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行业新闻

[接收头资讯]移动数字电视标准与发展(二)

作者:葛建华 来源:接收头商贸 时间:2013-05-06 11:24:03 次数:

6 地面数字电视发展进展情况

  6.1 美 国  

  在数字电视研究方面,美国是最早提出数字电视广播制式和进行数字电视广播的国家。1996年12月24日美国联邦通信委员会(FCC)已批准了以HDTV为基础的ATSC数字电视标准并决定到2006年停止模拟NTSC电视广播,全部改为数字电视广播。按此计划,美国已于1998年11月1日开始了数字电视地面广播。  

  美国ATSC标准采用了当时单载波传输调制和纠错编码的一系列技术成果,使这一标准具有较高的频谱效率和较高的抗高斯白噪声能力。该标准于1997年被接受为国际电讯联盟(ITU)的第一个数字电视传输国际标准。但该标准抵抗宽带多径衰落(回波反射)和多普勒衰落(移动信道)的能力以及支持移动接收和单频网组网的能力尚待进一步改进提高。  

  为加快市场化进度,2002年8月8日,FCC发布新闻公告:“逐步引入DTV调谐器的计划”即在原数字电视显示器中加装数字调谐器,也就是我们通常所说的数模一体机,将外加数字调谐器的机顶盒放入DTV显示器内。消费者可直接接收DTV信号。FCC还规定了具体时间进度:36"或以上,在2004年7月1日以前为50%,2005年7月1日以前为100%;25"~35",2005年7月1日以前为50%,2006年7月1日以前为100%;25"以下,在2007年7月1日以前100%必须包括DTV调谐器,以此来大力推动DTV市场。美国地面数字电视业务始于1998年11月,至今已有134个城市,438个发射台开播DTV广播,覆盖比例达88%,累计销售300万台数字电视显示器,其中48万台带数字调谐器接收头。今年以来美国数字电视更呈现出比较强劲的增长势头。

  6.2 欧 洲  

  欧洲采用以编码正交频分复用COFDM为核心技术的地面数字电视广播传输标准DVB-T。该标准抵抗宽带多经衰落和多普勒衰落的能力较强,并具有支持移动接收和单频网应用的能力。该标准于1998年被接受为ITU的第二个数字电视传输国际标准。  

  其技术核心是频域连续周期和离散带内导频技术,用于时钟恢复、信道估计和相位噪声估计等。由于导频信号需要较高的能量,并占用频谱资源,使其白噪声接收灵敏度和频谱利用率降低。OFDM技术本身也存在峰均功率比高和对相位噪声相对敏感等问题。  

  在欧洲,1998年10月第一个数字地面广播BBC的OnDigital在英国开播,到2000年底,欧洲的地面数字电视家庭用户已达120万。英国贸易工业部已拟出草案,规定2010年为模拟电视信号转换为数字信号传输的最后期限。至2001年底,英国数字电视用户为126万,预计到2004年底,英国的地面数字电视用户可达430万;意大利正在制定关于如何进行地面数字电视试验的规则,并确定到2006年12月31日结束模拟信号传输。在开展地面数字电视固定接收业务的同时,一些国家也开始了使用DVB-T进行单频网和移动接收的试验和播出。西班牙从2000年开始进行全国范围内的单频网建设和试验,德国则进行着高速移动接收试验。  

  欧洲在确定DVB-T标准之后,先后分别设置了MOTIVATE、MCP和DRIVE等项目专门研究其该标准在移动接收方面的实际应用技术。最近为了克服DVB-T尚存在的技术不足,又在进行DVB-X技术标准的研究,以期在DVB-T标准基础上,解决大单频网条件下的小型手持信息终端的稳定接收问题。可见欧洲一直在持续研究解决数字电视的移动接收技术和容纳各种业务的实际应用问题。

  6.3 日 本  

  为保护本国电视工业和相关产业的重大利益,日本于1996年开始启动自主的数字电视传输标准研发项目。通过研究比较,日本决定以OFDM多载波技术为基本技术路线,在欧洲COFDM技术的基础上,增加具有自主知识产权的分段OFDM技术,可使每段频谱传输不同的应用,以面向室内外固定接收HDTV和移动接收SDTV并支持单频网为基本技术需求。还可以面向扩展的多媒体分层传输服务。1998年日本将这一称为BTS-OFDM的技术体制定为日本地面数字电视广播传输标准ISDB-T。经过艰苦的努力,该标准于2001年被正式接受为ITU的第3个数字电视传输国际标准。 


  在技术上,ISDB-T增加了交织的深度,使其抗脉冲干扰能力优于欧洲DVB-T标准。其在频带内所分的13个子频段可以同时提供不同级别的服务和应用。而其他指标则与DVB-T类似。频域分段可以为不同业务应用提供不同成本的专用接收机,但较深的交织不利于实时交互和移动应用。  

  地面数字广播计划于2003年在东京、大阪开播。2006年全境开播。主要业务是HDTV,计划2011年停止模拟广播。日本尽管起步较晚,但凭借着经济基础和多年HDTV生产经验,加上先进的DTV技术和工艺,目前在HDTV演播室设备、高密度记录及HDTV显示器件等产品化技术方面堪称世界一流。因此日本仍是HDTV技术、设备和产品的出口大国。

  6.4 其他国家和地区  

  目前国际上共有3个数字电视地面传输标准,这3个标准各有千秋。目前,较多的国家采用了欧洲DVBT标准。由于数字电视产业是未来几十年的热点产业,市场前景非常广阔,各国都非常重视由标准带动的产业化进程。值得指出的是,国际上对于中国正在加紧制定自己的地面传输标准体制的情况极为关注,有的国家积极表示愿与我国合作。巴西、香港、墨西哥和阿根廷等国家和地区都在密切注视着各个标准的发展和实用性进程,以便为本国和本地区选择最有利的标准体制。

6.5 我 国  

  为了适应我国广播电视数字化发展的需求,保护我国相关电视产业的利益,更有效地利用有限的无线频谱资源,我国政府有关部门自20世纪90年代初以来,组织开展了地面数字电视传输体制和标准的研究开发工作,相继攻克了多项关键技术,形成了一批相关的自主专利技术。  

  我国于1999年成功自行开发研制出不同制式的HDTV试验播放系统,并承担了国庆五十周年庆典中进行高清晰度电视的转播试验,取得了成功。  

  “十五”以来,国家设立数字电视产业化重大专项,将技术标准作为其中的核心内容,并成立了由国家计委牵头、国家经贸委、科技部、信息产业部、广播电视总局、质检总局共同组成的领导机构,统一领导协调有关工作。在传输标准方面,先后有6个院校和研究机构分别提出和开发出了5套地面数字电视传输体制和系统方案。  

  国家标准化管理委员会委托全国广播电视标准化技术委员会于2001年10月~2002年4月组织了对5个方案及相应试验样机的摸底测试。  

  国家知识产权局于2002年8~9月对上述5个方案的40多项专利进行了认真深入的知识产权评估。  

  这次阶段性评估说明我国经过进一步的技术积累和提炼,完全有可能形成标准方案中的核心技术专利集。  

  中国工程院于2003年2~6月对上述5个方案中的DMB-T方案和ADTB-T方案进行了测试和评估。  

  总之,在数字电视传输技术标准研发方面,我们虽然起步较晚,但经过多年努力,已经有了较好的基础,建成了比较齐全先进的测试平台、特别是有了一支高水平的研发队伍,并且已经站在了国际数字电视技术发展的前沿。  

  2000年国家计委宣部在北京、上海和深圳3个城市进行DTTB试验。作为3个DTTB试验城市之一的上海,通过3年来的试验工作,积累了大量经验。2002年9月,首先在国内开展DTTB的商业化运作。上海东方明珠股份有限公司、上海文广集团、上海文广新闻传媒集团、上海电视台、上海广播科研所共同发起组成上海东方明珠移动多媒体有限公司,注册资金5 000万元,进行上海DTTB的开发运作。  

  上海DTTB系统采用的是欧洲的DVB-T标准, 以明珠塔为中心发射台(2.5 kW,实际使用1.8 kW),东、西、南3个方向建立3个功率分别为500 W、1 000 W、1 000 W的发射台,组成一个单频网(SFN),播出一套标清数字电视节目。覆盖的范围为上海市区90%及以明珠塔为中心、半径为40~50 km的郊区空旷地区,在车速为180km情况下,通过DVB-T的机顶盒能够稳定移动接收。主发射站采用进口发射机,基站采用国产发射机,机顶盒主要使用新加坡和台湾的产品。  

  公司内部由节目部、广告中心、技术部、行政部、财务部5个部门组成。公司向移动载体(公交车等)提供2台15"液晶电视机和1台DVB-T机顶盒,并向其支付租金,由播出平台播出一批短小精悍的新闻、综艺、娱乐、生活信息、教育(主要栏目有:重大新闻、今日气象、好运挡不住、今日看点、娱乐新闻网、购物街、交通信息速递、今日菜市、财富快车道、惊奇搞笑、热点话题、歌为我狂、移动英语一百句、上海新家、新上海新知识、有空哪里去、小食神、流行秀)等极具吸引力的栏目,提高收视率。目前仅通过插播广告产生效益。截止到目前,已有近1 600辆公交车上配备了移动接收的终端设备。据悉,自公司成立以来,已盈利1 000多万元。  

  除上海外,广东省的数字电视地面广播(DTTB)已经进入试验阶段;还有湖南、福建、天津、江西、武汉等地的DTTB项目也已经进入考察阶段,很快会启动。

  7 地面数字电视传输系统标准  

  目前全球共有3套国际地面传输系统标准,美国1996年高级电视系统委员会(ATSC)研发的格形编码八电平残留边带(8-VSB)即:ATSC8-VSB;欧洲1997年提出的数字视频地面广播(DVB-T)采用编码正交频分复用(COFDM)即:DVB-TCOFDM;日本1999年提出的地面综合业务数字广播(ISDB-T)采用正交频分复用(OFDM)即:ISDB-TOFDM。  

  (1)美国ATSC8-VSB系统  

  ATSC采用的是8电平残留边带调制方式,是有导频的单载波调制,是现有成熟AM调制技术的发展。  

  他能够可靠地在6 MHz内用8VSB调制传输19.36 Mb/s的数据。  

  8-VSB系统加入了0.3dB的导频信号,用于辅助载波恢复;并加入了段同步信号,用于8-VSB系统同步。  

  系统具备噪声门限低(理论值≈14.9 dB)。  

  抗多径和干扰依赖于复杂的自适应均衡器,但对回波时延变化很敏感。系统提供固定的接收,不支持移动。  

  (2)欧洲DVB-TCOFDM系统  

  欧洲DVB-T系统采用COFDM调制方式,把传 输比特分割到数千计的低比特率副载波上,用1 705个载波(2 k)或6 817个载波(8 k)模式。2 k模式用于普通网,8 k模式用于大小单频网(SFN)。  

  欧洲系统中放置了大量的导频信号,穿插于数据之中,并以高于数据3 dB的功率发送。这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计。由于导频信号数量多且散布在数据中,能够较为及时地估计信道特性的变化。为进一步降低多径造成的码间干扰,欧洲系统又使用了“保护间隔”技术,由此抵御多径的影响。可以认为,大量导频信号插入和保护间隔技术是欧洲系统的技术核心,正是这两项技术使欧洲系统能够在抗强多径和动态多径及移动接收的实测性能方面优于美国ATSC8-VSB系统。  

  另外,欧洲系统还对保护间隔长度和调制星座等参数进行组合,形成了多种传输模式供使用者选择。  

  欧洲方案的综合频带利用率比美国的VSB方案低。因此,以系统传输容量为代价来换取系统的抗多径性能。  

  欧洲系统在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足。虽然系统是为8 MHz频道开发的,但能用于任何频道带宽(6,7,8 MHz)。8 MHz信道内传输的有效净比特码率在4.98~31.67 Mb/s范围内,取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。  

  (3)日本ISDB-TOFDM系统  

  日本提出的“综合业务数学广播”ISDB-T系统使用的编码调制方式与DVB-T基本相同,可以说是 经修改的欧洲方式,不同之处在于接收方面增加了部分接收和分层传输,将整个6 MHz频带划分为13个子带,每个子带432 kHz,将中间一个用于传输音频信号,并大大加长了交织深度(最长达0.5 s),增加交织深度将引入长达几百ms的延迟影响频道转换和双向业务。为了综合不同的业务需求,系统提供了可选择的调制和误码保护方案,以便面对综合业务的需求。  

  在一个地面频道中有13个OFDM频谱段,有用的带宽是13×BW/14 MHz(对于6 MHz频道是5.57 MHz,7 MHz频道是6.50 MHz,8 MHz地面频道是7.43 MHz)。每段的带宽为BW/14 MHz,这里BW指的是地面电视信道带宽(6,7或8 MHz,依赖于所处地区)。例如,对于6 MHz信道,每段占据6/14 MHz=428.6 kHz频谱,7段等于6×7/14 MHz=3 MHz。  

  根据分层和窄带接收同时实现固定、移动和便携接收,是日本制式的特点。

  8 COFDM传输系统  

  数字电视地面广播COFDM传输系统框图如图3所示。


  在发送端首先根据高低优先级,分裂器将复用器输出的码流分为2个独立的MPEG传输流,然后通过各自的扰码器、RS编码器、外交积器、卷积编码器和比特交积器完成信道编码,再通过映射器将编码后的码流映射到信号的星座上,最后再经过频域交织、OFDM频谱形成、IFFT、保护间隔插入完成正交频分复用。  

  为了保证简单的接收机接收到分层发射的信号,分层仅限于信道编码和调制,不使用分层源编码,因此不同的节目可用具有不同抗扰度的各自码流发射。无论在哪种情况下,接收机仅需一组互逆的单元: 内解交织器、内解码器、外解交织器、外解码器、解扰器。惟一对接收机的附加要求是其调制器的逆映射器具有从发端映射码流中选择产生某一码流的能力。  

  在接收端,从天线接收下来的数据经高频头,变成中频模拟信号,放大后,经过A/D转换成数字信号。其中A/D采样钟受晶振VCXO控制,采样钟偏移由采样钟同步部分估计得到。A/D转换后的数据一路做AGC检测去控制高频头的输出,一路经R/C变换成FFT所需要的复信号(数据实虚部)。Timing sync.部分估计得到时域符号同步位置并且粗略估计出由于收发频率不一致而引起的频偏,再分别送到FFT单元和Freq.shift单元去定出FFT窗口位置和校正带有频偏的数据。数据流经过数字频偏校正后,在FFT单元做OFDM解调。  

  解调后的频域信号由Freq.Sync.模块和TPS译码模块分别得到频域载波同步头和帧同步头位置,同时采样钟同步模块估计得到由于FFT窗位置估计偏差及A/D采样钟偏差带来的相位偏转值,在相位校正块进行校正。校正后的数据经过信道估计和均衡处理,消除掉信道多径的影响,然后经过维特比量度、量化,进入和发端编码相逆的解码过程:解内交织、维特比译码、RS码同步、解卷积交织、RS解码、解扰,最后得到TS码流。 (未完待续)