ADTBT關(guān)鍵技術(shù)特點

【流媒體網(wǎng)】摘要:中華人民共和國國標化委員會于8月頒布了數(shù)字電視地面原則“《數(shù)字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)幀構(gòu)造、信道編碼和調(diào)制技術(shù)規(guī)范》”。該原則重要技術(shù)基本之一就是上海交通大學近年積累ADTB-T技術(shù)。本文針對國內(nèi)數(shù)字電視地面廣播需求，闡述了ADTB-T技術(shù)特點，指出了ADTB-T技術(shù)詳細內(nèi)容。本文進一步以國標ADTB-T技術(shù)某些測試成果，推廣應(yīng)用狀況輔證了國標ADTB-T技術(shù)優(yōu)勢。一、數(shù)字電視地面廣播需求1.1地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求

地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)是廣播電視體系中重要構(gòu)成某些，它與衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)和有線數(shù)字電視廣播系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)一起互相協(xié)同提供全面受眾覆蓋。當前，國內(nèi)有約2/3顧客通過模仿無線方式接受電視號。全國共有3.5億戶家庭，其中有線接受為1.26億戶，無線接受超過2億戶，她們大多分布在城郊和農(nóng)村，這些顧客迫切需要更多更穩(wěn)定電視節(jié)目。制定數(shù)字電視地面原則重要目是為廣大無線接受顧客提供可靠數(shù)字電視接受方案和規(guī)范。國家關(guān)于主管部門也充分看到了以上國內(nèi)電視廣播體系特點，從

她們多次公開發(fā)言中可以預(yù)見，當來年8月后，該原則正式執(zhí)行后，地面固定覆蓋仍是主流業(yè)務(wù)，解決廣大中西部顧客看電視難將是首要解決問題，原則應(yīng)用將重要集中于地面固定覆蓋上。另一方面，原則新技術(shù)將催生新媒體，車載、樓宇、便攜商業(yè)模式逐漸形成，而手機電視原則將會另行制定。

此外，在自然災(zāi)害、戰(zhàn)爭等狀況下，較之有線電視和衛(wèi)星電視而言，地面電視是最有效具備迅速恢復(fù)廣播電視覆蓋能力傳播系統(tǒng)。1.2地面數(shù)字電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定

數(shù)字電視地面廣播原則研究開發(fā)和制定，一方面需要最大限度滿足國內(nèi)數(shù)字電視地面廣播業(yè)務(wù)需求。針對國內(nèi)地面數(shù)字電視業(yè)務(wù)需求，對于地面數(shù)字電視系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定總結(jié)如下：覆蓋范疇規(guī)定

廣電總局提出數(shù)字電視地面廣播各項業(yè)務(wù)需求中，對覆蓋范疇規(guī)定是最主線。在數(shù)字電視時代，鑒別覆蓋范疇能力根據(jù)應(yīng)當是：運用既有模仿發(fā)射點，以盡量小功率發(fā)射來有效覆蓋所有區(qū)域。影響覆蓋范疇因素重要有如下兩點。

第一，接受系統(tǒng)敏捷度指標是決定覆蓋范疇能力基本指標。越小敏捷度規(guī)定意味著越小發(fā)射功率可以有效地覆蓋相似面積。

第二，發(fā)射信號峰均比指標將決定對發(fā)射機峰值功率規(guī)定。該指標是實現(xiàn)上述用較小功率數(shù)字信號發(fā)射來簡樸替代原有模仿覆蓋重要因素，也是用同等發(fā)射功率來有效擴大覆蓋有利因素。值得注意是，發(fā)射信號峰均比對于低成本進行模仿電視向數(shù)字電視過渡也是很重要。低峰均比指標意味著對發(fā)射機線性度規(guī)定低，可以直接啟用模仿發(fā)射機。

在以上2個指標得到保證前提下，才可以通過多頻網(wǎng)、局部單頻網(wǎng)、同頻轉(zhuǎn)發(fā)補點等手段完畢全國有效覆蓋?？剐诺浪ヂ淠芰?/p>

在惡劣（頻率選取性衰落）、動態(tài)（時變）信道狀況下，數(shù)字電視接受系統(tǒng)敏捷度指標會有一定惡化，甚至引起接受無條件失敗。特別在單頻網(wǎng)環(huán)境中，將增長惡劣多徑也許性。在實驗室中，普通以抗0dB多徑能力來檢查接受機抗惡劣信道能力；在瑞利信道下，以可承受最大多普勒速度來評判接受系統(tǒng)動態(tài)能力。頻率規(guī)劃規(guī)定

在模仿電視向數(shù)字電視過渡時期中，數(shù)字電視頻譜資源將會更緊張，只有有效啟用鄰頻發(fā)射才干有效地提高全網(wǎng)頻譜運用率。此時，接受系統(tǒng)將受到模仿同/鄰頻干擾、數(shù)字同/鄰頻干擾。雖然在全數(shù)字電視時期，如果可以支持鄰頻工作，將進一步提高頻譜運用率，簡化頻率規(guī)劃過程。

抗模仿同/鄰頻干擾能力、抗數(shù)字同/鄰頻干擾能力高低將決定頻譜規(guī)劃有效性，以及能否提高頻譜運用率。二、ADTB-T技術(shù)本質(zhì)

上海交通大學等單位提出并研制成功高檔數(shù)字電視地面廣播傳播技術(shù)ADTB-T，是針對國內(nèi)數(shù)字電視地面廣播實際業(yè)務(wù)需求及技術(shù)規(guī)定，發(fā)展一套支持大容量、高速度、單載波移動和固定接受以及單頻組網(wǎng)新技術(shù)。該技術(shù)在承辦單載波系統(tǒng)覆蓋范疇性能好、抗同鄰頻干擾能力強基本上，進一步解決了抗惡劣、動態(tài)信道干擾，以及單頻組網(wǎng)國際性難題，具備廣泛應(yīng)用前景。ADTB-T已經(jīng)成為8月頒布國標《數(shù)字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)幀構(gòu)造、信道編碼和調(diào)制技術(shù)規(guī)范》重要技術(shù)基本之一。

ADTB-T系列技術(shù)重要涉及如下某些：2.1單載波調(diào)制

所謂單載波調(diào)制技術(shù)，是將需要傳播數(shù)據(jù)流調(diào)制到單個載波上進行傳送，當前應(yīng)用最為廣泛是QAM，OQAM，PSK等星座映射方式。單從調(diào)制技術(shù)自身來看，具備信號峰均比低；接受敏捷度號；對載波偏差、相位噪聲不敏感；實現(xiàn)簡樸等長處。但老式單載波技術(shù)對付信道衰落能力較差。在國標中，單載波調(diào)制方式已經(jīng)成為“幀體數(shù)據(jù)解決”模式中一種，在國標所有支持模式中，超過一半均為單載波調(diào)制。必要指出，單純調(diào)制技術(shù)是無法滿足數(shù)據(jù)可靠傳播需要，還需要數(shù)據(jù)構(gòu)造、信道編解碼方案、同步與均衡算法支持來保持單載波自身優(yōu)勢，進一步提高對付信道衰落能力。2.2簡潔有效數(shù)據(jù)構(gòu)造

數(shù)據(jù)構(gòu)造簡潔有助于接受系統(tǒng)低成本實現(xiàn)，有助于迅速同步與均衡。一種簡潔數(shù)據(jù)構(gòu)造基本單元至少涉及3某些：確知信息、系統(tǒng)信息以及編碼數(shù)據(jù)。ADTB-T技術(shù)一大特點就是數(shù)據(jù)構(gòu)造以“幀”為基本單元，涉及幀頭（確知信息）、加強保護系統(tǒng)信息、經(jīng)高效編碼保護數(shù)據(jù)信息。

幀頭應(yīng)當選取具備偽隨機特性序列（PN），插入周期應(yīng)當在500微秒到1毫秒之間，

序列長度應(yīng)不不大于判決反饋均衡器級數(shù)，這樣既保證了傳播效率，又可以提高抗信道動態(tài)衰

落能力。

在國標中，滿足以上幀頭規(guī)定幀格式如圖1：2.2.1幀頭格式

國標中明確規(guī)定了“幀頭模式2采用10階最大長度偽隨機二進制序列截短而成，幀頭信號長度為595個符號，是長度為1023m序列前595個碼片。幀頭信號平均功率與幀體信號平均功率相似?！庇捎诰馄鞒轭^最佳維納解是：

其中R是均衡輸入有關(guān)矩陣，pr是均衡輸入數(shù)據(jù)與盼望恢復(fù)值之間有關(guān)矢量。只有采用非循環(huán)簡潔偽隨機二進制序列作為幀頭，才干保證在幀頭階段（均衡器抽頭收斂最佳時期），信道輸入R是對角陣，這有助于信道均衡迅速收斂到最佳解。

幀頭功率與幀體信號平均功率相似保證了單載波信號低峰均比特性。2.2.2系統(tǒng)信息

國標中采用ADTB-T技術(shù)中walsh正交序列聯(lián)合擴頻序列方式來保護傳播中系統(tǒng)信息，使得系統(tǒng)信息在多徑時變信道時有很強抗衰落特性。通過該方式保護系統(tǒng)信息具備很強魯棒性，這對于將來多模式混合新業(yè)務(wù)浮現(xiàn)時，需要在不同幀傳播不同模式，有很大意義。2.3高效信道編碼方案與低階星座映射結(jié)合

近年來，隨著信道編譯碼技術(shù)飛速發(fā)展，基于軟輸入多次迭代信道編碼方案不斷浮現(xiàn)，其代表是Turbo乘積（TPC）編碼與低密度校驗（LDPC）編碼。這2類碼均有一種特性：越是高效率編碼，其性能越容易接近香農(nóng)限。而對于單載波調(diào)制，在均衡輸出盼望已經(jīng)消除信道頻率選取性衰落影響，輸出數(shù)據(jù)是“白”，更容易體現(xiàn)高效TPC與LDPC性能。另一方面，低階星座映射可以提供更大歐氏距離，這對于均衡收斂帶來很大好處。因此，高效信道編碼方案與低階星座映射結(jié)合既保證了頻譜效率又提高了抗信道衰落性能。

在國標中采用如下組合就可以實現(xiàn)5.197Mbps到25.989Mbps碼率傳播：

應(yīng)當注意到，LDPC基于比特節(jié)點和校驗節(jié)點之間迭代運算各種譯碼算法不可避免要使用大量分散RAM塊；并且不同碼率編碼不能像老式卷積編碼可以通過穿孔來實現(xiàn)，這將導(dǎo)致不同碼率碼有各自校驗矩陣，各自解碼實現(xiàn)。因此與老式維特比譯碼與RS譯碼相比，LDPC硬件復(fù)雜度和實現(xiàn)成本將會有較大提高，特別在同步實現(xiàn)各種碼率LDPC解碼時，硬件復(fù)雜度將進一步提高，采用ADTB-T高效信道編碼與低階星座映射結(jié)合技術(shù)有助于接受芯片復(fù)雜度減少。2.4基于雙導(dǎo)頻及已知序列同步技術(shù)

采用雙導(dǎo)頻技術(shù)：雙導(dǎo)頻信號僅僅占用0.2dB信號功率，可以用于載波恢復(fù)、時鐘恢復(fù)、均衡等。采用雙導(dǎo)頻技術(shù)，可以在信道條件特別惡劣狀況下，進行載波/時鐘恢復(fù)。下圖為國標中添加雙導(dǎo)屢屢譜圖。

在導(dǎo)頻信號不存在狀況下，可以運用PN序列來檢測一定范疇載波偏差。對于相鄰2幀PN頭信號，這兩段信號之間發(fā)送延時為，由于PN序列良好自有關(guān)性有助于分離多徑影響，就不妨設(shè)這兩段已知信號是一段完全同樣PN序列，記為PN(t)以及PN(t-T1)，其中0≤t≤T;T<TI。這樣在接受端僅考慮載波偏差，這兩段信號不再相等，互相之間有12fTΔπ初始相位偏差，如果ππ221≤ΔfT則可以通過兩段數(shù)據(jù)有關(guān)后提取相位得到fΔ預(yù)計。2.5改進均衡接受技術(shù)

ADTB-T均衡技術(shù)在老式LMS算法基本上，依托國標中簡潔數(shù)據(jù)構(gòu)造，采用NR準正交解映射與均衡結(jié)合新算法，同步開發(fā)了一批專利保護重疊構(gòu)造技術(shù)，突破了單載波抗0dB多徑、高速移動接受難題。同步，均衡LMS算法可以自適應(yīng)對付單頻干擾、窄帶干擾。這是單載波技術(shù)可以較好對付模仿同/鄰頻（單頻）干擾、數(shù)字同/鄰頻（窄帶）干擾理論基本。三、國標ADTB-T技術(shù)某些測試成果與分析符合國標參數(shù)PN595+單載波+多載波融合接受機在今年7月在北京已經(jīng)作了測試。測試成果表白，以交大時域技術(shù)為基本單多載波融合接受機繼承了交大長年研發(fā)技術(shù)優(yōu)勢，與固定覆蓋性能關(guān)于各技術(shù)指標上與國標其她模式相比均有較明顯優(yōu)勢，這些指標涉及敏捷度、抗同頻/鄰頻性能、峰均比等。同步，該融合接受機可以支持900多公里移動接受，遠超過國標中其她模式。

按照國標中規(guī)定，定義如下碼率：

某些詳細測試成果如下：注：測試值越大，表達系統(tǒng)抗動態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強。3.2動態(tài)多徑信道下最大多普勒頻移注：測試值越大，表達系統(tǒng)抗動態(tài)多徑干擾和高斯噪聲能力越強。

在使用UHF頻段時，最大多普勒頻移649Hz意味著約900公里移動速度，而其他數(shù)字電視地面?zhèn)鞑ハ到y(tǒng)已公開最多也只有150Hz左右。3.3同頻保護率注：測試值越小，表達系統(tǒng)抗同頻干擾能力越強。

從測試成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技術(shù)接受，雖然是多載波也能獲得較好抗模仿同頻能力；而采用其他模式和技術(shù)，雖然是單載波性能要差7dB以上。3.4上、下鄰頻保護率

從測試成果可以看出，只要采用PN595模式，并且用ADTB-T技術(shù)接受，雖然是多載波也能獲得較好抗模仿、數(shù)字鄰頻能力；而采用其他模式和技術(shù)，無論是單載波還是多載波性抗數(shù)字鄰頻能力要差8dB以上，抗模仿鄰頻能力要比PN595單載波差3dB。

3.5峰值平均功率比

值得注意是，當采用PN420或者PN945作為幀頭模式時，由于幀頭功率加倍，雖然再選用單載波調(diào)制方式也不能得到峰均比低優(yōu)勢了。四、ADTB-T技術(shù)推廣應(yīng)用

在前端發(fā)射系統(tǒng)方面，基于國標交大技術(shù)調(diào)制器已經(jīng)實現(xiàn)了與北廣電子、上海明珠、北京吉兆、浙大宏遠、意大利泰克諾、美國哈里斯、德國羅德斯瓦茨、日本營電等十余家國內(nèi)外數(shù)字電視發(fā)射機和專業(yè)測試設(shè)備集成，并已在上海、湖南、山東、安徽、河南等地商業(yè)運營近2年，采用國標交大技術(shù)發(fā)射機已實現(xiàn)銷售過百臺，總發(fā)射功率超過50千瓦。從實際商用狀況看，國標交大技術(shù)因其具備較低發(fā)射機非線性指標規(guī)定、優(yōu)越抗領(lǐng)頻性能、獨特單頻組網(wǎng)技術(shù)等，為各地電視臺帶來了低成本、高可靠、安全、可持續(xù)運營地面數(shù)字電視廣播技術(shù)解決方案，為國內(nèi)發(fā)射機產(chǎn)業(yè)帶來了難得發(fā)展機遇。

國標擬定后，全國各地省、市、縣廣播電視機構(gòu)紛紛積極聯(lián)系上海交大，規(guī)定使用國標交大技術(shù)，迅速解決長期困擾本地有線電視網(wǎng)外老百姓看電視難問題。通過近年在全國各地大量廣播工程技術(shù)實踐，國標交大技術(shù)已得到了全國廣大基層廣電顧客高度承認，基于國標交大技術(shù)大面積固定覆蓋系統(tǒng)解決方案“神州家家通”受到各地基層廣電熱烈歡迎。上海交大已建成大面積固定覆蓋實驗示范平臺涉及：湖南株洲（市縣地面電視組網(wǎng)覆蓋）、上海崇明（三島地面電視組網(wǎng)覆蓋）、河南安陽（市級地面電視覆蓋）、安徽鳳陽（縣級地面電視覆蓋）等，形成了適應(yīng)國內(nèi)各地不同類型應(yīng)用廣播工程示范體系。迄今為止，

實際安裝顧客超過3萬，可靠運營平均時間超過1年，明確顧客訂單數(shù)超過100萬。在示范工程推動下，國標擬定后，又有不少省市與上海交大獲得聯(lián)系，但愿啟動國標地面數(shù)字電視家家通應(yīng)用，解決本地覆蓋問題。其中，安徽、湖南等省已經(jīng)完畢全省覆蓋合同談判，明確但愿使用國標交大技術(shù)覆蓋全省，上述兩省潛在顧客數(shù)量就超過了萬。此外，意向使用交大技術(shù)啟動覆蓋業(yè)務(wù)地區(qū)還涉及新疆、內(nèi)蒙古、廣西、江蘇、福建、貴州、江西等省份。

除了大面積固定覆蓋，上海交大也同步推出了符合各地不同業(yè)務(wù)需求移動電視、高清廣播示范工程，其中涉及上海城區(qū)五點單頻網(wǎng)車載移動電視、山東威海車載公交移動電視和上海城區(qū)“新視覺”高清晰度數(shù)字電視地面廣播示范工程。地面數(shù)字電視代替地面模仿電視是一種相稱復(fù)雜轉(zhuǎn)換過程，作為行業(yè)應(yīng)用主管單位，國家廣電總局高度注重國標擬定后廣播推動工作，并高度承認采用國標交大技術(shù)開展國內(nèi)大面積地面數(shù)字電視覆蓋業(yè)務(wù)。廣電總局廣播科學研究院已決定與交大在上海崇明、安徽共同進行地面電視覆蓋政策研究，為國標全方位