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移动数字电视相关技术研究
 
慧聪网   2006年1月5日11时8分   信息来源:慧聪网通信行业频道    

  引言

    随着通信和信息技术的迅猛发展,人类获取信息的发展趋势正在由固定走向移动,由语音走向多媒体。目前,能够在移动环境向大量观众提供多媒体内容的网络架构主要有三种:移动通信网络(2.5/3G);无线局域网(WLAN);地面数字广播网络。此外,DVB组织已经正式发布了为通过地面数字电视广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务所专门制定的DVB-H标准(DigitalVideoBroadcasting Handheld)[1],从而使这一领域的竞争更为激烈。

    成都新光微波工程有限责任公司是我国较早研究数字电视调制及发射系统的公司,目前已成功研制出移动数字电视重要部件DVB-T调制器,正在研制DMB-T调制器,数字电视发射机已投入使用。现将移动数字电视相关技术研究心得,发表出来,与大家共勉。

    1、移动数字电视的相关技术及应用

    按功能来分,数字电视系统由3大部分组成:信源部分、信道部分和信宿部分。图1给出一个数字电视系统的基本组成框图。该系统在应用中可以分为发射和接收2个子系统(图1的上下两部分)。在技术上,数字电视系统又可以分为信源和信道两部分(对应图1以复用和解复用为界的左右两部分)。

  

数字电视系统的基本组成框图

数字电视系统的基本组成框图

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  信源编码部分包括信源(音频/视频)编码器和复用器。信源编码对视频/音频信号进行压缩编码,在一定压缩率的前提下得到最高的解码图像质量;信源部分算法主要依照MPEG-2标准(或MPEG-4标准)(多声道音频编解码还可依照杜比AC-3算法实现),视频编码器的性能对整个DTV系统的图像性能有决定性影响。复用器保证系统业务的灵活性和可扩展性,完成各种数字码流的组合、调整以及提供与各种传输网络(如电信网络、卫星传输信道、有线电视、地面发射等)相适配的接口。

    信道传输部分包括信道编码与调制、发射机、传输媒质、接收机和信道解调与解码,其中传输方式可以是CATV、卫星、地面(含MMDS/MUDS)等。根据媒质的不同在信道传输部分中将会采取不同的信道编码和调制方式,信道传输部分对应有三类标准:地面广播、卫星广播和有线电视(包括HFC和MMDS)。由于地面广播信道的条件十分不理想,各种干扰和杂波使信号的差错率增加、业务质量下降,为了更有效地克服恶劣的环境,同时还支持移动接收,地面广播信道所采用的技术相对其他两类要复杂。本节主要阐述地面数字电视广播的相关技术。

    1.1数字电视地面传输标准

    如前文所述,信道传输部分的任务是在给定传输带宽并考虑传输信道所存在的各种干扰的前提下,保证最大容量数据流的正确传输,它是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台,与所传输的数据内容无关。数字信号的编码与调制方式决定了信道传输部分的主要性能,采用不同编码与调制方式构成了各国数字电视地面传输标准的不同。

    1.1.1国外电视地面传输标准

    目前国际上共有三套成熟的数字电视地面传输标准,即: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),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),日本1999年提出的地面综合业务数字广播(ISDB-T)。

    美国ATSC8-VSB系统。ATSC采用的8电平残留边带调制方式,它是有导频的单载波调制,也是对现有成熟AM调制技术的发展。它能够可靠地在6MHz内用8-VSB调制传输19.36Mbps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。系统噪声门限低(理论值≈14.9 dB),抗多径和抗干扰的能力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,不支持移动接收。

    欧洲DVB-T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(例如,2k模式有1705个载波;8k模式有6817个载波)。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3dB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。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。为进一步降低多径效应造成的码间干扰,欧洲系统又使用了“保护间隔”技术,以抵御多径的影响。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ATSC 8-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。不过DVB-T的综合频带利用率比美国的VSB方案低,它是以额外开销系统传输容量为代价来换取系统的抗多径性能。值得注意的是,欧洲DVB-T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。至于系统容量方面,虽然DVB-T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 Mbps范围内,实际的频道带宽取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。关于欧洲DVB-T系统,下一节再做详细阐述。

  日本ISDB-T系统。日本提出的“综合业务数字广播”即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6MHz频带划分为13个子带,每个子带432kHz,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0.5s),增加交织深度将引入长达几百ms的延迟,该延迟将影响频道切换和双向业务。 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7×6/14 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。

    三种国外地面数字电视传输系统的比较

  美国的ATSC标准   欧洲的DVB-T标准   日本的ISDB-T标准

  频道宽度6MHz      6MHz、7MHz、8MHz   6MHz、7MHz、8MHz

  视频压缩MPEG-2视频编码 MPEG-2视频编码    MPEG-2视频编码 ?

  图像格式HDTV1920×108016∶9HDTV1920×108016∶9 HDTV1920×1080 16∶9

  SDTV704×4804∶3  SDTV704×5764∶3?   SDTV720×576 4∶3?

  音频压缩DolbyAC-3   MPEG-2层Ⅱ,MUSICAM  MPEG-2层Ⅲ,AAC

  音频编码      音频编码     音频编码

  复用方式MPEG-2系统TS码流MPEG-2系统TS码流   MPEG-2系统TS码流

  数据随机化16位PRBS     15位PRBS     15位PRBS

  信道外码RS码(207,187,T=10)RS码(204,188,T=8)RS码(204,188,T=8)

  外码交织52RS块交织    12 RS块交织    12 RS块交织

  信道内码网格编码(TCM)   卷积编码      卷积编码

  内码交织网格交织      卷积交织      卷积交织

  调制技术8-VSB调制   16QAM/32QAM/64QAM   OFDM调制

  总码率19~28Mb/s(6MHz) 4.98~31.67Mb/s(8MHz) 3.68~23.42Mb/s(5.6MHz)

  载波数 单载波       2K、8K      2K、4K、8K

  接收门限 15dB        19dB       19dB

  传输方案8VSB传输方案  OFDM传输方案     分频段OFDM传输方案

  特征抵御电气干扰能力强 克服多径干扰能力强  克服多径干扰能力强

  有效的覆盖区域   可做单频网      可做单频网?

  不考虑移动接收   可用于移动接收    可用于移动接收 

  1.1.2国内电视地面传输标准

    目前,我国提出了5套地面数字电视广播传输方案:(1)广电总局广播科学研究院的“射频子带分割双载波混合调制系统”(CDTB-T);(2)国家HDTV总体组的高级数字电视广播系统(ADTB-T),它采用OQAM调制,为混合传输模式的单载波系统;(3)国家HDTV总体组的BDB-T系统,它基于多载波调制技术;(4)电子科技大学的“同步多载波扩频地面数字电视传输系统”(SMCC/COFDM);(5)清华大学微波与数字通信国家重点实验室提出的“地面数字多媒体与电视广播系统”(DMB-T),它采用时域同步正交频分复用技术(TDS-OFDM)。

 

 
作者:信广信传媒实业有限责任公司胡伟军博士 
 
 
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