验过程中，在铁路线路线型特征的应用环境里实验系统充分考虑其特点，将信号用一个发射设备带两个定方向天线的方式进行信号覆盖，有效地改善了交叠区的范围，使其大大减小，发出的信号经接收设备的两组天馈系统和解调模块的作用，以分集处理的方式分离出了单一的有效信号，对交叠区的干扰信号的影响的处理产生了效果，达到了预期的目的和设想。