地面數字電視應用

摘 要：為了提高數字電視信號質量，系統采用數字MUDS(U段多路分配系統)傳輸方式，打破了地域界線，解決了邊遠山區老百姓看電視難的問題，具有建網成本低，易于加密，確保了系統的安全性等特點。采用DVB-T取代傳統DVB-C信號，達到了實現圖文、數據、點播等雙向交互式服務，帶來新的增值業務，并使得多次中繼后，仍能保持高質量的圖像效果的目的。

關鍵詞：MUDS; DVB-T; 數字電視; 機頂盒

作者簡介：

儲海燕 女，1981年出生，陜西西安人，助教。主要研究方向為數據通信。

Application of DVB

CHU Hai-yan

(Electrical Engineering Department， Xi’an Aero technical College， Xi’an 710077， China)

Abstract： To improve the signal quality of digital TV， a new system was designed using digital MUDS transmission style， which has features such as low cost in building network， simplicity in encryption. Instead of traditional DVB-C， the DVB-T signal can realize dual-way mutual service such as graphs， data and video-on-demand， which is a new increment service. After several relay， it still remains high-quality image effect.

Keywords： MUDS; DVB-T; digital TV; STB

收稿日期：2011-05-16

0 引 言

我國是一個農業大國，農村人口占全國70%以上，有50%以上的人口居住在邊遠的農村山區，一般情況下，先進的技術往往都是在城市得到推廣應用，然后再向郊區農村擴散［1］。特別是有線電視用戶的發展，在城市由最初的共用天線系統傳送幾套模擬電視節目發展到30余套，從電纜傳送發展到光纖傳送電視信號，傳送節目的數量越來越多，節目質量也越來越高，而在廣大邊遠的農村用戶至今只能靠本地差轉臺接收不大清楚電視信號，如何使邊遠的農村山區也能和城市一樣，收看到清楚的多套電視節目，無線數字電視多路傳輸系統可使他們夢想成真。

1 無線數字傳輸系統的優勢［2-3］

同光纖相比，無線數字系統具有投資少、建網快、可靠性高、抗自然災害能力強的特點，維修成本低、故障率低。

由于數字無線系統采用MPEG數字壓縮方式，可大量的節約頻率資源，在原來只能傳送1套節目的8 MHz帶寬內可高質量的傳送4~8套數字電視節目(若采用64QAM調制，40 MHz帶寬內可傳送30套清晰度高的電視節目，每8 MHz帶寬壓縮6套節目)。

在信噪比相同時，數字傳輸要求的載噪比門限值比模擬電視大約低20 dB。

數字電視的圖像不會出現雪花、網紋或圖像模糊等模擬電視常見的現象，評價它的標準只有兩個，指標超過或達到門限值完全還原圖像的本質，不存在圖像失真，低于門限值誤碼率增加完全不能收看。因此，載噪比劣化到門限之前，只要保證誤碼在1×10-6以上，數字電視傳送就不會產生失真。

可實現干線傳輸和有線電視聯網，又可作為用戶分配網，直接覆蓋到用戶數字機頂盒接收。

由于是采用數字傳輸，可以非常方便地實現用戶管理CA系統，完全解決了用戶管理和收費難等問題。

2 無線數字設備的主要性能技術要求

目前，數字設備已成功的將模擬MMDS(點對多點分配寬帶無線技術)向數字MMDS轉化，由數字MMDS向數字MUDS M(U段多路分配系統)轉化，并成功地解決了用戶接收端頻響、帶寬和多徑干擾。

2.1 核心設備遵循原則

從模擬向數字轉化，首先是傳輸中心數字化，DVB-C的成功應用實現傳輸中心數字化，CA系統的加入又實現了用戶管理科學化，而傳輸中心數字化是整個傳輸系統的核心，核心設備的使用必須遵循以下幾個原則：

可靠性原則 確保系統安全可靠的運行。

先進性原則 在我國還沒有制定出自己的數字電視標準以前，必須采用目前國際上先進、成熟的數字視頻技術，符合國際流行的DVB標準。

兼容性原則 所有技術和設備應遵循現有的標準或行業規范，符合DVB以及其他相關標準，適應不同廠家的設備互聯，具有開放的CA協議接口，可集成第三方廠家CA系統。

擴展性原則 系統硬件具有開放性通用平臺，平滑升級性好。

安全性原則 系統具有先進完善的系統管理、用戶管理、收費管理、論證加密系統，確保系統的安全，系統還可以以開放式接口接入CA系統。

標準化原則 系統符合ISO/IEC11172，ISO/IEC13818，ETS300421，DVB，G.703等各項國際標準； IC卡接口符合ISO70816標準；數字視頻廣播符合歐洲DVB-C1998標準。

2.2 對傳輸設備的性能及技術要求

(1) 數字MUDS發射機處于平均工作狀態，要求功放管的線性要好，輸出功率的動態范圍要大，最好采用甲類。

(2) 數字MUDS發射機對相位噪聲要求特別高，數字QAM采用正交調幅調相、相位的抖動導致檢測的偏差和碼流干擾，誤碼率增大，因此數字發射機要求相位噪聲指標在偏離載頻中心頻率10 kHz處1 Hz帶寬上，應小于等于－110 dB，若達到－95～－100 dB也能傳送數字信號，因此對MUDS上變頻器本振源的鎖相要求較高。

(3) 數字MUDS發射機的中頻是數字信號頻譜的中心頻率，歐美常采用44 MHz，36 MHz，我國還沒有制定出DVB-C標準規定的中頻頻率，目前使用的中頻應和國際標準靠攏或相近。

(4) 數字鄰頻道合成器。從MMDS發射機來看由于工作頻率很高(2.5~2.7 GHz)，所以鄰頻道合成器的濾波、頻響和插損都能做得很好。而MUDS工作在470～800 MHz的頻段。受頻率和波長的限制，合成器的指標目前還很難做到最佳，特別是合成器的插損一般都在2.5～2.8 dB，所以解決MUDS合成器的插損顯得非常關鍵，如果能把頻道合成器的損耗降到0.5～0.8 dB對于提高傳輸系統效率是非常有利的(據有的廠家介紹，他們已把合成器的插損做到0.9~1 dB，鄰頻隔離度達到60 dB)。

3 MUDS的具體應用

既然數字MUDS有如此明顯的優勢，特別直接面對用戶這方面優勢更為明顯，在硬件設備上的投入比數字MMDS降低了一半。市、縣一級廣播電視部門將直接面對用戶［4］，用無線數字MUDS聯網到戶是比較經濟實惠的選擇。用戶的接收成本由原來的100多元降低到現在的35~50元，受雨衰與樹衰影響的陰影面明顯減少，用戶接收端的穩定性進一步提高，用戶原來使用的一般分米波天線也能正常收看數字MUDS信號，在用戶端用普通MUDS天線測試。30套數字電視節目，5個載波頻率的比特誤碼率(BER)≤1×10-7，調制誤碼率(MER)≥32 dB，全天候不間斷運行穩定、可靠，其應用方案如方框圖1所示。

圖1 數字MUDS應用方案

從圖1中可以看出，主臺傳輸仍然利用MMDS發射機，中繼轉發采用寬帶MUDS發射機：帶寬為40 MHz，五個載波，平均功率為15 W，覆蓋半徑為10～15 km，中繼接收端利用下變頻器一次變頻到MUDS頻段進入發射機，用戶接收端可利用原有分米波天線或自行開發的專用天線接收，在用戶端經頻譜儀觀查，40 MHz帶寬，5個載波的平坦度小于等于3 dB，通過對MUDS的具體運用，總結其具有以下特點［5］：

(1) 隨著數字化進程的到來，DVB-C數字化平臺的應用，數字MUDS不同于一般的無線地面數字電視，它不是單一模擬電視頻道的數字化，而是在多個分米波相鄰頻道的數字化，完全達到有線數字電視一樣的多路覆蓋效果。

(2) 數字MUDS發射機不同于現在的模擬發射機，它不需要很大的功率，純屬小功率發射機，覆蓋半徑為10～15 km，平均功率只要5~8 W就可直接傳輸到用戶接收端。

(3) 模擬發射機的功率按峰值計算，數字發射機是按平均值計算。數字功率比模擬功率下降4倍，但在接收端的電平和信噪比則降低了近10倍，如能更好地開發用戶端的接收天線，數字電視接收端比模擬電視接收電平降低近15～20倍(此天線已成功的開發應用)，所以數字電視不需要很大的功率。

(4) 由于發射的功率較小，不會像模擬電視那樣引起十分嚴重的多徑干擾。若出現多徑干擾只要低8～10 dB，多徑效應便不能干擾正常接收。

(5) 數字MUDS發射所占用的帶寬僅是模擬傳輸的1/8，傳輸節目的數量可增加5～8倍。

4 地面移動數字電視信號覆蓋

根據國家廣電總局所做的數字電視地面廣播傳輸標準(ATSC，DVB-T，ISDB-T)［6］測試報告的技術結論，地面數字高清晰度電視試驗的技術經驗，從各方的技術報告結合地面移動數字電視試驗的具體情況來看，地面電視存在的主要問題是：建筑物遮擋、多徑、接收方式、接收區域、頻率規劃和覆蓋范圍等問題［7］。

DVB-T的信號特點［5］是系統采用多載波正交頻分復用(COFDM)調制方式［8］，在圖2中，分別標出了頻率軸和時間軸，從頻率軸來看，DVB-T的信號是由許多載波構成的多載波信號，載波數量分別分2k和8k兩種模式；從時間軸來看，這些多載波構成的字符具有一定的傳輸時間，為了防止電波的多路反射，在每個字符的傳輸時間后面加入保護間隔。

圖2 DVB-T系統的特點

在地面數字電視DVB-T單頻網中，RF發送系統采用COFDM的信道調制技術，同時伴隨著強大的糾錯碼，達到較高的頻譜利用效率。DVB-T提供2種子載波數量：2k模式的1 705個載波和8k模式的6 817個載波、3種調制方式(QPSK，16QAM，64QAM)、4種保持間隔(1/4，1/8，1/16，1/32)，支持小范圍和大范圍的單頻網運行，同樣一路數字電視節目，可以通過多個發射機的同一頻率同時接收，以提高接收效果。

DVB-T單頻網中所有發射機都在同一時間采用同一頻率，同時傳送同一數字電視信號的同一個比特，這里可以總結為三同步，即同一時間、同一頻率和同一比特。通常多個發射機的多路徑信號以及同一發射機的直射與反射信號會在接收機端形成信號的疊加，可以提高接收信號的質量。

5 結 語

DVB-T可以保證移動終端在移動環境和微功耗條件下接收數字電視節目，從而很好地配合3G網絡的應用。其標準的初衷并不面向移動接收，然而，在新加坡和德國試運營中證明DVB-T在高碼率傳輸移動環境中表現非常好［9-10］。盡管DVB-T具有以上優勢，這種優良的抗多徑能力會有一些代價:其載/噪比低于8-VBS，并且限制了信號的有效傳輸距離;COFDM也對來自于電機，如真空吸塵器和電扇的脈沖干擾較敏感;另外數量幾千的載波導致較高的峰/均值比，并且需要較高功率的發射機;保護間隔降低了頻譜效率并明顯減少帶寬的比特/赫茲率。這些問題將在下一步的研究中解決。

參 考 文 獻

［1］秦凱勝.中國數字電視的發展［J］.科技情報開發與經濟，2004(2)：10-13.

［2］鄧永紅.地面數字電視技術概述［J］.有線電視技術，2003(15):8-10.

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［4］廖勁松.地級市有線數字電視平臺設計［D］.成都:電子科技大學，2008.

［5］吳潮.數字電視［J］.黑龍江科技信息，2007(21):20-22.

［6］張倩.我國數字電視的現狀及發展［J］.新聞愛好者，2007(10):17-18.

［7］張繼東.DVB概述［J］.電視技術，2002(4):23-25.

［8］范強賢.基于DVB-C的數字電視技術架構及其應用［J］.科技信息，2009(1):15-16.

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