淺析數(shù)字電視地面廣播技術及其應用

1、淺析數(shù)字電視地面廣播技術及其應用                 2004年度河南省廣播電視優(yōu)秀科技論文（）一等獎        內(nèi)容提要 ：本文介紹了數(shù)字電視地面廣播（ DTTB ）技術在車載移動電視和便攜式移動終端的最新應用情況，對 DVB-T 及最新的 DVB-H 標準進行介紹，并探討了數(shù)字電視地面廣播的發(fā)展方向及前景。 關 鍵 詞 ：數(shù)字電視地面廣播

2、 (DTTB) 、移動電視、 DVB-T 、 DVB-H         數(shù)字電視正在用活生生的事實，將諸多的不可能變成可能，并最終將讓所有的人都理解數(shù)字電視的真實。 數(shù)字電視不僅僅是一種新發(fā)明，不僅僅創(chuàng)造了一個新市場、提供了一種新工具，而且還會對傳統(tǒng)的各個領域產(chǎn)生沖擊。也就是說，數(shù)字電視不僅僅是你是否使用的問題，而是它將改變?nèi)撕推髽I(yè)的命運。 今 天，數(shù)字電視正逐步成為現(xiàn)實，這一進程必將是可視用戶終端的革命。這次革命性的躍進，不僅刷新電視媒介的概念，更將極大地改變我們的生活方式。 數(shù)字電視時代，電視本身也是數(shù)據(jù)的一

3、種。數(shù)字電視地面廣播（DTTB）的應用將會帶動除電視以外的其他業(yè)務，首先數(shù)字電視出現(xiàn)在移動交通工具上， 隨著移動電視的面世，傳統(tǒng)的電視覆蓋理論被打破了！電視將無所不在！ 中國數(shù)字電視地面廣播（ DTTB）已經(jīng)進入了實施階段，同時開創(chuàng) 了傳統(tǒng)無線電視的一種全新應用：移動接收。 隨著該業(yè)務被大眾接受，又逐步擴大到移動載體。隨著電池容量和視頻壓縮技術的發(fā)展，從車載發(fā)展到個人手持終端。隨著終端產(chǎn)品的發(fā)展，其他業(yè)務又將得到發(fā)展。數(shù)字電視地面廣播（ DTTB ）技術在更大程度上給傳統(tǒng)的收看電視方式帶來新的變化，孕育著創(chuàng)造一個新的移動電視市場的機遇，其應用前景將更加深遠。    

4、;     一.數(shù)字電視地面廣播 （ DTTB ： Digital Television Terrestrial Broadcasting  ）         在現(xiàn)代通信中，通信傳輸手段主要是光纖、衛(wèi)星、數(shù)字微波等，加上地面無線電廣播電視發(fā)射構成信息傳輸主體。 目前在我國數(shù)字電視按信號傳輸方式可以分為地面無線傳輸數(shù)字電視（地面數(shù)字電視）、衛(wèi)星傳輸數(shù)字電視（衛(wèi)星數(shù)字電視）、有線傳輸數(shù)字電視（有線數(shù)字電視）三類。而移動電視是數(shù)字電視地面廣

5、播的重要應用。 數(shù)字電視地面廣播 在應用需求上要求實現(xiàn)移動和便攜接收的功能  ，使整個技術系統(tǒng)的要求最高。它具備無線數(shù)字系統(tǒng)所共有的優(yōu)點；較之衛(wèi)星接收，有實現(xiàn)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(zhàn)爭等因素造成的斷網(wǎng)影響； 數(shù)字電視地面廣播通過電視臺制高點天線發(fā)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(jié)目，主要的受眾也是針對本地區(qū)的。 完善的數(shù)字電視地面廣播（ DTTB）系統(tǒng)所具備的蜂窩單頻網(wǎng)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(yōu)勢使該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代信息社會“信息到人”的要求，也就是無論何人何時在

6、何地均能任意獲取他想得到的信息。         所謂移動電視就是通過無線數(shù)字信號發(fā)射、地面數(shù)字設備接收的方法進行電視節(jié)目的播放和接收。在數(shù)字電視技術的支持下，交通工具在時速 120 公里以下的移動狀態(tài)中，能夠穩(wěn)定、清晰地接收到電視節(jié)目 , 主要針對公交、地鐵、出租等交通工具上的移動人流 。這種 在數(shù)字技術支持下，人們在運動狀態(tài)中可以收看電視節(jié)目的方式被稱為 " 移動電視 " ，下圖就是出現(xiàn)在汽車中的移動電視。學術界、傳媒界已經(jīng)開始將 “ 移動電視（移動多媒體） ” 稱為區(qū)別于傳統(tǒng)媒體和網(wǎng)絡媒體

7、的 “ 第五大媒體 ” 。             DVB-T 由于采用 OFDM 調(diào)制系統(tǒng)，它首先是將高碼率的串行數(shù)據(jù)流變成 N 個低碼率的并行數(shù)據(jù)流，并對 N 個彼此互不影響（正交）的載波分別進行調(diào)制符號碼率的降低，實際上是符號周期的增大，使動態(tài)多徑和多普勒頻移造成的碼間干擾減小，加上保護間隔的設置，減少了多徑對多載波正交特性的影響，使碼間干擾進一步減小，從而能很好的支持移動接收。   我國現(xiàn)在正在研究適合自己的數(shù)字電視地面廣播的標準， 期望在搭建數(shù)字電視中有更

8、大的自主權。 地面數(shù)字電視傳輸標準作為一個基礎標準， 涉及的是一個無線系統(tǒng)， 我國明確提出必須滿足數(shù)字電視廣播傳輸系統(tǒng)應用和產(chǎn)業(yè)兩個方面的基本需求，并為今后實現(xiàn)擴展功能做好必要的準備。 我國 DTTB 的制定原則是： 1) 傳輸信息量要大，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(nèi)環(huán)境下可接收； 3) 與現(xiàn)有模擬廣播電視頻道兼容，并有利于頻道規(guī)劃和模擬向數(shù)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電視廣播，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(lián)網(wǎng)的交互數(shù)據(jù)綜合業(yè)務，支持廣播網(wǎng)絡化的發(fā)展需要。整體性能指標應優(yōu)于或相當于相應

9、的國外現(xiàn)有標準的性能。目前已提交了 5 套 DTTB 傳輸方案，有關部門對 5 套標準進行了比較和測試， 4 月 11 日測試結果已有定論：  “ 清華方案 ” 、  “DVB-T” 、 “ 總體組方案 ” 依次是測試和接收效果的優(yōu)劣順序。據(jù)悉國家有意考慮以清華大學提交的方案為主融合其他方案之長，形成我國的 DTTB 標準。 清華的地面數(shù)字多媒體 /電視廣播傳輸標準（DMB-T）方案采用自主原創(chuàng)的時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）技術。與國際現(xiàn)有的數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴时容^，具有多項鮮明的應用特點、較好的整體性能。其采用以下幾項主要技術：（1）時域同步的正交多載波技術。

10、（2）保護間隔的PN填充技術。（3）快速信道估計技術。（4）前向糾錯編碼與相位映射相結合的糾錯技術。（5）與絕對時間同步的幀結構。（6）系統(tǒng)信息傳送。                     2、手機電視         電視是最大的媒體，是手機中缺少的最后一個內(nèi)容，數(shù)字移動通信系統(tǒng)的高速發(fā)展提高了人們生活空間的移動性

11、，在這個移動世界中 公眾也非?？释岆娨曔M入手機，這樣無論身處何地都可以看到自己喜歡的電視節(jié)目 如：喜劇、電子報紙、旅游指南、商務電視、游戲、音樂、體育、購物、新聞服務、電子學習、媒體點播和互動式選擇等。從而可以為陷入利潤危機的電視業(yè)帶來新的收入。這 不僅將取悅移動運營商，對于設備制造商和廣播業(yè)者來說，它將使電視變成壽命更長、重量更輕的手持產(chǎn)品。         數(shù)字電視地面廣播與移動通信的結合將給人們帶來更多新的、引人入勝的業(yè)務，它不僅擴展了電視廣播內(nèi)容的種類，而且支持內(nèi)容的移動接收，這種結合最新的體現(xiàn)就是歐洲

12、DVB-T 標準的出現(xiàn)。 對采用移動 網(wǎng)絡 (手機)和地面廣播(電視機)兩種接收電視節(jié)目方。        DVB-H （Digital Video Broadcasting Handheld）標準被認為是DVB-T標準的擴展應用，但是和DVB-T相比，DVB-H終端具有更低的功耗，移動接收和抗干擾性能更為優(yōu)越，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數(shù)字電視地面廣播網(wǎng)絡接收信號。如圖4所示，DVB-H標準就是依托目前DVB-T傳輸系統(tǒng)，通過增加一定的附加功能和改進技術使手機等便攜設備能夠穩(wěn)定的接收廣

13、播電視信號。         雖然 DVB-T已經(jīng)被證明在固定、移動、便攜接收等方面具有非常出眾的性能，但如果DVB-T用于手機接收地面DTV信號有三個主要問題：“功耗、性能(特別是在沖動干擾區(qū)的性能)及移動網(wǎng)絡設計的靈活性。DVBH項目組給DVB-T增加了一些選項，使廣播業(yè)者能繼續(xù)利用它作為DVB-H的基礎同時支持手持接收所要求的眾多關鍵特點。            DVB-H的關鍵新技術  &

14、#160;      （ 1）時間片技術         DVB-H終端采用電池進行供電，由于手機體積小、屏幕小、內(nèi)置天線，而且由電池供電，所以 電池的使用時間是觀看電視主要要解決的問題之一， 因此要求射頻接收和信道解調(diào)、解碼部分的功耗小于 100mW。DVB-H采用最新的時間分片技術，基于時分復用技術，它不但能夠有效降低手持終端的平均功耗，并且還是不同網(wǎng)絡間實現(xiàn)平穩(wěn)、無縫業(yè)務交換的基礎。時間分片技術采用突發(fā)方式傳送數(shù)據(jù)，每個突發(fā)時間片傳送一個業(yè)務，在業(yè)務

15、傳送時間片內(nèi)該業(yè)務將單獨占有全部數(shù)據(jù)帶寬，并指出下一個相同業(yè)務時間片產(chǎn)生的時刻，這樣手持終端能夠在指定的時刻接收選定的業(yè)務，在業(yè)務空閑時間做節(jié)能處理，接收機就可以斷電，從而降低總的平均 功耗。如圖 5 所示，在業(yè)務空閑時間前端發(fā)射機是一直工作的，在相同業(yè)務的兩個時間片之間將會傳送其他業(yè)務數(shù)據(jù)， DVB-H 信號就是由這樣許多的時間片組成的。從接收機的角度而言，接收到的業(yè)務數(shù)據(jù)并非是如傳統(tǒng)恒定速率的連續(xù)輸入方式，數(shù)據(jù)以離散的方式間隔到達，因此稱之為突發(fā)傳送，如果解碼終端要求數(shù)據(jù)速率較低但必須是恒定碼率，接收機可以對接收到的突發(fā)數(shù)據(jù)首先進行緩沖，然后生成速率不變的數(shù)據(jù)流。   

16、      (2)MPE-FEC         由于蜂窩環(huán)境下的信道狀況多變，因此 DVB-T要在以下3個方面進行改進：移動信道的C/N、多普勒效應和抗脈沖干擾能力。         DVB-H 標準在數(shù)據(jù)鏈路層為 IP 數(shù)據(jù)報增加了 RS （ Reed-Solomon ）糾錯編碼， 用于提高系統(tǒng)的移動和抗脈沖干擾能力， 作為 MPE 的前向糾錯編碼，校驗信息將在指定的 FE

17、C 段中傳送，我們稱之為 MPE-FEC 。實驗證明即使在非常糟糕的接收環(huán)境中，適當?shù)氖褂?MPE-FEC 仍可以準確無誤恢復出 IP 數(shù)據(jù)。例如在高速、單一天線的情況下，采用 MPE-FEC 的手持終端能夠在 DVB-T 環(huán)境下接收 8K/16-QAM 甚至是 8K/64-QAM 信號。 (3)4K模式         網(wǎng)絡設計應充分考慮移動特性，由于 DVB-H終端在網(wǎng)絡內(nèi)移動時接收天線小巧且單一，因此對于大、中型單頻網(wǎng)要有優(yōu)化設計考慮。 DVB-H 標準在 DVB-T 原有的 2K （ 2048 ）和 8K

18、（ 8192 ）模式下增加了 4K （ 4096 ）模式，通過協(xié)調(diào)移動接收性能和單頻網(wǎng)規(guī)模進一步提高網(wǎng)絡設計的靈活性。在 DVB-T 系統(tǒng)中， 2K 模式比 8K 模式提供更好的移動接收性能，但是 2K 模式的符號周期和保護間隔非常短，使得 2K 模式僅僅適用于小型單頻網(wǎng)。新增加的 4K 模式符號具有較長的周期和保護間隔，能夠建造中型單頻網(wǎng)，更好地進行網(wǎng)絡優(yōu)化，提高頻譜效率，雖然這種優(yōu)化不如 8K 模式的效率高，但是 4K 模式比 8K 模式的符號周期短，能夠更頻繁的進行信道估計，提供一個比 8K 更好的移動性能?？傊?4K 模式的性能介于 2K 和 8K 之間，為覆蓋范圍、頻譜效率和移動接

19、收性能的權衡提供了一個額外的選項。         (4)DVB-H TPS         DVB-H TPS為DVB-H設計專用的傳輸參數(shù)信令， 使接收機能更快地發(fā)現(xiàn) DVB-H 業(yè)務，即使在低 C/N 地條件下，解調(diào)器仍能快速將其鎖定。 用于提高系統(tǒng)同步和業(yè)務訪問速度。         二、數(shù)字電視地面廣播（ DTTB）技術的應用前景     自上海宣布開展移動電視試驗后，得到了國家有關部門的支持，幾個月的運行已經(jīng)初見成效，很多城市紛紛到上海來參觀并躍躍欲試。 現(xiàn)在除了已經(jīng)在陸上公交系統(tǒng)中試用移動接收，在水路運輸中也在試行移動收看，為往來的行人及時提供時政新聞和市