柴萬東

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

移動數(shù)字電視相關(guān)技術(shù)研究

柴萬東

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著通信和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類獲取信息的途徑越來越多元化，快節(jié)奏的生活使人類不再局限于通過固定終端接收信息，而開始向移動接收發(fā)展.接收的信息也由簡單的語音走向多媒體，移動數(shù)字電視就是近幾年新出現(xiàn)的一種全新媒體形式，并且由于它自身的優(yōu)勢和特點開始在全國甚至世界范圍內(nèi)快速發(fā)展起來.

移動數(shù)字電視；DMB-TH；多媒體；單頻網(wǎng)

移動數(shù)字電視是指發(fā)射端采用數(shù)字廣播技術(shù)（主要指地面?zhèn)鬏敿夹g(shù)）播出，接收終端安裝在公交汽車、出租車、商務(wù)車、私家車、輕軌、地鐵、城鐵、火車、輪渡、機場等各類流動人群集中和其他公共場所的移動載體及手持接收設(shè)備（如手機、筆記本、PMP、超便攜PC等），滿足移動人群的收視需求的電視系統(tǒng).

移動數(shù)字電視針對的是一個特殊的群體——移動人群.其受眾是在移動的交通工具上、公眾聚集場所里短暫停留的人群.這部分人群處于傳統(tǒng)電視覆蓋的盲區(qū)，是移動數(shù)字電視主要的服務(wù)對象.因此，移動數(shù)字電視的誕生不僅僅是電視覆蓋面的擴大，更是電視產(chǎn)業(yè)鏈的巨大延伸.我國內(nèi)地已有上海、北京、廣州、武漢、長春、南京、長沙、大連、呼和浩特等幾十個城市開始在公交車上播放移動數(shù)字電視.移動數(shù)字電視的面世和廣泛應(yīng)用，以其獨特的傳播特征打破了傳統(tǒng)的電視覆蓋理論，將為廣電事業(yè)的持續(xù)發(fā)展帶來新的經(jīng)濟增長點.使人們真正地達(dá)到3－A（Anyone，Anytime，Anywhere）境界,人們將隨時隨地享受視聽及其他多媒體信息.這種新方式必將給人們的生活帶來巨大的變革.

1 移動數(shù)字電視的優(yōu)點

移動數(shù)字電視和傳統(tǒng)電視相比具有很多優(yōu)勢：第一，移動數(shù)字電視采用先進的數(shù)字傳輸技術(shù)，具有高畫質(zhì)、高音質(zhì)、多頻道、高性能等優(yōu)點.憑借數(shù)字電視的無線方式傳輸，節(jié)目接收穩(wěn)定、清晰，畫面無馬賽克和重影，音響效果好.第二，信息及時傳播.讓移動人流隨時隨地可以看到電視，獲得更多更新的資訊，極大地滿足快節(jié)奏社會中人們對于信息的需求，同時也豐富了市民文化生活.在堵車時，還可以通過電視節(jié)目來緩解煩惱.第三，車載數(shù)字移動電視能夠準(zhǔn)確、快速、及時地報道天氣及路況，迅速發(fā)布有關(guān)部門的應(yīng)急措施及通告，起到引導(dǎo)避險、疏導(dǎo)交通、指揮城市應(yīng)急行動的作用.第四，不收費，易為群眾接受，能夠迅速普及，是一種既能獲利又具有社會公益性的事業(yè).

目前，能夠在移動環(huán)境向大量觀眾提供多媒體內(nèi)容的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有三種：移動通信網(wǎng)絡(luò)（2.5G/3G）；無線局域網(wǎng)（WLAN）；地面數(shù)字廣播網(wǎng)絡(luò).此外，DVB（數(shù)字視頻廣播）組織已經(jīng)正式發(fā)布了為通過地面數(shù)字電視廣播網(wǎng)絡(luò)向便攜/手持終端提供多媒體業(yè)務(wù)所專門制定的DVB-H標(biāo)準(zhǔn)（Digital Video Broadcasting Handheld）.在我國，地面數(shù)字廣播網(wǎng)包括了CMMB（China mobile Multmedia Broadcasting）中國多媒體廣播移動數(shù)字電視和基于DMB-TH傳輸標(biāo)準(zhǔn)的移動數(shù)字電視.其中CMMB是我國自主研發(fā)的一套面向手機，PDA、MP3、MP4等多種移動終的系統(tǒng)，它利用S波段衛(wèi)星信號實現(xiàn)“天地”一體覆蓋，全國漫游，主要面向7寸以下小尺寸屏幕提供電視節(jié)目.基于DMB-TH的地面移動數(shù)字電視主要為公交車、機場等其它公共場合，所播節(jié)目可以供大尺寸屏幕觀看的要求.

2 移動數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)

地面移動數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)在國際上主要有三種：

第一是美國ATSC 8-VSB系統(tǒng).采用8電平殘留邊帶調(diào)制方式，是有導(dǎo)頻的單載波調(diào)制，也是對現(xiàn)有成熟AM調(diào)制技術(shù)的發(fā)展.能夠可靠地在6MHz內(nèi)用8-VSB調(diào)制傳輸19.36Mbps的數(shù)據(jù).8-VSB系統(tǒng)加入了0.3dB的導(dǎo)頻信號，用于輔助載波恢復(fù),并加入了段同步信號，用于8-VSB系統(tǒng)同步.系統(tǒng)噪聲門限低（理論值≈14.9dB）,抗多徑和抗干擾的能力依賴于復(fù)雜的自適應(yīng)均衡器，但對回波時延變化很敏感.系統(tǒng)提供固定的接收，不支持移動接收.

第二種是歐洲D(zhuǎn)VB－T系統(tǒng).歐洲D(zhuǎn)VB－T系統(tǒng)采用COFDM調(diào)制方式，把傳輸比特分割到數(shù)千計的低比特率副載波上.歐洲系統(tǒng)中放置了大量的導(dǎo)頻信號，穿插于數(shù)據(jù)之中，并以高于數(shù)據(jù)3dB的功率發(fā)送.這些導(dǎo)頻信號完成系統(tǒng)同步、載波恢復(fù)、時鐘調(diào)整和信道估計.導(dǎo)頻信號數(shù)量多且散布在數(shù)據(jù)中，能夠較為及時地估計信道特性的變化.為進一步降低多徑效應(yīng)造成的碼間干擾，歐洲系統(tǒng)又使用了“保護間隔”技術(shù)，以抵御多徑的影響.可以認(rèn)為，大量導(dǎo)頻信號插入和保護間隔技術(shù)是歐洲系統(tǒng)的技術(shù)核心，正是這兩項技術(shù)使歐洲系統(tǒng)能夠在抗強多徑和動態(tài)多徑及移動接收的實測性能方面優(yōu)于美國ATSC 8-VSB系統(tǒng).另外，歐洲系統(tǒng)還對保護間隔長度和調(diào)制星座等參數(shù)進行組合，形成了多種傳輸模式供使用者選擇.不過DVB-T的綜合頻帶利用率比美國的VSB方案低，它是以額外開銷系統(tǒng)傳輸容量為代價來換取系統(tǒng)的抗多徑性能.

第三種是日本ISDB－T系統(tǒng).使用的編碼調(diào)制方式與DVB－T基本相同，可以說是經(jīng)修改的歐洲方式，不同之處在于接收方面增加了部分接收和分層傳輸，將整個6MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432kHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度（最長達(dá)0.5s），增加交織深度將引入長達(dá)幾百ms的延遲,該延遲將影響頻道切換和雙向業(yè)務(wù).根據(jù)分層和窄帶接收同時實現(xiàn)固定、移動和便攜接收，是日本制式的特點.

我國在2006年8月18日公布中國數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) DMB-TH（Terrestrial Digital Multimedia TV/Handle Broadcasting），標(biāo)準(zhǔn)融合了清華方案(DMB-T)和上海交大方案(ADTB-T)，具有自主創(chuàng)新的特點，是清華大學(xué)和北京凌訊華業(yè)科技有限公司針對目前世界上三個地面數(shù)字電視系統(tǒng)存在的問題，提出的一種新穎的、適合我國國情的地面數(shù)字電視傳輸方案.DMB-TH在繼承原有系統(tǒng)優(yōu)點的基礎(chǔ)上，在覆蓋范圍、抗干擾能力、接收性能、系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面比原有DMB-T技術(shù)有明顯提高.DMB-TH技術(shù)的核心采用了的時域同步正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM：Time Domain Synchronous-Orthogonal Frequency Division Multiplexing）調(diào)制技術(shù)，使用了最新的LDPC前向糾錯編碼技術(shù)，因而可以更加可靠地支持更多的無線多媒體業(yè)務(wù).

3 DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)特點及優(yōu)勢

我國的DMB-TH標(biāo)準(zhǔn)采用了PN序列填充的時域同步正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）多載波調(diào)制技術(shù)，這種獨特的先進技術(shù)有機地將信號在時域和頻域的傳輸結(jié)合起來，在頻域傳送有效載荷，在時域通過擴頻技術(shù)傳送控制信號以便進行同步、信道估計，實現(xiàn)快速碼字捕獲和穩(wěn)健的同步跟蹤性能.這是我國首次將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進的TDS-OFDM調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于固定及移動的無線寬帶廣播傳輸領(lǐng)域.TDS-OFDM采用使得DTMB在同時解決以下問題方面具有明顯的優(yōu)勢.首先，寬帶問題.由于數(shù)字電視幾乎是第三代移動通信的10倍的頻譜利用率，在技術(shù)上要求很高，因此很難做到.第二，高速移動問題.與移動通信一樣，數(shù)字電視地面?zhèn)鬏攽?yīng)該將地面所有的移動工具能夠達(dá)到的速率都包括在內(nèi).對于寬帶信息，移動速度高是非常難的，它需要快速的信道估計.第三，覆蓋范圍大的問題.它帶來的麻煩就是長延時多徑干擾嚴(yán)重，單域處理難.第四，數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敿纫疹櫞笃聊坏慕邮眨忠疹櫴謾C電視，因此功耗的限制更加嚴(yán)格

4 DMB—TH信號傳輸技術(shù)

TDS-OFDM在技術(shù)上，針對插入強功率同步導(dǎo)頻的傳統(tǒng)OFDM調(diào)制方式，在傳輸系統(tǒng)的有效性、可靠性都受損失的缺陷，發(fā)明了基于PN序列擴頻技術(shù)的高保護同步傳輸技術(shù)和巧妙利用OFDM保護間隔的填充技術(shù)，同時提高了傳輸系統(tǒng)的頻譜利用效率和抗噪聲干擾性能.針對地面數(shù)字電視廣播現(xiàn)有傳輸標(biāo)準(zhǔn)的信道估計迭代過程較長的不足，發(fā)明了新的TDS-OFDM信道估計技術(shù)，提高了系統(tǒng)移動接收性能.針對采用多載波COFDM技術(shù)的歐標(biāo)DVB-T比采用單載波8VSB的美標(biāo)ATSC系統(tǒng)誤碼門限差的現(xiàn)實，發(fā)明了一種新的糾錯編解碼（FEC）技術(shù)-LDPC，成功地避開了國外專利保護，獲得了比ATSC更好的系統(tǒng)誤碼性能.針對其他標(biāo)準(zhǔn)無法支持雙向互動、互聯(lián)網(wǎng)擴展等問題，進行了支持互連網(wǎng)的擴展設(shè)計，以便適應(yīng)未來信息的數(shù)字化、多樣化和多媒體化拓展，在現(xiàn)有數(shù)字電視無線廣播基礎(chǔ)上可進一步擴展互連網(wǎng)業(yè)務(wù)、組播、點播、導(dǎo)呼等增值業(yè)務(wù)，甚至進而拓展視頻、數(shù)據(jù)和語音等綜合、交互、移動、便攜.針對數(shù)字視音頻產(chǎn)業(yè)已有的成果，DMB-TH設(shè)計了靈活的接口方案，支持國際上通用的MPEG2-TS流數(shù)據(jù)格式，可以支持任何類型的視頻壓縮和數(shù)據(jù)格式，如MPEG-2，4等.

圖1 DMB-TH系統(tǒng)的發(fā)射機原理框圖

DMB-TH還采用了不同于已有數(shù)字電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的與自然時間同步的分層復(fù)幀結(jié)構(gòu)，來支持單頻網(wǎng).不但能夠更好的支持移動數(shù)字電視服務(wù)，而且能夠解決由單個發(fā)射機無法覆蓋的盲區(qū)問題.

5 DMB-TH單頻網(wǎng)技術(shù)

我國的地面數(shù)字電視傳輸方案DMB-TH采用時域同步的TDS-OFDM技術(shù)，系統(tǒng)的信號幀與絕對時間同步，系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)在同一絕對時間是相同的.由于系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制及信號幀與絕對時間同步這兩個特點，因此在實現(xiàn)單頻網(wǎng)上具有先天的優(yōu)勢.DMB-TH的單頻網(wǎng)系統(tǒng)主要由單頻網(wǎng)適配器、GPS接收機、支持單頻網(wǎng)的調(diào)制器三部分組成.在中心發(fā)射站，單頻網(wǎng)適配器在MPEG-2碼流中插入控制包，控制包中攜帶與GPS接收機相關(guān)的同步時間標(biāo)簽和到各個中繼站的系統(tǒng)最大延時等信息.在各個中繼站，同步系統(tǒng)檢測控制包，從中讀出時間標(biāo)簽和最大延時，同時測量接收信號延時，計算出附加延時，并按照附加延時適當(dāng)延遲碼流，調(diào)整發(fā)射機的發(fā)射時間，使得所有發(fā)射機在同一時間發(fā)射信號.

我國幅員遼闊，對邊遠(yuǎn)地區(qū)廣播，衛(wèi)星傳輸是最佳途徑，對人口稠密的城市廣播，有線電視是最合適的傳輸方式，它著重于解決“信息到戶”問題.地面無線廣播的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)移動和便攜接收，能夠滿足現(xiàn)代信息社會“信息到人”的要求.同時地面數(shù)字電視作為一種不同于衛(wèi)星和有線電視的覆蓋方式，可以發(fā)揮其獨有的優(yōu)勢，將服務(wù)于未來寬帶無線接入市場，支持移動接收業(yè)，支持無線雙向傳輸?shù)碾p向業(yè)務(wù).移動數(shù)字電視的推廣和產(chǎn)業(yè)化將帶來新的經(jīng)濟增長點，為廣播電視事業(yè)帶來新的發(fā)展機遇.

〔1〕世界廣播電視.2002（9），2004（3），2004（4）.

〔2〕數(shù)字電視發(fā)射機發(fā)展技術(shù)特點簡析.西安電子科技大學(xué)出版社.

〔3〕移動數(shù)字電視技術(shù).人民郵電出版社.

〔4〕DMB-TH技術(shù)白皮書.

TN949.197

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1673-260X（2010）02-0172-02