移動數字電視相關技術研究

柴萬東

（赤峰學院 物理與電子信息工程系，內蒙古 赤峰 024000）

移動數字電視相關技術研究

柴萬東

（赤峰學院 物理與電子信息工程系，內蒙古 赤峰 024000）

隨著通信和信息技術的迅猛發展，人類獲取信息的途徑越來越多元化，快節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展.接收的信息也由簡單的語音走向多媒體，移動數字電視就是近幾年新出現的一種全新媒體形式，并且由于它自身的優勢和特點開始在全國甚至世界范圍內快速發展起來.

移動數字電視；DMB-TH；多媒體；單頻網

移動數字電視是指發射端采用數字廣播技術（主要指地面傳輸技術）播出，接收終端安裝在公交汽車、出租車、商務車、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.

移動數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電視覆蓋的盲區，是移動數字電視主要的服務對象.因此，移動數字電視的誕生不僅僅是電視覆蓋面的擴大，更是電視產業鏈的巨大延伸.我國內地已有上海、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字電視.移動數字電視的面世和廣泛應用，以其獨特的傳播特征打破了傳統的電視覆蓋理論，將為廣電事業的持續發展帶來新的經濟增長點.使人們真正地達到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 移動數字電視的優點

移動數字電視和傳統電視相比具有很多優勢：第一，移動數字電視采用先進的數字傳輸技術，具有高畫質、高音質、多頻道、高性能等優點.憑借數字電視的無線方式傳輸，節目接收穩定、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，還可以通過電視節目來緩解煩惱.第三，車載數字移動電視能夠準確、快速、及時地報道天氣及路況，迅速發布有關部門的應急措施及通告，起到引導避險、疏導交通、指揮城市應急行動的作用.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.

目前，能夠在移動環境向大量觀眾提供多媒體內容的網絡架構主要有三種：移動通信網絡（2.5G/3G）；無線局域網（WLAN）；地面數字廣播網絡.此外，DVB（數字視頻廣播）組織已經正式發布了為通過地面數字電視廣播網絡向便攜/手持終端提供多媒體業務所專門制定的DVB-H標準（Digital Video Broadcasting Handheld）.在我國，地面數字廣播網包括了CMMB（China mobile Multmedia Broadcasting）中國多媒體廣播移動數字電視和基于DMB-TH傳輸標準的移動數字電視.其中CMMB是我國自主研發的一套面向手機，PDA、MP3、MP4等多種移動終的系統，它利用S波段衛星信號實現“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目.基于DMB-TH的地面移動數字電視主要為公交車、機場等其它公共場合，所播節目可以供大尺寸屏幕觀看的要求.

2 移動數字電視傳輸標準

地面移動數字電視傳輸標準在國際上主要有三種：

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

第二種是歐洲DVB－T系統.歐洲DVB－T系統采用COFDM調制方式，把傳輸比特分割到數千計的低比特率副載波上.歐洲系統中放置了大量的導頻信號，穿插于數據之中，并以高于數據3dB的功率發送.這些導頻信號完成系統同步、載波恢復、時鐘調整和信道估計.導頻信號數量多且散布在數據中，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造成的碼間干擾，歐洲系統又使用了“保護間隔”技術，以抵御多徑的影響.可以認為，大量導頻信號插入和保護間隔技術是歐洲系統的技術核心，正是這兩項技術使歐洲系統能夠在抗強多徑和動態多徑及移動接收的實測性能方面優于美國ATSC 8-VSB系統.另外，歐洲系統還對保護間隔長度和調制星座等參數進行組合，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傳輸容量為代價來換取系統的抗多徑性能.

第三種是日本ISDB－T系統.使用的編碼調制方式與DVB－T基本相同，可以說是經修改的歐洲方式，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0.5s），增加交織深度將引入長達幾百ms的延遲,該延遲將影響頻道切換和雙向業務.根據分層和窄帶接收同時實現固定、移動和便攜接收，是日本制式的特點.

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

3 DMB-TH標準的技術特點及優勢

我國的DMB-TH標準采用了PN序列填充的時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）多載波調制技術，這種獨特的先進技術有機地將信號在時域和頻域的傳輸結合起來，在頻域傳送有效載荷，在時域通過擴頻技術傳送控制信號以便進行同步、信道估計，實現快速碼字捕獲和穩健的同步跟蹤性能.這是我國首次將具有自主知識產權的先進的TDS-OFDM調制技術應用于固定及移動的無線寬帶廣播傳輸領域.TDS-OFDM采用使得DTMB在同時解決以下問題方面具有明顯的優勢.首先，寬帶問題.由于數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，數字電視地面傳輸應該將地面所有的移動工具能夠達到的速率都包括在內.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重，單域處理難.第四，數字電視地面傳輸既要照顧大屏幕的接收，又要照顧手機電視，因此功耗的限制更加嚴格

4 DMB—TH信號傳輸技術

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

圖1 DMB-TH系統的發射機原理框圖

DMB-TH還采用了不同于已有數字電視技術標準的與自然時間同步的分層復幀結構，來支持單頻網.不但能夠更好的支持移動數字電視服務，而且能夠解決由單個發射機無法覆蓋的盲區問題.

5 DMB-TH單頻網技術

我國的地面數字電視傳輸方案DMB-TH采用時域同步的TDS-OFDM技術，系統的信號幀與絕對時間同步，系統幀結構在同一絕對時間是相同的.由于系統采用OFDM調制及信號幀與絕對時間同步這兩個特點，因此在實現單頻網上具有先天的優勢.DMB-TH的單頻網系統主要由單頻網適配器、GPS接收機、支持單頻網的調制器三部分組成.在中心發射站，單頻網適配器在MPEG-2碼流中插入控制包，控制包中攜帶與GPS接收機相關的同步時間標簽和到各個中繼站的系統最大延時等信息.在各個中繼站，同步系統檢測控制包，從中讀出時間標簽和最大延時，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延遲碼流，調整發射機的發射時間，使得所有發射機在同一時間發射信號.

我國幅員遼闊，對邊遠地區廣播，衛星傳輸是最佳途徑，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.地面無線廣播的優勢在于可以實現移動和便攜接收，能夠滿足現代信息社會“信息到人”的要求.同時地面數字電視作為一種不同于衛星和有線電視的覆蓋方式，可以發揮其獨有的優勢，將服務于未來寬帶無線接入市場，支持移動接收業，支持無線雙向傳輸的雙向業務.移動數字電視的推廣和產業化將帶來新的經濟增長點，為廣播電視事業帶來新的發展機遇.

〔1〕世界廣播電視.2002（9），2004（3），2004（4）.

〔2〕數字電視發射機發展技術特點簡析.西安電子科技大學出版社.

〔3〕移動數字電視技術.人民郵電出版社.

〔4〕DMB-TH技術白皮書.

TN949.197

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1673-260X（2010）02-0172-02