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本來,無線電廣播在它誕生的時候,其特點之一就是它擺脫了原有的連線而有一定的移動性,但在早期,這種移動性主要受電源供電、設備尺寸的限制,基本上沒有辦法實現,移動接收帶來什么技術問題也沒有提到議事日程上。在電子管時代,器件的尺寸比較大,耗電也多,真正的“移動”只在軍事方面,便攜式的收音機也有,但一直不能普及。到了晶體管時代,收音機小到可以放在口袋里,廣播的移動接收算是在一定程度上解決了。但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,所以至今還沒有得到解決。
1.數字電視地面廣播(DTTB)
數字電視地面廣播系統是廣播電視體系中的重要組成部分, 它與衛星數字電 視廣播系統和有線數字電視廣播系統以及其它輔助系統一起相互協同提供全面 的受眾覆蓋,是我國廣播電視綜合覆蓋網的重要部分。作為 ATSC、DVB-T 和 ISDB-T 后的又一個地面數字電視傳輸標準,該標準提出如下技術要求:業務模 式除了支持基本的單向廣播外,通過擴展應該能夠支持非對稱雙向傳輸,系統應 該能夠支持室內外的固定接收和移動、便攜式接收,具有較強的抗噪聲、多徑、 脈沖、單頻、模擬及數字的同頻和鄰頻等干擾的能力和快捕、低時延、高速移動 的接收能力,支持多頻網和大范圍的單頻網組網。數字電視地面廣播傳輸系統中 最核心的信號幀結構、信道編碼和調制方式。該標準(DTTB)具有自主創新特點 并能提高系統性能的主要關鍵技術有: 能實現快速同步和高效信道估計與均衡的 PN 序列幀頭設計和符號保護間隔填充方法、低密度奇偶校驗碼(LDPC)、系統 信息的擴頻傳輸方法等。
2.移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數字信號發射、地面接收。因此,移動接收所遇到的問題之一就是衰落,這是所有無線通信系統都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服,但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用,因此衰落問題尤為突出。電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收,實際到達收信天線處的電波除了來自發射天線的直接波外,還存在來自各種物體(包括地面)的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場,此外,在移動通信中,還存在因移動臺(天線)的快速移動而劃過顛簸的波節和波幅的駐播現象及由于多普勒效應而造成的相移,凡此種種原因,就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化,使信號很不穩定,這就是無線電波的衰落現象。衰落的嚴重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進行精確的預測,但區分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落,短期信號中值電平在長期中的起伏;后者為快衰落,即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現和影響是不同的。另外,與其他無線通信系統不同的是,移動接收的關鍵點是移動。因此,移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題,這就是多普勒效應。
在日常生活中,我們會注意到遠處迎面駛來發出警報聲的警車在離你越近時,汽笛聲的音調越高。從警車到達你所在位置開始,音調開始降低,而當警車離開你后,聽到的音調會越來越低,這種現象就稱為多普勒效應。奧地利學家多普勒是這樣解釋這種現象的:朝你駛來的警車發出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中,這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波,而短波音調是高的。相反,離你而去的聲源的聲波稍微擴散,這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長,長波音調是低的,這樣的效應對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發出的信號,它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率,波長相對變短;相反,一個離我們遠去的天線發出的信號,其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率,波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關系,即速度越快,則波長移動越大。以上現象就是多普勒效應(Doppler)。系統方面,移動接收還要考慮覆蓋網的建設,接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題。從基本原理考慮,模擬廣播信號是不宜實現移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題,廣播電視信號必須首先實現數字化。利用數字技術無線接收,可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內,所有移動工具,只要配有接收設備,都可以接收數字移動電視信號。
3.移動接收中的關鍵技術--OFDM
OFDM是正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的縮寫,是在嚴重電磁干擾的下保證數據穩定完整傳輸的技術措施。OFDM的基本原理是:高速信息數據流通過串/并變換,分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸,每個子信道中的符號周期相對增加,這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外,由于引入保護間隔,在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下,可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔,還可避免多徑帶來的信道間干擾。OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。主要技術特點如下:(1)可有效對抗信號波形間的干擾,適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸;(2)通過各子載波的聯合編碼,具有很強的抗衰落能力;(3)各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現;OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現象帶來的負面影響,使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低,又加入了時間保護間隔,具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔,所以系統不受碼間干擾的困擾。在有關移動接收的幾種標準的制定過程中,都采用OFDM作為其核心技術。
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〖正文〗
隨著數字技術、信息技術和網絡技術的迅猛發展,無線傳播領域正在引發一場深刻的技術革命,就在這一兩年間,無線數字媒體的類型驟然豐富,除傳統媒體之外,手機電視、車載移動電視,樓宇分類電視,多媒體信息亭、地鐵多媒體信息系統等新興媒體紛紛涌現,移動接收是個熱點,尤其是廣播電視的移動接收,成為發展方向之一。在早期,這種移動性主要受電源供電、設備尺寸的限制,基本上沒有辦法實現,移動接收帶來的技術問題也沒有提到議事日程上。在電子管時代,器件的尺寸比較大,耗電也多,真正的“移動”只在軍事方面,便攜式的收音機也有,但一直不能普及。到了晶體管時代,收音機小到可以放在口袋里,廣播的移動接收算是在一定程度上解決了。但是電視的移動接收問題要比廣播的移動接收困難得多,所以至今還沒有得到解決。
一、數字電視地面廣播(DTTB:Digital Television Terrestrial Broadcdsting)
在現代通信中,通信傳輸手段主要是光纖、衛星、數字微波等,加上地面無線電視廣播電視發射構成信息主體。目前在我國數字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數字電視、衛星傳輸數字電視、有線傳輸數字電視三類。而移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能,使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點,較之衛星接收,有實現容易、價格低廉的特點;較之有線接收不易受城市施工建設、自然災害戰爭等因素造成的斷網影響;數字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發射無線電波,覆蓋電視用戶,用戶通過接收天線和電視機收看電視節目,主要的受眾也是針對本地區的。完善的數字電視地面廣播系統所具備的蜂窩單頻網功能,不僅提高了頻譜的利用率,而且可應用與寬帶無線接入市場;而移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會“信息到人”的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數字信號發射、地面接收。因此,移動接收所遇到的問題之一就是衰落,這是所有無線通信系統都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服,但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用,因此衰落問題尤為突出。
電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收,實際到達收信天線處的電波除了來自發射天線的直接波外,還存在來自各種物體(包括地面)的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場,此外,在移動通信中,還存在因移動臺(天線)的快速移動而劃過顛簸的波節和波幅的駐播現象及由于多普勒效應而造成的相移,凡此種種原因,就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化,使信號很不穩定,這就是無線電波的衰落現象。衰落的嚴重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進行精確的預測,但區分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落,短期信號中值電平在長期中的起伏;后者為快衰落,即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現和影響是不同的。
另外,與其他無線通信系統不同的是,移動接收的關鍵點是移動。因此,移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題,這就是多普勒效應。
在日常生活中,我們會注意到遠處迎面駛來發出警報聲的警車在離你越近時,汽笛聲的音調越高。從警車到達你所在位置開始,音調開始降低,而當警車離開你后,聽到的音調會越來越低,這種現象就稱為多普勒效應。奧地利物理學家多普勒是這樣解釋這種現象的:朝你駛來的警車發出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中,這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波,而短波音調是高的。相反,離你而去的聲源的聲波稍微擴散,這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長,長波音調是低的,這樣的效應對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發出的信號,它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率,波長相對變短;相反,一個離我們遠去的天線發出的信號,其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率,波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關系,即速度越快,則波長移動越大。以上現象就是多普勒效應(Doppler)。
系統方面,移動接收還要考慮覆蓋網的建設,接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題。
從基本原理考慮,模擬廣播電視信號是不宜實現移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題,廣播電視信號必須首先實現數字化。利用數字技術無線接收,可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內,所有移動交通工具,只要配有接收設備,都可以接收數字移動電視信號。
三、移動接收中的關鍵技術——OFDM
OFDM是正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的縮寫,是在嚴重電磁干擾的通信環境下保證數據穩定完整傳輸的技術措施.
OFDM的基本原理是:高速信息數據流通過串/并變換,分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸,每個子信道中的符號周期相對增加,這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外,由于引入保護間隔,在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下,可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔,還可避免多徑帶來的信道間干擾。
在過去的頻分復用系統中,整個帶寬分成N個子頻帶,子頻帶之間不重疊,為了避免子頻帶間相互干擾,頻帶間通常加保護帶寬,但這會使頻譜利用率下降。為了克服這個缺點,OFDM采用N個重疊的子頻帶,子頻帶間正交,因而在接收端無需分離頻譜就可將信號接收下來。
OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。主要技術特點如下:
1)可有效對抗信號波形間的干擾,適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸;
2)通過各子載波的聯合編碼,具有很強的抗衰落能力;
3)各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現;
OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現象帶來的負面影響,使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低,又加入了時間保護間隔,具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔,所以系統不受碼間干擾的困擾。
在有關移動接收的幾種標準的制定過程中,都采用OFDM作為其核心技術。
四、移動接收制式
眾所周知,地面數字電視廣播系統目前有多種制式,這些制式總體上可以分為單載波方式和多載波方式兩類,美國用的ATSC是單載波的,歐洲的DVB-T是多載波的。英國是實施DVB-T標準最成功的一個國家,并成功地開通了地面數字電視廣播。法國、瑞典、西班牙在實施地面數字廣播方面也獲得了成功。除我國自己提出的若干種制式,我國DTTB的制定原理是:(1)傳輸信息要大,支持包括高清電視的多媒體廣播服務;(2)抗干擾能力強,在一般室內環境下可接收;(3)與現有模擬廣播電視頻道兼容,并有利于頻道規劃和摸擬向數字過渡;(4)具有靈活性;支持標準高清晰度和高清晰度兼容的是視廣播,支持移動接收設備,支持便攜接收設備;(5)具有可擴展性;支持包括互聯網的交互數據綜合業務,支持廣播網絡化的發展需要。整體性能指標應優于或相當于相應的國外現有標準的性能。
在歐洲,針對DVB-T(Digital video broadcasting Terrestrial)在移動接收中的不足,人們提出了一種DVB-H的制式專門用于移動接收,而原有的數字音頻廣播(DAB)也發展到播出多媒體,下文將重點比較DVB-H和DAB的差別。
DAB是在1988到1992年間開發的。系統當初主要打算作為音頻廣播,但對傳送數據和多媒體業務也有準備。盡管到目前為止在許多國家沒有達到普及的程度,但DAB業務已經在多個國家開始。DAB系統,尤其是它的傳輸網絡,是以1.5m的天線高度作為戶外的接收而設計的。因此,DAB為汽車接收提供良好的覆蓋。
DVB-H(Digital video broadcasting handheld),通過地面數字廣播網絡向便攜/手持終端提供多媒體業務所制定的傳輸標準。該標準是歐洲的數字電視標準DVB-T的擴展應用。和DVB-T相比,DVB-H終端具有功耗更低、移動接收和抗干擾性更強的特點,因此該標準適用于移動電話、手持計算機等小型便攜設備通過地面數字電視廣播網絡接收信號。也可以說DVB-H標準依托DVB-T傳輸系統,通過增加一定的附加功能和改進技術使手機等手持便攜設備能夠在固定和移動狀態下穩定地接收廣播電視信號。如圖1
DVB-H采用時分數字多媒體廣播帶寬、以脈沖方式發送各頻道的數據。一般情況下,除接收所需頻道的數據外,調諧器電路在其它時間均處于關閉狀態,因此可有效減少耗電。圖2是DVB-H傳輸系統框圖。
圖2
DAB(Digital Audio Broadcasting)適合于多媒體的分發,而DVB-H則是來自DVB的最新標準,它們有不同的歷史:
DVB-T接收機的普及是令人鼓舞的。在德國的柏林,2003年從模擬轉換到數字電視之后,賣出的DVB-T接收機達到250,000臺。不同的歐盟贊助項目,如ACTS-MOTIVATE(1998-99),MCP(2000-2001)和CONFLUENT(2002-2003),對DVB-T用作移動和手提式接收進行過考察,也對接收機進行了優化。結論是,使用(雙天線)分集接收機技術可以使DVB-T實現高速移動接收。
在對DVB-T的移動性進行測試的時候,也提出了DVB-T在移動環境下是否適合其他多媒體應用的問題。移動電話制造商,對通過DVB-T的高數據率的應用提供移動的多媒體服務特別感興趣。其動機是,在移動電話商業價值鏈中,電視是最后一個不在手上的鏈路。由于用DVB-T向移動電話廣播有缺點,所以有了制定以DVB-T為基礎的,專用于手持接收機的標準的主意。這方案叫做DVB-H。
DVB-H的基本商業要求是用電池供電的小的屏幕移動終端。它應該能夠在手提式的,移動的和室內的環境中,使用單一天線接收多媒體業務。
五、DAB和DVB-H在技術上的異同
從總體上看,DAB和DVB-T/H傳輸系統是以相同的調制和編碼技術為基礎的,這就是編碼正交頻分頻復用(COFDM)。它們之間的差別主要是在特定的區域,如載波間隔,載波調制,FFT的大小(也就是副載波的數量)等等。
FFT大小: DAB在一個1.5MHz的信道里,可以應用256,512,1k和2k的FFT;DVB-H可以在5,6,7或8MHz帶寬的信道中應用2k,4k和8k的FFT。
時間分片:DVB-H的時間分片是一種在接收機上節省功率的新機制。如果在沒有業務傳輸的那些時間段,接收機可以斷開,那么就可以節省電池的電力。DVB-H的時間分片意味著數據是以突發脈沖串的方式傳輸的,這些脈沖串從幾毫秒到幾秒之間。這項技術以下列二個與業務有關的問題的折衷為基礎:業務需要什么數據率?而在接收機這邊應當節省多少電池的電力?
DAB也是用串的形式傳輸數據的。這種“數據脈沖串”是DAB幀的一部份,幀跟隨在一個無效符號后,持續24ms。
時間交織:DVB-H沒有采用時間交織,因為DVB-T標準不提供時間交織:DVB-T原先不是作為高速移動接收而設計的。DAB從一開始就是為移動接收而設計的。時間交織解決了在單天線的移動接收條件下的衰落問題。時間交織把突發誤碼分配在一個較大的時段上,使得FEC能夠校改正這些誤碼。在移動接收中,更有可能出現的是突發誤碼而不是單個誤碼。在DAB中,時間交織工作在16個“數據串”上。一個數據串持續24ms,使得時間交織工作在384ms上。
不相等的誤碼保護(UEP):不相等的誤碼保護意味著在解碼過程中,較重要的比特的保護優于較低重要性的比特。DAB支持UEP。這意味著對解碼過程,比特是依照它們的重要性進行保護的。這對移動和便攜接收是非常重要的,因為一般來說,惡劣的接收條件是無可避免的,在惡劣的接收條件下的服務性能是關鍵問題。借助UEP,通過設計相對于主業務保護的不同的誤碼保護類型,就可以把失效特性對客觀或主觀的服務品質實現最佳化。DVB-T/H沒有準備UEP。這意味著,那些損害某些重要信息(例如控制信息)的誤碼只能像那些不明顯的比特那樣來保護。對于用戶,不明顯的比特是否被破壞是不要緊的,他們最關心的是,重要的同步是否丟失。
多協議封包-前向誤碼糾錯(MPE-FEC):在DVB-H中,多協議封包結合附加的前向糾錯(FEC),是用來改善單天線的移動接收的。但是這種誤碼保護只在一個時間片工作。但傳輸的誤碼通常不是單個的誤碼而是作為突發誤碼串出現的,如果時間片被擾亂太多,業務就丟失,不僅在時間片的期間,也延伸直到下個時間片被傳輸的期間。MPE-FEC是一個在較高的協議層的附加FEC,能夠校正在較低層上的剩余誤碼,但只能在某個范圍內。因此,DVB-H對它的有效比特沒有獨立的保護。現在計劃進行進一步的實驗室測試和現場試驗,以研究帶和不帶MPE-FEC兩種情況下,只用一個天線的DVB-H的接收性能。DAB不使用MPE-FEC,因為這只是在一個較高的傳輸層上的一個附加的誤碼保護機制。不過在DAB中使用MPE-FEC或類似的誤碼保護系統也不是問題。WorldDAB協會現在正在考慮DAB標準的擴展,它會包括像DVB-H那樣基于MPE-FEC的誤碼保護方案,或者如DVB-T和DVB-S標準所用的,MPEG-2傳輸流的基于R-S碼。
可擴縮性:DAB的復接是以864個容量單元為基礎的,它們可以組合起來以適合業務需要的任何數據率。因此業務數據率的最小值受容量單元的限制。根據所選擇的誤碼保護,這在1.3kbit/s的數量級:作為數據業務,通常用8kbit/s的倍數。DVB-H提供的業務可以從0-10Mbit/s。它只取決于時間片的大小。
因為各種不同的理由,如果每個業務用的數據率為300kbit/s或更少,DAB更適合移動終端的技術需求。舉例來說,它在多工方面比較簡單。經由DAB可以傳輸四到六套節目,然而在DVB-H有30套或更多的節目需要復接。這么多節目的處理是更困難的。利用差分相移鍵控(DQPSK),DAB的解調技術比較簡單。藉由這種解調技術,接收機的復雜性減少了。在接收機方面,DAB只需要DVB-T的5-20%的功率,而DVB-H消耗DVB-T的大約33%的功率。功率的減少取決于業務的數據率。
相對DVB-H,DAB的帶寬較低,DAB發射網絡比DVB-H發射網絡的功率小得多。DVB-H網絡的發射功率至少與DVB-T相同。通過利用大的SFN,DAB可以提供高的網絡頻譜效率。此外,通過為每個業務運行者進行頻譜規劃,頻率資源可以非常有效地利用。今天,DAB音頻業務在L波段上用得不多,這波段仍然有DAB多工可用的頻譜。
六、DVB-H和DAB的其他方面
全國性的單頻網:大體而言,DVB-H和DAB都可能建立全國性的單頻網,但是,因為減少自擾的靈敏度,DAB允許大的SFN。這是非常有頻譜效率的。與此相比,用16QAM模式的DVB-T/H,最大的SFN大約是200km。
在歐洲,DVB-H和DAB之間開始合作,目標是回答下列問題:是否有一個以DAB為基礎的,類似DVB-H的,有用的或可能的標準一種迎合兩個標準的最終用戶器件是否容易實現? DAB向移動用戶提供DVB-H業務需要什么?人們正在協調DAB和DVB-H。例如讓DAB能使用DVB-H的MPE-FEC。另外,另一種可能性可能在比較高層,例如視頻編碼(MPEG-4,H.264)和傳輸層(IP的使用)。真正需要的是在IP-Datacast/DVB-H業務和DAB物理層之間有一個公共接口定義。
有人提出,移動接收應當用DAB,他的理由是:從標準化進程的最開始,DAB就是為用單天線作移動接收而設計的;數據率從小顯示到1.2Mbit/s(在較低的誤碼保護為1.5Mbit/s)是可擴展的;DAB發射網絡的建立比DVB-H網絡便宜;由于它的時間交織特征,DAB對脈沖噪聲是穩健的;DAB需要的發射機功率比DVB-H低;不管音頻還是多媒體業務,DAB都是由廣播界推動的。
小結
廣播電視的移動接收作為當前的技術熱點,盡管它的市場前景和受眾分析還有待進一步的研究,但它的技術還在發展中。要說哪一種制式最適合移動接收還為時尚早,因為每種制式都會根據市場的需要及時改進其技術,從而改善其移動接收的性能。
參考文獻:
篇3
一、數字電視地面廣播(DTTB)
在現代通信中,通信傳輸手段主要是光纖、衛星、數字微波等,加上地面無線電視廣播電視發射構成信息主體。目前在我國數字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數字電視、衛星傳輸數字電視、有線傳輸數字電視三類。而移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能,使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點,較之衛星接收,有實現容易、價格低廉的特點;較之有線接收不易受城市施工建設、自然災害戰爭等因素造成的斷網影響;數字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發射無線電波,覆蓋電視用戶,用戶通過接收天線和電視機收看電視節目,主要的受眾也是針對本地區的。完善的數字電視地面廣播系統所具備的蜂窩單頻網功能,不僅提高了頻譜的利用率,而且可應用與寬帶無線接入市場;而移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會"信息到人"的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數字信號發射、地面接收。因此,移動接收所遇到的問題之一就是衰落,這是所有無線通信系統都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服,但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用,因此衰落問題尤為突出。電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收,實際到達收信天線處的電波除了來自發射天線的直接波外,還存在來自各種物體(包括地面)的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場,此外,在移動通信中,還存在因移動臺(天線)的快速移動而劃過顛簸的波節和波幅的駐播現象及由于多普勒效應而造成的相移,凡此種種原因,就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化,使信號很不穩定,這就是無線電波的衰落現象。衰落的嚴重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進行精確的預測,但區分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落,短期信號中值電平在長期中的起伏;后者為快衰落,即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現和影響是不同的。另外,與其他無線通信系統不同的是,移動接收的關鍵點是移動。因此,移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題,這就是多普勒效應。
在日常生活中,我們會注意到遠處迎面駛來發出警報聲的警車在離你越近時,汽笛聲的音調越高。從警車到達你所在位置開始,音調開始降低,而當警車離開你后,聽到的音調會越來越低,這種現象就稱為多普勒效應。奧地利物理學家多普勒是這樣解釋這種現象的:朝你駛來的警車發出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中,這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波,而短波音調是高的。相反,離你而去的聲源的聲波稍微擴散,這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長,長波音調是低的,這樣的效應對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發出的信號,它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率,波長相對變短;相反,一個離我們遠去的天線發出的信號,其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率,波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關系,即速度越快,則波長移動越大。以上現象就是多普勒效應(Doppler)。系統方面,移動接收還要考慮覆蓋網的建設,接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題。從基本原理考慮,模擬廣播電視信號是不宜實現移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題,廣播電視信號必須首先實現數字化。利用數字技術無線接收,可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內,所有移動交通工具,只要配有接收設備,都可以接收數字移動電視信號。
三、移動接收中的關鍵技術--OFDM
OFDM是正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)的縮寫,是在嚴重電磁干擾的通信環境下保證數據穩定完整傳輸的技術措施。OFDM的基本原理是:高速信息數據流通過串/并變換,分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸,每個子信道中的符號周期相對增加,這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外,由于引入保護間隔,在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下,可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔,還可避免多徑帶來的信道間干擾。OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。主要技術特點如下:1) 可有效對抗信號波形間的干擾,適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸;2) 通過各子載波的聯合編碼,具有很強的抗衰落能力;3) 各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現;OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現象帶來的負面影響,使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低,又加入了時間保護間隔,具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔,所以系統不受碼間干擾的困擾。在有關移動接收的幾種標準的制定過程中,都采用OFDM作為其核心技術。
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近年來,數字網絡技術的迅速發展,在無線傳播領域內掀起了一場技術革命,促使無線網絡數字媒體的快速發展,不管是手機電視,多媒體電視還是車載電視等系統全部開始更新,儼然,廣播電視移動接收已經成為當前的一個重點,其中最明顯也是最重要的就是廣播電視的移動接收。吸引了廣播業者及很多生產廠家的關注。廣播電視最初產生的時候潛在的移動性已經開始表現出現,不過這種移動接收要受電源、設備的限制,無法從根本上實現無線接收。不過,隨著時代的進步與發展,無線廣播電視的移動接收技術也有了明顯的提高,實施,最移動接收最困難的不是廣播而是電視,因此,必須加強對電視的移動接收問題的分析、研究制定出切合實際的方案。
1 數字電視的地面廣播
數字電視的地面廣播簡稱為DTTB。數字電視在現在的通信過程中嗎,主要是通過光纖、衛星以及數字微波等傳輸手段進行的,并與地面上的無線電視廣播電視發射構成一個信息主體。據調查發現,目前我國的數字電視均是按信號的傳輸的手段分為地面上的無線傳播數字電視、衛星傳輸數字電視以及有線傳輸數字電視等三大類。其中移動電視是數字電視地面廣播的主導。數字電視地面廣播根據現實應用要求必須實現移動接收的功能,達到整個接受系統的最高化。數字電視廣播具有易接收,易實現以及價格較低等優點。不過數字電視廣播接收不易城市施工建設以及自然災害等環境的影響,容易造成網絡斷路。除此之外,數字電視地面廣播主要是利用電視臺制高點天線所發出的無線電波傳輸給電視用戶,使用戶利用天線接收信號搜索到要看的節目,針對的范圍主要是本地區的群眾。因此,逐漸完善數字電視地面廣播不僅可以提高頻譜的利用率,還能夠使寬帶無線進入競爭市場,此外,數字電視地面廣播還便于移動和攜帶,在系統要求上已經滿足了“信息到人”,不管人們在任何地方、任何時間均可以接受到自己想要了解的信息等。
2 數字電視地面廣播過程中遇到的問題
1)數字電視地面廣播的額移動接收采取的方式主要是無線數字信號發射和地面接收。因此,可以發現,數字移動地面廣播在移動接收過程中遇到的最大難題就是衰落,衰落這個問題很普通,幾乎是所有無線通信系統都會遇到的問題。要想解除它就必須制定相應的有利措施。
經分析,顯而易見,分集接收對移動接收來說毫無作用,滿足不了數字電視地面廣播的移動需求,因此,衰敗問題出現。無線電波在沿地面傳播的過程中容易受到障礙物的反射、散射以及吸收,實質上,能夠達到的接受信號的天線處除了發射天線的直波外,還有物體發射和散射的電波,并且易產生電波干擾。除此之外,在移動通信中還容易出現移動天線劃過波幅而駐波的現象,導致實際移動臺接收到的場強在振幅及相位上發生變化,信號極度的不穩定,這就是無線電波衰敗的現象表現,并且隨著線路頻率的增加而增加,根據研究分析,目前還沒有合適的解決方法,對其的預測明顯的不準確。另外,移動接收的重點是移動,除了存在這些衰敗現象外,還具有其他無線網絡不曾有的現象——多普勒效應等。
2)關于多普勒效應,在日常生活中常見。比如警車鳴笛。我們在車的遠處時候聽到車的鳴笛聲一步步靠近自己,等到越來越近時汽車的笛聲音調越來越高,離開之后聲音越來越低,這種變化就是多普勒效應。
3 數字電視地面廣播移動接收關鍵技術OFDM
1)OFDM在數字化電視地面廣播具有十分重要的作用,它可以抵抗電磁場的干擾,確保數據穩定的完成傳輸任務的一項重要措施。基本原理為高速信息數據流通過串/并變換,針對較低的子信道進行傳輸,并且每個子信道是根據周期相應增加的,這樣做就可以減少由無線信道多徑時因擴展而產生的時間彌漫性對無線系統所造成的干擾。因此,在引入大于最大多徑時延擴展保護間隔的情況下,可以阻止或避免多徑帶給信道間的干擾。
2)OFDM的個子載波相互正交,是它顯著的特點之一。數字電視地面廣播內擴頻經過調制使頻譜相互重疊,既可以減少子載波間的互相干擾,有可以提高頻譜的利用率等。除此之外,OFDM具有跟多技術方面的特點,例如:①能夠有效的阻止信號波形間的干擾,可以廣泛應用于多徑環境以及衰敗信道中高速數據的傳輸過程。②聯合各子載波編碼,增強對抗衰敗的能力。③通過離散傅里葉反變換以及離散傅里葉的變換來正交調節各子信道。
4 數字電視地面廣播移動接收制式
數字電視地面廣播具有多種多樣的制式,主要分為單載波與多載波兩大類,在美國、英國得到過廣泛的應用。我國應用的DTTB制式是根據特定原理制定的:1)能夠傳輸大量的信息,支持高清電視的廣播服務。2)具有較強的抗干擾能力。3)跟現在模擬的電視廣播頻道相兼容,為頻道規劃奠定了基礎。4)靈活性較大,能夠支持移動性的設備。5)擴展性較強,能夠支持互聯網等,適應國內外的發展需求等。
5 結束語
隨著科學技術的快速發展,廣播電視移動接收技術必須跟隨發展的腳步,加強對自身的管理,增強移動技術能力,并拓展發展的空間,為大眾營造一個良好的無線網絡接收空間等。
參考文獻
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條件接收(CA)是實現業務授權的一種技術手段[2],是CMMB實施運營的關鍵技術。條件接收系統(CAS)是實現這一功能的模塊,承擔著對業務進行加密、對用戶及其訂閱的節目進行授權管理和計費等任務。
1 CA的基本原理
CA利用加/解擾技術和加/解密技術實現業務授權[3]:在發送端,通過CAS改變被傳送業務的特性,并提供一個受CAS控制的與解擾相關的信息,將此信息加密后與加擾信息復用。該復用信息在接收端解復用后,授權用戶能對其進行解密并用于節目解擾,從而正常接收授權業務,而非授權用戶則無法解密此信息,不能對節目進行解擾。
常用的加解擾系統采用尋址控制的加/解擾模式[4],這種模式主要通過控制偽隨機序列(PRBS)對節目進行加擾和解擾:在發送端利用PRBS按照一定的加擾算法對原始數據進行擾亂控制,接收端也有一個和發端結構相同的PRBS發生器,通常采用移位寄存器來實現。只有收發兩端間的PRBS序列同步,即收端和發端PRBS發生器的初始值相同,接收端的PRBS才可以用來解擾。因此,發端必須向收端發送一個用于同步PRBS的同步控制字(CW)。CW是系統安全的基本要素,其安全傳輸成為CAS實現安全性的關鍵。在CAS中通常將CW加密后傳輸,現代密碼學中常用的加密算法有DES、IDEA、AES和RSA等,具體實現時要根據算法復雜度和系統安全性的需要而選擇。
CA的實現方式有同密和多密兩種方式,前者CAS使用相同的CW生成器和擾碼生成器,使用通用加擾算法進行加擾;但從對CW的加密開始,不同的廠商實現方案各不相同。后者CAS的CW生成器、擾碼生成器、加擾算法、對CW的保護均不同。可見,多密方式的通用性較差,破解多密方式的復雜度和成本高于同密方式,因此安全性更高。
2 CA在CMMB中的應用[2]
移動多媒體廣播條件接收系統(MMB-CAS)通過在業務中加入條件接收控制機制,提供針對業務的廣播通道保護,其核心技術是加密算法和密鑰管理。
MMB-CAS由發端子系統(CAM-S)和終端子系統(CAM-C)組成[2,5],CAM-S完成節目流的加擾,并生成授權控制信息與加擾節目復用后傳送,實現業務的加密傳送和授權管理。CAM-C通過解復用授權信息,驗證用戶的合法性,得到與節目解擾相關的信息,解擾受保護的業務,從而實現條件接收。
2.1 MMB-CAS分層模型
為了構建安全適用的CAS,MMB-CAS技術體系以四層密鑰模型為基礎,建立密鑰安全管理及分發機制,該機制中下層密鑰由上層密鑰加密后傳輸,實現了密鑰的分層保護。如圖1所示,MMB-CAS的密鑰體系模型包括用戶注冊層、授權/安全管理層、授權控制層和業務加擾層,各層實現的功能如下:
(1)用戶注冊層完成用戶密鑰(UK)與終端安全模塊的捆綁,可以通過預置或雙向注冊方式實現。
(2)授權管理層完成授權管理信息(EMM)的安全傳遞,利用UK對業務密鑰(SEK)加密,生成EMM,終端解密EMM獲得SEK。安全管理層實現信令數據的安全傳輸,利用UK加密系統信令并封裝在EMM中,終端進行解密獲得系統信令。
(3)授權控制層完成授權控制信息(ECM)的安全傳輸,前端利用SEK對CW進行加密,生成ECM,終端進行解密獲得CW。
(4)業務加擾層完成業務的安全傳輸,前端利用CW對業務進行加擾,通過廣播信道傳給終端,終端利用CW對加擾業務進行解擾,實現正常接收。
2.2 MMB-CAS功能模塊
根據MMB-CAS的四層密鑰模型,CAM-S在實現業務加密和授權管理的過程中有如圖2所示模塊(CAM-C有相對應的模塊):
(1)節目信息管理模塊
此模塊是一個用戶管理數據庫系統,用于建立節目信息配置表,實現對系統中節目的管理和對用戶的授權、管理等功能。例如當用戶的訂購信息改變時,需要將新的信息寫入用戶數據庫。
(2)加擾模塊
包含控制字發生器(CWG)、同步同密器(SCS)和加擾器,主要功能是產生CW,并用其加擾節目數據流和ECM。加擾器應支持CMMB的所有業務類型如視頻、音頻、數據廣播等。根據文獻[2]的規定,MMB-CAS加擾標準選用互聯網流媒體聯盟加擾標準(ISMACryp),其加擾算法采用AES-128-CTR,另外可選支持SRTP或IPSec加擾方式。
(3)加密授權模塊(EAM-S)
包含ECM發生器(ECMG)和EMM發生器(EMMG)。加擾器產生CW并與ECMG接口,ECMG使用SEK對CW進行加密,產生ECM并返回,然后與加擾節目復用。EMMG利用UK對SEK進行加密,產生EMM,并通過與復用器接口而發送EMM。
MMB-CAS采用同密方式實現,加擾器按照上述通用的加擾標準和算法產生公共的CW,因此各廠商CAS的加擾器和CW發生器是相同的。但從對CW的保護開始,各個廠商都通過私有加密授權模塊和節目信息管理模塊來保證較高的安全性。CMMB規定SCS和CAS的接口協議應符合數字電視廣播條件接收規范[6]中同密技術的要求,以統一接口,使整個移動多媒體廣播業務的開展有多個CA廠商參入,從而培育產業并避免壟斷。
3 MMB-CAS整體功能構架[7]
CMMB系統具有“天地一體、星網結合、統一標準、全國漫游”的特點[1],通過衛星S波段和地面U波段網絡進行傳輸。因此,CAS整體功能構架應當充分考慮這些因素,以滿足CMMB整體業務的開展,并使整個系統標準統一,便于管理。
3.1 CMMB-CAS分布式構架
CMMB-CAS的整體布局采用分布式的構架,由一個中央CA平臺和多個地方CA平臺組成,各自完成不同的功能,各平臺間可以相互通信。中央平臺承擔的功能:對S波段節目進行定義和加擾,并對其用戶進行授權管理;對U波段中央節目進行加擾,生成其ECM,然后與地方平臺共同完成授權。地方平臺承擔的功能:對地方的U波段節目進行加擾,生成其ECM,以及所在地域的中央和地方U波段用戶的EMM,完成授權管理。
3.2 節目授權管理的實現
S波段節目由中央平臺定義,通過CW進行加擾,生成ECM和EMM與加擾業務復用,通過衛星發送。終端用戶接收衛星分發的節目流,通過解復用、解密得到CW,進而完成節目解擾。
中央U波段節目用戶授權分為兩步,需要中央平臺和地方平臺共同完成。中央平臺對中央U波段節目加擾并生成其ECM,封裝后通過衛星發送,各個地方平臺通過衛星接收機接收中央U波段加擾節目。地方平臺不僅對本地節目加擾,生成其ECM以及本地用戶訂閱的中央、地方節目的EMM,還需生成漫游用戶訂閱的中央、地方節目的EMM,然后與接收的中央節目流復用后發射,完成所有U波段節目的授權管理。
3.3 全國漫游功能的實現
CMMB面向移動終端,必須支持漫游功能。由于S波段節目和U波段節目授權方式不同,二者實現漫游功能的機制也不同。
S波段節目的用戶只需中央平臺授權,通過衛星廣播授權信息,衛星和地面增補站覆蓋范圍內可以任意接收,很容易實現漫游。
U波段節目覆蓋范圍有限,為了實現全國漫游,需要中央平臺和各個地方平臺共同完成,通過采用中心節點的組網方式將中央平臺和地方平臺連接起來而形成網絡,實現各平臺間的相互通信。為了滿足高安全性,在網絡連接時應采用虛擬專用網(VPN)的方式實現點對點的連接。地方U波段用戶的漫游通過網絡很容易實現授權管理。中央U波段用戶漫游則需要將節目信息傳送到地方平成中央節目的定義和授權,然后利用地方平成授權管理的傳遞。
根據上述功能實現的需求,MMB-CAS整體功能參考構架如圖3所示:
4 結語
MMB-CAS是一個整體的系統工程,除了本文介紹的參考模型和主要功能模塊,GY/T 220.6-2008還定義了各分系統間的接口、CA信令、電子錢包、系統復用傳輸的適配等。合理適用的MMB-CAS除了要符合標準規定的要求以保證機制安全、滿足業務需求外,還要根據算法復雜度選擇適當的加密算法。
參考文獻
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[4]周師亮. 廣播電視系統條件接收技術概論[J]. 中國有線電視, 2007(22):2120-2122.
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一、數字電視地面廣播(DTTB)
在現代通信中,通信傳輸手段主要是光纖、衛星、數字微波等,加上地面無線電視廣播電視發射構成信息主體。目前在我國數字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數字電視、衛星傳輸數字電視、有線傳輸數字電視三類。而移動電視是數字電視地面廣播的重要應用。數字電視地面廣播在應用需求上要求實現移動和便攜接收的功能,使整個技術系統的要求最高。它具備無線數字系統所共有的優點,較之衛星接收,有實現容易、價格低廉的特點;較之有線接收不易受城市施工建設、自然災害戰爭等因素造成的斷網影響;數字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發射無線電波,覆蓋電視用戶,用戶通過接收天線和電視機收看電視節目,主要的受眾也是針對本地區的。完善的數字電視地面廣播系統所具備的蜂窩單頻網功能,不僅提高了頻譜的利用率,而且可應用與寬帶無線接入市場;而移動和便攜的獨特優勢使該系統能滿足現代信息社會"信息到人"的要求,也就是無論何人何時在何地均能任意獲取他想得到的信息。
二、移動接收所遇到的主要問題
移動接收采用的方式是無線數字信號發射、地面接收。因此,移動接收所遇到的問題之一就是衰落,這是所有無線通信系統都會遇到的問題。對于固定接收可以采用分集接收等方法予以克服,但對于移動接收而言分集接收的方法顯然不實用,因此衰落問題尤為突出。電波在沿地表傳播中會受到各種阻礙物的反射、散射和吸收,實際到達收信天線處的電波除了來自發射天線的直接波外,還存在來自各種物體(包括地面)的反射波和散射波。反射波和散射波在收信天線處形成干涉場,此外,在移動通信中,還存在因移動臺(天線)的快速移動而劃過顛簸的波節和波幅的駐播現象及由于多普勒效應而造成的相移,凡此種種原因,就使得實際移動臺接收到的場強在振幅和相位上均隨時隨地在急驟變化,使信號很不穩定,這就是無線電波的衰落現象。衰落的嚴重程度通常隨頻率或路徑長度的增加而增大。目前還無法對衰落進行精確的預測,但區分繞射衰落和多徑衰落兩種不同類型的衰落是十分重要的。前者為慢衰落,短期信號中值電平在長期中的起伏;后者為快衰落,即瞬時信號電平在短期中的起伏。這兩種衰落的表現和影響是不同的。另外,與其他無線通信系統不同的是,移動接收的關鍵點是移動。因此,移動接收還存在一個其他無線通信不會遇到的問題,這就是多普勒效應。
在日常生活中,我們會注意到遠處迎面駛來發出警報聲的警車在離你越近時,汽笛聲的音調越高。從警車到達你所在位置開始,音調開始降低,而當警車離開你后,聽到的音調會越來越低,這種現象就稱為多普勒效應。奧地利物理學家多普勒是這樣解釋這種現象的:朝你駛來的警車發出的聲波對你而言稍微壓縮從而相對集中,這時你聽到的聲音波長短于該聲源靜止時的波,而短波音調是高的。相反,離你而去的聲源的聲波稍微擴散,這時你聽到的波長比該聲源靜止時的波長長,長波音調是低的,這樣的效應對電磁波同樣適用。比如一個趨近我們的天線發出的信號,它的頻率高于該天線相對于我們靜止時的頻率,波長相對變短;相反,一個離我們遠去的天線發出的信號,其頻率則會低于該天線在相對我們靜止時相對于我們的頻率,波長相對變長。同時波長的位移量與天線的運動速度存在正比關系,即速度越快,則波長移動越大。以上現象就是多普勒效應(Doppler)。系統方面,移動接收還要考慮覆蓋網的建設,接收機(特別是便攜機)的耗電,接收天線的安裝等問題。從基本原理考慮,模擬廣播電視信號是不宜實現移動接收的。為了解決移動接收中遇到的問題,廣播電視信號必須首先實現數字化。利用數字技術無線接收,可有效解決以上問題。只要在信號有效覆蓋范圍內,所有移動交通工具,只要配有接收設備,都可以接收數字移動電視信號。三、移動接收中的關鍵技術--OFDM
OFDM是正交頻分復用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)的縮寫,是在嚴重電磁干擾的通信環境下保證數據穩定完整傳輸的技術措施。OFDM的基本原理是:高速信息數據流通過串/并變換,分配到速率相對較低的若干子信道中傳輸,每個子信道中的符號周期相對增加,這樣可減少因無線信道多徑時延擴展所產生的時間彌散性對系統造成的碼間干擾。另外,由于引入保護間隔,在保護間隔大于最大多徑時延擴展的情況下,可以最大限度地消除多徑帶來的符號間干擾。如果用循環前綴作為保護間隔,還可避免多徑帶來的信道間干擾。OFDM的特點是各子載波相互正交,擴頻調制后的頻譜可相互重疊,不但減少了子載波間的相互干擾,還大大提高了頻譜利用率。主要技術特點如下:1)可有效對抗信號波形間的干擾,適用于多徑環境和衰落信道中的高速數據傳輸;2)通過各子載波的聯合編碼,具有很強的抗衰落能力;3)各子信道的正交調制和解調可通過離散傅利葉反變換和離散傅利葉變換實現;OFDM能夠有效地對抗衰落和多普勒現象帶來的負面影響,使受到干擾的信號能夠可靠地接收。OFDM碼率低,又加入了時間保護間隔,具有極強的抗干擾能力。其多徑時延小于保護間隔,所以系統不受碼間干擾的困擾。在有關移動接收的幾種標準的制定過程中,都采用OFDM作為其核心技術。
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接收機在設計的過程中,要滿足四個方面的要求:支持基本的數字電視接接收;使用的開發平臺比較方便,而且硬件所具備的擴展方式比較完善;CPU具有較高的性能;成本經濟合理。根據這四方面的要求,設計時選擇了LSI半導體的SC2005單片式方案。在SC2005的內部,主要包括七個功能模塊,通過這些模塊的協同運作,使得接收機具備良好的工作性能。在數字電視地面移動接收機中,采用的操作系統為pSOS實時操作系統,該系統的性能非常的優異。在pSOS系統中,其結構呈現出來的是模塊化,而且與硬件之間是相互獨立的,當需要協調時,采用的是板級支持包,這樣一來,對于不同的硬件環境,該系統都可以很好的給予支持。在接收機的軟件體系結構中,包含著很多的組成部分,比如應用程序層、設備驅動程序、硬件抽象層等,不同的組成部分具有不同的功能,經過有機的統一、協調,使軟件結構體系發揮重要的作用。
3、數字電視地面移動接收機的實現
數字電視地面接收機設計完成之后,需要予以實現,主要包括以下幾方面內容的實現:軟件的實現,在數字電視地面接收機中,所包含的軟件部分非常多,需要對不同的軟件組成部分進行分別設計,之后設置相應的啟動流程之后,才能真正的發揮軟件的功能;功能模塊的實現,在數字電視接收機中,包含的功能模塊也非常多,其中主要的為NIM模塊,NIM模塊位于接收機的前端,在開發時需要十分的重視,所選的模塊器件型號要合理,硬件設計要科學,軟件設計要完善,只有這樣,才能保證開發出來的NIM模塊能夠更好地實現。除了NIM模塊之外,接收機中還有許多其他的功能模塊,比如TS流解復用模塊、用戶控制模塊、輔助電路模塊等,在對這些模塊進行設計時,要在保證設計合理的前提,使模塊設計都能得以完善的實現。通過軟件及功能模塊的實現,數字電視接收機所具備的功能可以滿足用戶的需求。
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ADI公司主管高速信號處理副總裁John Hussey先生說:“雖然當前韓國在移動電視服務配置方面全世界領先,但是我們仍然預期中國市場會快速擴大。ADI公司為現有的標準數字電視提供的Integrant調諧器產品超過350萬臺,它在業界提供系統專家經驗和專業知識的獨特地位有助于滿足移動電視的快速增長的需求。由于我們與凌訊科技公司合作一起提供業界首款DMB―TH接收機解決方案,我們可不斷地推動這個急劇發展的市場。”凌訊科技公司首席技術執行官楊林博士表示:“通過這種聯合演示平臺,它利用了第一款中國數字電視地面解調器ADI公司的Integrant電視調諧器,將表明我們對該市場中無與倫比的移動電視的努力。我們與ADI公司在開發固定電視和移動電視技術方面合作兩年以便在上述兩方面應用中支持接受新的中國數字電視標準。我們相信今天的新聞將會推動擴展下一代服務的領域的消費類電子產品的開發。”
目前手持終端如手機等移動電視接收發展較快的是韓國,ADI公司收購的Integrant低功耗射頻調諧器在韓國具有相當成功的經驗。John Hussey先生介紹說,Integrant低功耗射頻調諧器一改傳統使用雙極(Bi-polar)工藝,采用成熟的CMOS工藝,大幅度降低成本和功耗,也有效減小了器件的占位面積,使其完全滿足便攜式產品接收電視信號等要求。此外Integrant低功耗射頻調諧器采用的是一種可重構的射頻技術(ReconfigurableRadioFrequency),這種架構的優勢在于,一個平臺可以支持多個標準,在同一平臺下滿足不同地區、不同標準廣播的需求。
凌訊科技公司首席戰略官董弘博介紹說,該公司符合DMB-TH標準的解調器完全適合于為固定高清晰度電視(HDTV)和移動電視提供服務,公司針對移動電視中高速度條件下的接收問題,專門進行過外場試驗,可以在數百公里/小時的速度下仍可保持非常好的接收效果。解調器采用時域同步正交頻分復用(TDS―OFDM:Time Domaln Synchronous Orthogonal Frequency Division Multiplexing)調制技術,這種解決方案勝過移動應用以及包含幾個多通道干擾的城市環境中相應的固定應用出現的困難條件下提供的連續接收機。
據估計中國移動電視市場將會遵循類似手機照相機市場所采用的發展道路。開始會在高端PDA、智能手機和便攜式多媒體播放器(PMP)中首次展示,隨后會被大眾市場移動電話所采用。到2008年,預期中國移動電視應用市場總容量會超過兩千萬臺。
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一、第一次動手擺小棒認識“11”
“動手擺小棒數羊”這個活動,學生用1根小棒代表1只羊,擺出羊的只數11,在具體形象的羊與代替物小棒之間建立一一對應的關系,同時從中抽象出數學符號11,建立11這個數的表象。
二、第二次動手擺小棒認識“1個十和1個一是11”
“動手擺小棒,讓別人不用數一眼就看出是11”這個活動,是學生在學習了古人“用1個大石頭表示10只羊,1個小石頭表示1只羊”來計數11的方法后,更進一步的操作活動。其用意是讓學生遷移古人計數的方法,將10根小棒捆成1捆,從而認識并理解“10個一就是1個十”的含義,在此基礎上了解11的組成:1個十和1個一組成11。學生動手將10根小棒捆成1捆的這個動作,對于學生理解“10個一就是1個十”,和進一步從結構上加深對“11”這個數的認識,起到了非常關鍵的輔助作用。
三、第三次動手擺小棒認識“十幾的數”
“學生動手擺十幾的數”是趁熱打鐵的活動,學生在理解了11是由1個十和1個一組成的基礎上,再讓他們動手擺“十幾”的數已是非常簡單的事情。他們都能用上1捆小棒快速地擺出14、16等數,老師進一步引導學生說出這些數的組成,強化學生對計數單位“一”和“十”的認識,為引出計數器,認識“個位和十位”作鋪墊。
四、認識計數器并撥“十幾的數”
學生擺小棒認識十幾的數,在他們的頭腦中“1捆小棒”和“1根小棒”有著具體的形象定格。學生通過計數器認識十幾的數,雖有珠子這個形象物,但抽象的數位對于一年級學生來說是一道坎。教材雖沒有安排學生撥一撥計數器的活動,但老師如果巧妙地安排“撥一撥”的活動,對于學生理解十幾的數,有著非常重要的作用。因此,我引出“計數器”這個神秘的計數工具,并給學生介紹了個位和十位的本領,及數10和數11的撥法后,設計了男生、女生撥數比賽活動。男生撥15,女生當裁判檢查;女生撥17,男生當裁判檢查。老師在比賽的過程中,結合計數器撥數活動,引導學生認識15和17在計數器上的撥法和組成,將計數單位“一”和“十”與計數器上的數位“個位”和“十位”建立對應關系。
五、比賽中體會計數工具的作用
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隨著我國衛星技術的發展進步,越來越多擁有各種功能的衛星相繼發射升空,僅2012年,我國發射的各類衛星總數達X顆,其中,無論是通信衛星、導航定位衛星、資源衛星、測繪衛星、氣象衛星,他們有一個共同特點,就是需要對應的數據接收站進行數據接收。機動數據接收站與傳統的固定地面接收站不同,反應迅速且快速機動,可以更好應用于國民經濟建設各個領域,本文主要對機動數據接收站的日常維護進行總結。
1 機動站數據接收站的使用方法及注意事項
1.1 機動數據接收站的機動及注意事項
1.1.1 機動前準備:機動數據接收站在遂行機動任務前,應檢查各車車況,燃油油量及艙內設備固定情況。天線車應檢查天線面板及輻射梁緊固情況,確保在機動過程中不因晃動而造成設備損壞。
1.1.2 機動過程中的注意事項:在機動過程中要注意機動速度不能過快,盡量避免起伏路段。保證艙內設備安全。
1.2 機動數據接收站的展開流程及注意事項
機動數據接收站在執行任務時,跟據工作需要,機動站應及時展開,接收數據,并快速生成相應的作戰信息供相關人員使用。展開流程如下:
1.2.1 選定展開地域:選好平坦開闊地形,地質要堅硬,對土質疏松的地方要用墊木等堅硬平整的材料進行加固,保證天線車展開后車體不傾斜。
1.2.2 確定天線車位置:根據數據傳輸的衛星軌跡來確定天線車車頭的朝向,如衛星軌道是南北方向的,那么天線車車頭的方向應朝東(此朝向根據各型天線車的戰技術指標來確定),以確保天線能夠順利跟蹤衛星。
1.2.3 連接纜線:將其余車輛(一般包括電源車,數據接收車及數據處理車)按規定位置停好。而后固定車體,將各車間纜線全部連接,并將接地線安裝好。
1.2.4 安裝天線:將天線面板從車體上分離,整齊的擺放于地面上。使用電源車發電,展開天線車承重支架。將天線傾斜軸調整為與地面成15°角,先安裝好輻射梁,而后將天線面板按順序安裝好。最后將傾斜軸升至與地面成90°角。
1.2.5 調平天線:將天線車調平控制單元加電,使用自動調平功能將天線車調平。
1.2.6 檢查設備:將所有設備加電,檢查設備可用性,完成設備展開。
注意事項:
(1)展開地域不能在明顯的斜坡上,不能超過天線車調平極限。
(2)天線車車頭朝向應盡量精確,將車頭朝向誤差控制在1°范圍內。
(3)連接各車纜線時要將纜線捋順,避免打結,同時要確保纜線不要反接,錯接。
(4)電源車發電前應檢查電源車內柴油機的油量,確保油量足夠完成作戰任務。
(5)自動調平后觀察車載調平指示器(一般為觀察水銀泡),若未調平,則通過觀察指示器手動對其調平。
(6)加電后觀察電源車接地是否報警,如若報警,可能由于接地電阻過大,應灑適量鹽水來降低接地電阻。
1.3 機動數據接收站的使用及注意事項
機動數據接收站在展開后應根據任務要求,迅速檢查設備狀態并投入使用,下面介紹機動數據接收站的使用方法:
1.3.1 使用前對數據接收系統的接收能力進行檢測,主要是進行GT值測試及射頻環信道測試。GT值測試就是俗稱的跟蹤太陽,太陽作為一個輻射源,可以輻射出多個頻點的信號,借此我們可以測試天線內部設備對X頻段信號的響應情況,從而確定天線是否可以執行任務。而射頻環檢測主要是檢測數據接收系統的數據流是否順暢。簡單說,就是用調制設備發送一組測試數據,模擬接收衛星數據,看數據能否被解調并記錄,來確定整個系統的工作狀態。
1.3.2 使用時應嚴格按照操作規程操作設備。由于均是大功率電器,所以在開關設備時要注意順序,避免電流過強而造成設備損壞。在使用中嚴禁私自修改設備參數,避免造成接收異常。
在使用電源車時,應注意:
(1)啟動機組前,一定要做好檢查和準備工作。
(2)柴油機在使用過程中,嚴禁人員在配電車倉內時關艙門,會導致人員窒息,造成生命危險!
(3)雷雨天氣進入配電車時需穿戴絕緣服裝和鞋,防止出現電擊事故,造成生命危險!
1.4 機動站的撤收方法及注意事項
撤收方法:
1.4.1 使用手控盒將天線傾斜軸落下與地面夾角約成15°角,撤收天線面板及輻射梁,并將面板固定于天線拖車上,降下傾斜軸,并升起承重支架,使天線車處于機動待命狀態。此過程需至少五人。
1.4.2 將機動數據接收站站所有設備斷電,電站車各電纜撤收,而后再將機動站各方艙之間的纜線撤收并裝入方艙內部。
1.4.3 檢查方艙內設備固定及天線車面板固定情況。
1.4.4 檢查機動站車輛的車況,確保機動運輸的安全性和可靠性。
注意事項:
(1)使用手控盒時應注意手控盒的控制狀態,在安裝和撤收手控盒時,手控盒的控制狀態均應在遠控位置,避免安裝或撤收手控盒時出現天線擺動狀態。
(2)在降下傾斜軸時,一定要將天線俯仰箱與承重支架貼緊,保證承重支架均勻受力。
2 機動站日常維護注意事項
2.1 天線車的日常維護
平時要對天線車及時的清理,對風扇等部位要重點檢查其可用性,對損壞的設備及時維修或更換。雨雪天氣過后,應及時清理天線的反射面。雷雨季節應將避雷針豎起,在打雷時,應注意將設備斷電。
另外,天線車應根據情況一年至少進行一次保養,保養的具體方法如下:
(1)車輛調平機構的轉軸部分和車輛各活動鉸鏈注射和涂覆脂。
(2)天線座俯仰箱內左、右兩側的大軸承需要注射脂,每個軸承油四個注油嘴。在油槍內灌注二硫化鉬,將油槍對準軸承上的油嘴注射適量脂。
(3)天線座方為圓筒內上側的大軸承需要加脂。每個軸承有四個注油嘴,操作方法同(2)。
(4)天線的外露部分的轉軸和活動鉸鏈,注射和涂覆脂。
2.2 電源車的日常維護
2.2.1 每周清除灰塵一次,特別要注意清除電器部分的灰塵,檢查電源車的外部狀況,根據需要進行除銹和防銹工作。
2.2.2 每月發動機一次,空載運行5分鐘左右。
2.2.3 定期檢查輪胎氣壓、并按規定充氣。
2.2.4 定期檢查電氣元件、導線、電纜的連接情況,排除接觸不良、短路、斷接等故障。
2.2.5 定期檢查發電機組等的各機械連接部位是否牢固,對各部件應涂油保養。
2.3 接收方艙的日常維護
2.3.1 設備主機維護:每周做磁盤文件整理與磁盤修復掃描,檢查散熱風扇,換濾塵片,對各主機正面進行除塵處理。
2.3.2 室內設備在長期沒有任務期間,應每周打開所有設備加電1小時,防止設備受潮。
2.3.3 每月檢查設備的交流220V 輸入電壓,如有異常,應立即報告并查明原因排除故障。
2.3.4 室外設備保證一周內至少加電10小時,防止設備受潮。
2.3.5 室內設備工作溫度0℃~40℃;當溫度過低或過高時,均可能導致設備故障,務必保持環境溫度在工作溫度范圍內。
2.3.6 在進行日常測試時,所有接口電纜插頭測試后一定要擰緊。所有信號電纜在拆裝時,要注意保護好,以免損壞,影響信號接收質量。
2.3.7 在進行插箱內部信號測試時,盡量不要調整抽屜內部傳輸微波信號的半鋼或半柔電纜的角度和位置。
2.3.8 LNA、室外變頻單元、X頻段單通道變換器、均為全密封形式,在維修和異地運輸時,應注意防潮。
2.4 處理方艙的日常維護
2.4.1 設備主機維護:每周做磁盤文件整理與磁盤修復掃描,檢查散熱風扇,換濾塵片,對各主機正面進行除塵處理。
2.4.2 磁盤陣列的日常維護:定期檢查散熱風扇,定期更新格式化盤陣(注意備份數據)。
2.5 車輛的日常維護
2.5.1 車輛時機動的前提,平時要注意車輛各部分的清潔,注意除銹及保養。
2.5.2 每月發動一次車輛為電瓶充電,同時檢查儀表設備,對損壞部件及時更換。
2.5.3 檢查輪胎狀況,對虧氣輪胎及時充氣。
結語
篇11
Objective: To study the relationship between the inhibitory effects of Tongxie Yaofang, a compound traditional Chinese herbal medicine, on the contraction of the colonic smooth muscle isolated from rats and calcium mobilization.
Methods: By measuring the tension of the isolated colonic smooth muscle strips, the inhibitory effects of Tongxie Yaofang on the contraction induced by acetylcholine (ACh), KCl and exhausting Ca2+ of internal calcium store were assessed respectively.
Results: Tongxie Yaofang could concentrationdependently inhibit the contraction of isolated rat colonic smooth muscle strips induced by KCl and exhausting the Ca2+ of internal calcium store. Tongxie Yaofang could also inhibit the tension of the second contractile phase induced by ACh (P
Conclusion: Tongxie Yaofang can inhibit the contraction of isolated rat colonic smooth muscle strips mainly by preventing the influx of extracellular Ca2+, which may be associated with blocking voltagedependent channel, storeoperated channel and receptoroperated channel, but not by preventing the release of internal Ca2+ from calcium store.
Keywords: Tongxie Yaofang; colon; smooth muscle; calcium mobilization; rats
痛瀉要方是中醫治療“痛瀉”證的名方,最早見于《丹溪心法·卷二》[1]。許多臨床研究報道以痛瀉要方為基礎方治療腹瀉型腸易激綜合征取得良好療效[2,3]。藥理實驗表明,痛瀉要方對大鼠、兔等實驗動物的腸平滑肌收縮具有抑制作用[4,5],但具體作用機制尚不完全清楚。本實驗從鈣動員角度探討痛瀉要方抑制大鼠離體結腸平滑肌收縮的作用機制。
1 材料與方法
1.1 實驗動物 18只健康成年SD大鼠,雄性,清潔級,體質量200~300 g,購自中國科學院上海實驗動物中心,動物使用許可證號為SYXK(滬)20070005,飼養在上海中醫藥大學實驗動物中心,實驗前禁食24 h,不禁水。
1.2 藥物與試劑 痛瀉要方(由白術、白芍、陳皮、防風組成),生藥飲片一次性購自上海華宇藥業有限公司;乙酰膽堿(acetylcholine, ACh),購自Sigma公司(批號為97H2649);EGTA(ethylene glycolbis(βaminoethylether)N,N,N',N'tetraacetic acid),購自Sigma公司(批號為E4378);毒胡蘿卜內酯(thapsigargin),購自Sigma公司(批號為T9033);Krebs液(NaCl 115 mmol/L、NaHCO3 25 mmol/L、KCl 2.4 mmol/L、KH2PO4 0.6 mmol/L、CaCl2 1.2 mmol/L、MgCl2 1.2 mmol/L、glucose 10 mmol/L),除NaHCO3為Sigma公司產品外,其余所用試劑均為國產分析純。無鈣Krebs液,即Krebs液去掉CaCl2。
1.3 儀器設備 PowerLab/4SP數據處理與分析系統、MLT02021D型張力傳感器,購自澳大利亞ADI公司;501C型超級恒溫水浴箱,購自上海實驗儀器廠;電熱恒溫水溫箱,購自上海醫療器械五廠;自制的離體張力測定灌流系統。
1.4 痛瀉要方的制備 按比例(白術︰白芍︰陳皮︰防風=3︰2︰1.5︰1)稱取一定量的飲片,加8倍體積的水,煎煮3次,每次1 h,合并3次水煎液過80目篩,然后將濾液濃縮至生藥含量為1~2 g/mL。加入乙醇使乙醇濃度達90%,靜置過夜,取上清液,用旋轉蒸發儀回收乙醇后將藥液置入真空干燥箱內干燥,并研末裝入密封袋內備用。1 g生藥得到0.105 g提取物。實驗時用Krebs液或無鈣Krebs液配制成所需濃度的溶液。
1.5 實驗內容與方法
1.5.1 離體結腸平滑肌標本制備 參照文獻方法[6]。將大鼠用木棒擊頭致昏后,迅速沿腹中線打開腹腔,于距3~8 cm處剪取一段結腸,放入盛有4 ℃ Krebs液、底部鋪有硅膠的培養皿中,并持續通以95% O2+5% CO2的混合氣體。用眼科剪小心去除腸管上的附帶組織后,沿腸系膜一側剪開洗凈,黏膜層朝上固定在培養皿底部。用精細鑷子將黏膜層及黏膜下層組織剝除,得到完整的平滑肌片。沿縱行肌纖維的走向剪成2 mm×8 mm的肌條標本,并在肌條兩端分別用50號醫用絲線扎牢。將制備好的標本移入含有37 ℃ Krebs液并持續通以95% O2+5% CO2混合氣體的恒溫浴槽中,浴槽內溶液體積固定為10 mL。標本一端固定在浴槽底部,另一端通過張力換能器與生理記錄儀相連。標本的初始負荷為0.5 g。每15分鐘更換一次新鮮的Krebs液,平衡60 min后開始實驗。
1.5.2 高鉀引起的肌條收縮實驗 每次實驗時從同一只大鼠的結腸上剪取制備兩個平滑肌標本,并分為痛瀉要方組和空白對照組。標本平衡60 min后,浴槽內加入100 mmol/L KCl(終濃度,下同)引起肌條收縮。待收縮反應穩定后,痛瀉要方組按累積加藥法加入用Krebs液配制的痛瀉要方溶液,使浴槽內的痛瀉要方終濃度分別為3、10、30、100、300、1 000、3 000、10 000 μg/mL(生藥濃度,下同),每5分鐘增加一個濃度。以加藥前后張力變化[(加痛瀉要方后的張力值-基礎張力值)/(加痛瀉要方前的張力值-基礎張力值)所得的百分數]作為觀測指標,觀察痛瀉要方對KCl引起的肌條收縮的抑制作用。空白對照組用同體積的Krebs液代替痛瀉要方溶液,其余操作與痛瀉要方組相同,并取對應時間的張力值仿照痛瀉要方組的計算方法得到百分數。以上實驗用6只不同的大鼠重復6次。
1.5.3 細胞內鈣庫耗竭后細胞外Ca2+內流引起的肌條收縮實驗 每次實驗時從同一只大鼠的結腸上剪取制備兩個平滑肌標本,并分為痛瀉要方組和空白對照組。標本平衡60 min后,將Krebs液換成無鈣Krebs液,并加入1 μmol/L thapsigargin和1 mmol/L EGTA孵育30 min以耗竭平滑肌細胞內鈣庫中的Ca2+,隨后將溶液置換為2.5 mmol/L Krebs液引起肌條收縮。待收縮反應穩定后,痛瀉要方組按累積加藥法加入用Krebs液配制的痛瀉要方溶液,加藥和取值計算方法同1.5.1。空白對照組用同體積的Krebs液代替痛瀉要方溶液,其余操作與痛瀉要方組相同。以上實驗用6只不同的大鼠重復6次。
1.5.4 ACh引起的肌條收縮實驗 每次實驗時從同一只大鼠的結腸上剪取制備4個平滑肌標本,并分為小、中、大劑量痛瀉要方組和空白對照組。標本平衡60 min后,在浴槽內加入10-4 mol/L ACh引起肌條收縮,10 min后洗脫,重新平衡至肌條張力恢復到基線水平并出現穩定的自發節律后,小、中、大劑量痛瀉要方組分別加入Krebs液配制的濃度為300、1 000、3 000 μg/mL的痛瀉要方溶液孵育15 min;然后將Krebs液換成無鈣Krebs液(連續用無鈣Krebs液洗3次,并在最后一次洗后加入用無鈣Krebs液配制的痛瀉要方溶液,濃度與換液前相同),隨即再次加入10-4 mol/L ACh,此時引起肌條瞬時收縮,為第一時相,是依賴于內鈣的釋放;待收縮消失后加入原水平(1.2 mmol/L)的Ca2+又可引起肌條持續性收縮,為第二時相,是外鈣內流的結果。取第1次ACh增加的張力值作為參照值,取第2次ACh在無鈣Krebs液中增加的張力值(第一時相)和復鈣后增加的張力值(第二時相)分別作為效應值,以效應值/參照值所得的百分數作為觀察指標,觀察痛瀉要方對ACh引起兩個收縮時相的影響。空白對照組分別用同體積的Krebs液和無鈣Krebs液代替痛瀉要方溶液,其余操作與痛瀉要方組相同。以上實驗用6只不同的大鼠重復6次。
1.6 統計學方法 計量資料數據以x±s表示。運用GraphPad Prism 4軟件對數據進行統計分析、作圖。兩組數據的比較采用Studentt檢驗,多組數據間比較采用單因素方差分析進行檢驗,P
2 結果
2.1 痛瀉要方對高鉀引起的肌條收縮的影響 100 mmol/L KCl引起肌條張力增高,且能維持在一較穩定水平,加Krebs液后無明顯變化。痛瀉要方濃度依賴性地降低KCl增加的肌條張力,當濃度加至1 000 μg/mL時,痛瀉要方組的肌條張力下降水平與對照組比較,差異有統計學意義(P
2.2 痛瀉要方對細胞內鈣庫耗竭后細胞外Ca2+內流引起的肌條收縮的影響 細胞內鈣庫耗竭后,外鈣內流引起的肌條收縮表現為較穩定的張力增加,增加的幅度遠比KCl誘發的低。加入痛瀉要方或Krebs液后,前者肌條張力迅速下降,而后者只是略有下降。當痛瀉要方濃度為1 000 μg/mL時,痛瀉要方組的肌條張力下降水平與對照組比較,差異有統計學意義(P
2.3 痛瀉要方對ACh引起兩個收縮時相的影響 經3 000 μg/mL提取物孵育后,ACh引起的第二收縮時相(即復鈣后)增加的張力低于對照組(P0.05);經300和1 000 μg/mL的痛瀉要方提取物孵育后,ACh在無鈣Krebs液中增加的張力及復鈣后增加的張力與對照組比較,差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。
圖1 痛瀉要方對KCl引起的肌條收縮的抑制作用(略)
Figure 1 Inhibitory effects of Tongxie Yaofang on contraction of muscle strips induced by KCl Data were represented as x±s. n=6. **P
圖2 痛瀉要方對細胞內鈣庫耗竭后細胞外Ca2+內流引起的收縮的抑制作用(略)
Figure 2 Inhibitory effects of Tongxie Yaofang on contraction of muscle strips induced by exhausting Ca2+ of internal calcium store
Data were represented as x±s. n=6. **P
表1 痛瀉要方對ACh引起的兩個收縮時相的影響(略)
Table 1 Effects of Tongxie Yaofang on two phases of the contraction induced by ACh
**P
3 討論
Ca2+在介導平滑肌收縮反應中起核心作用。平滑肌細胞的收縮依賴于胞漿中游離Ca2+濃度([Ca2+]i)的升高。[Ca2+]i的增加來源于細胞外液Ca2+ 內流或細胞內貯存Ca2+釋放。對于這兩種鈣離子動員途徑而言,細胞外Ca2+內流在結腸平滑肌收縮中起主要的作用[7]。細胞外鈣離子內流主要通過三種鈣通道:電壓門控鈣通道(voltagedependent channel, VDC)、鈣庫調控性鈣通道(storeoperated channel, SOC)和受體操縱性鈣通道(receptoroperated channel, ROC)。越來越多的證據表明,平滑肌細胞中的VDC、ROC和SOC相互協調參與促進胞外Ca2+內流[8]。胃腸道平滑肌的胞外鈣離子主要通過VDC,尤其是L型VDC進入細胞內[9,10]。細胞外高鉀可以引起細胞膜的去極化,從而打開VDC,促使Ca2+內流,引起平滑肌收縮。本實驗發現,痛瀉要方可以抑制100 mmol/L KCl引起的肌條收縮,其作用機制可能是通過阻斷VDC,抑制Ca2+內流。
ACh是胃腸道最主要,也是最經典的興奮性神經遞質。ACh通過作用于質膜上的M受體引起平滑肌收縮,具體信號傳導機制較為復雜,既有胞外鈣離子內流機制又有胞內鈣離子釋放機制。胞內鈣離子釋放機制主要是通過作用于M受體,參與G蛋白耦聯,激活磷脂酶C,產生三磷酸肌醇(inositol 1, 4, 5triphosphate,IP3),IP3作用于肌漿網鈣庫上的IP3受體,從而打開鈣庫。而對于胞外鈣離子內流機制則涉及到VDC和ROC兩個通道。有人認為主要通過前者起作用[7, 11],也有人持反對的觀點[12,13],還有人認為小劑量ACh激活VDC,大劑量激活ROC[14]。本實驗結果表明,高濃度痛瀉要方對10-4 mmol/L ACh引起的第二收縮時相具有抑制作用,但對第一收縮時相沒有影響。說明痛瀉要方可以抑制ACh引起的外鈣內流,可能主要是通過阻斷ROC起作用,而不是直接阻斷M受體。
SOC廣泛分布于多種細胞,是內質網或肌漿網內鈣庫耗竭觸發的外鈣內流通道。研究表明,SOC的庫容性鈣離子內流(capacitative Ca2+ entry, CCE)是大鼠遠端結腸平滑肌收縮激活信號鈣離子重要來源之一[8]。另外,SOC具有在去極化時被抑制的特點[9]。因此在KCl和ACh引起外鈣內流機制中可能不涉及SOC。
Thapsigargin是特異性鈣池鈣泵抑制劑,而對質膜上的鈣泵無抑制作用[9]。Thapsigargin作為SOC的激動劑被廣泛應用,它通過抑制Ca2+ATP酶,阻斷細胞內鈣庫對胞漿游離Ca2+的再攝取,使鈣庫內的Ca2+快速釋放到胞漿。在細胞外無Ca2+時順濃度梯度析出到胞外。EGTA是一種Ca2+螯合劑,可以將胞外的Ca2+螯合掉。因此二者合用可以耗竭細胞內的Ca2+,從而使SOC開放[9]。本實驗中發現,痛瀉要方可以濃度依賴地抑制內鈣庫耗竭后胞外Ca2+通過SOC內流引起的收縮,所以推測痛瀉要方可能具有阻斷SOC的作用。
痛瀉要方抑制大鼠結腸平滑肌收縮的作用機制可能是通過阻斷VDC、ROC和SOC,從而抑制胞外Ca2+內流,而不是通過抑制胞內Ca2+的釋放。我們以前曾對謝建群教授治療腹瀉型腸易激綜合征的經驗方——疏肝飲(痛瀉要方加柴胡)作過類似研究,疏肝飲不僅可以抑制胞外Ca2+內流,還可以抑制胞內Ca2+的釋放,而且抑制胞外Ca2+內流的起效濃度比痛瀉要方低[15]。 參考文獻
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篇12
GestIC技術利用由各種導電材料制成的印刷電路板(PCB)走線或觸摸傳感器的銦錫氧化物(ITO)涂層等薄膜傳感電極,實現在設備外殼背后隱形的集成,這有助于以非常低的系統總成本實現具有視覺沖擊的工業設計。此外,該技術還提供了100%的表面覆蓋范圍,消除了其它技術的“視角”盲區。MGC3130的檢測范圍可達15cm,因此對于那些專門為近距離使用并實現直接人機互動而設計的產品而言,是一種理想的技術。憑借其廣泛的可配置智能功能,MGC3130實現了不同行業中人機互動界面設計的技術突破,這在業內絕無僅有。Microchip正與輸入設備和其它產品制造商合作,推出令人振奮的高效用戶輸入控件,應用實例包括充分擁有全新Windows 8操作系統先進界面功能的鍵盤,能夠使用懸停動作和自由空間手勢控制,而不用伸手觸摸屏幕。
MGC3130提供了一個先進的精確而穩健的3D手勢界面和手位置跟蹤解決方案,具體功能包括:
150DPI鼠標般分辨率以及200Hz采樣率,可檢測到極快的手和手指運動;
超低噪聲模擬前端,支持對電極傳感器輸入的高精度解釋;
150μW電流消耗下可配置的接近時自動喚醒功能,有助于功率受限的移動應用始終保持開啟的手勢感應功能;
自動自校準功能,在產品生命周期內保持高精度;
32位數字信號處理功能,可實時處理x/y/z位置數據和Colibri Suite手勢庫;
集成閃存,實現在現場輕松升級已部署的產品;
篇13
1實例概況
某醫院病房大樓潔凈工程處在5層手術部及6層重癥監護室(ICU)。具體情況為,百級、千級潔凈手術室凈化空調系統選擇一拖一形式,一臺潔凈空調循環機組供應一間手術室。萬級潔凈手術室選擇一拖三形式,新風集中預處理。4臺潔凈空調循環機組運用于潔凈走廊、污物走廊、輔助用房等。在重癥監護室、輔助用房之間建立獨立的系統,選擇1臺潔凈空調循環機組,新風自取,空調系統選擇一次回風方式。大樓潔凈工程設計的中央空調系統為獨立運行,選擇4臺風冷熱泵式冷水機組,冷水機組(內置冷凍水泵)集中布置于6層裙房屋面。
2空調控制系統的監控設計
2.1空調循環機組
2.1.1配置構成:空調循環機組結構中要設計多個功能段,包括:風管、送風、表冷、電加熱、電極加濕等,選擇的是二管制。機組把冷熱盤管分布在正壓段,這對冷凝水的排出有促進作用,避免機內積水而造成滋生細菌,防止空調系統出現新的污染。考慮到實現空氣凈化的效果,對循環機組布置初效、中效2級過濾,同時對靜壓箱處布置高效過濾器。
2.1.2 DDC監控:采取空調循環機組監控的最終目的是為了創造良好的運行環境,如:溫度調節、濕度調節、壓差調節、空氣處理等。采取的監控方法包括:(1)狀態監視方面。主要是檢查初效、中效、高效過濾器等元器件的具體狀態,也包括風機變頻器、過濾器等方面的情況。(2)溫度濕度方面。主要是對溫度、濕度進行調節,包括:①送風溫度自動控制。冬季時對熱水閥開度自動調節,維持回風溫度的科學性;夏季對冷水閥開度自動調節,維持回風溫度的科學性。②回風濕度自動控制。按照濕度標準要求對加濕閥有效調整,確保濕度能達到潔凈手術部要求。除濕控制一般包括:自動調節冷水閥開度、冷凍除濕機等。另外,結合溫度的要求應該對電加熱給予調整,通過加熱處理保證濕度滿足設定值要求。(3)壓差調節。對空調循環機組的新風支管需添加相應的裝置,通常都要安裝電動雙位定風量器,以持續把新風傳送到各個循環系統中,確保了新風量及正壓的條件。(4)空氣潔凈度。對空氣潔凈度的控制主要是設計過濾網,通常是利用3級過濾,即:初效、中效、高效等,保證室內空氣滿足標準的潔凈度。(5)風機控制。風機控制箱需添加手動/自動選擇開關,日常運行期間要保持在自動狀態。護士站則根據自動控制系統中的遠程控制對風機起/停進行操作。(6)聯鎖控制。電磁調節閥新風風門、風機起動之間的聯鎖反應。送風機開啟之后,開冷水閥和新風風門,調節冷水閥。風機中斷之后,新回風風門、電動調節閥、電磁閥自動關閉。通過這樣的控制流程來實現空調機組的有效監控。
2.2新風系統
2.2.1配置組成:此次案例工程里提到的手術室新風選擇集中預處理方法,一共布置了2臺新風機組。新風機組的功能段較多,如:風機、均流、中效、亞高效過濾、表冷、抽濕再熱、出風等,也選擇二管制。機組把冷熱盤管布置在正壓段,這對冷凝水的有效排除有促進作用,可避免機內積水造成的滋生細菌,放置空調系統出現二次污染。考慮到這增強系統的凈化空氣效果,對新風處理機組同樣設計了3級過濾,包括:初效、中效、亞高效等級別。另外,機組內配置特定波長的紫外線燈,有助于過濾網及盤管的殺菌處理。
2.2.2DDC監控:新風機組監控涉及到溫度調節、濕度調節、空氣潔凈度處理。新風系統的各類模擬量輸入(AI)、輸出點(AO)與數字量輸入(DI)、輸出點(DO)等,具體分布情況為圖1。
采取新風機組監控能發揮出多方面的作用,但在控制時要嚴格按照標準操作,具體情況為:(1)狀態監視。對初效、中效、亞高效過濾器的具體狀況詳細檢查分析,同時觀察風機變頻器、故障報警、過濾器堵塞等方面的情況。(2)實現溫度、濕度的有效調控。①送風溫度。冬季對熱水閥開度自動調節,維持送風溫度處于標準范圍;夏季對冷水閥開度自動調節,維持送風溫度在標準范圍內。②送風濕度。考慮大醫院建筑內無蒸汽,且該區域冬季濕度偏大,手術室空調凈化系統冬季加濕選擇新風集中加濕后送入各循環機組的方式。要想達到Ⅰ級手術室、ICU的濕度標準,循環機組內要添加相應的電極式加濕器。 (3)空氣潔凈度控制。利用所分布的3級過濾網,保證空氣的潔凈度處于標準范圍。(4)風機控制。風機控制箱一般設計了手動/自動選擇開關,正常情況下都屬于自動狀態。由護士站利用自動控制系統遠程控制對風機起/停進行操控。(5)聯鎖控制。主要是電磁調節閥、新風風門與風機起動聯鎖。在送風機起動狀態下,開冷水閥和新風風門,調節冷水閥;當風機中斷運行后,新回風風門、電動調節閥、電磁閥則會自行關閉。通過新風機組與空調機組之間的相互連接,可以發揮出更好的調節作用,保證空調機組的正常運行。如果院內某一件手術室正在使用,則新風系統便會開啟運行;而當手術部關閉后,新風機組才會隨之中斷工作。
2.3風冷熱泵式冷水機組
此次研究的工程中,建立了一套風冷熱泵式冷水機組系統,由于該系統是獨立運行操控,可以給空調系統輸送必要的冷熱源。從現有的設計方案看,設計冷水機組的監控集中在以下兩種方式:(1)經過RS-232或RS-485/422串口通信,將其和冷水機組構成全部開放式的數據通信。通過凈化自控系統的協助運行下,中央站可隨意收集冷水機組內部數據,最后得到系統具體的參數指標,從而改善了冷凍系統內部的控制性能,減小了機組故障的發生率。(2)干接點的方式。這種方案是在冷水機組的控制箱內傳輸干接點信號,且與控制器的I/O點之間相互連接。
風冷熱泵、冷水機組的具體情況為:(1)冷負荷需求量。計算這一指標時要參照空調供水、回水溫度、供水流量等三方面的具體情況,對建筑空調需要的冷凍負荷量自動計算。(2)冷水機組臺數。控制臺數是要按照建筑所需冷負荷、差壓旁通閥開度等方面的情況自動調整,以保證系統運行后的能耗最小。(3)機組聯鎖控制。實現空調水蝶閥、起動循環水泵和開熱泵機組的開啟,以及停熱泵機組和關閉循環水泵及空調水蝶閥。(4)空調水壓差控制。根據空調供水與回水壓差,自動調節旁通調節閥,維持供水壓差恒定。(5)水泵保護。當開啟水泵之后,水流開關則會對水流的狀態進行檢測,在發生故障之后則會自行中斷系統。(6)機組定時起/停。按照之前安排的工作時間、休息時間,對機組的起/停定時操作。(7)機組參數。主要指的是系統的運行參數,監測系統會完成多個參數的檢測,如:溫度、壓差等,根據參數指標情況判斷系統是否存在故障。(8)水箱補水。對進水電磁閥的開起與關閉進行自動控制,讓膨脹水箱水位處于標準狀態,出現異常情況后可及時報警。
2.4排風機的控制
設計排風系統時都要對結構上添加手動風量調節閥、止回閥。而手術室排風口要添加F8中效過濾器,別的潔凈區排風口帶F5中效過濾器。排風系統具備的相關功能與操控方法:
(1)風機控制。通常控制風機可借助于兩種開關方式,即:手動開關、自動開關。正常工作中的開關位屬于自動狀態,經過護士站利用自動控制系統遠程控制風機的起停。(2)聯鎖保護。這種保護分布的地方較多,如:潔凈手術室、潔凈走廊、污物走廊、重癥監護室等,都屬于機械定風量排風系統。室內排風機中添加了相應的延遲設備,能發揮出瞬間開門、快速調控的效果。 (3)過濾器堵塞報警。通常報警系統動作都是在中效空氣過濾網兩端壓差偏大時,以告知醫院人員盡快清理。
3空調自動控制系統組成
根據現有的空調系統技術看,自動控制系統主要包括集散式控制、分布式現場總線控制等兩大方式,集散式控制系統則是運用最廣泛的。其主要包括:中央管理站、DDC控制器、傳感器、閥門等部分構成,從而實現了多個方面的控制管理效果。
中央控制系統主機分布在手術部的監控室里,DDC控制器則涉及在技術夾層,護士站設置了監控分站。與常規基本配置的空調機組相比,手術部的凈化空調機組工藝系統具有自己的特殊性,其在管理方面相對獨立寫,協調主要服務于手術部內醫護人員。因而必須在手術部單獨建立一個置監控室,這樣才能更好地服務于醫務人員對手術部的凈化空調自動控制系統,保證更加全面、可靠的凈化效果,在遇到異常情況時可對相關參數進行調整。