DMB-T 与国际数字电视三大标准浅析

admin

摘要：

        本文论述了提出自主知识产权的数字电视标准DMB- T 的必要性。指出了三大国际数字电视标准的技术特点。对DMB- T 的关键技术特点进行了深入浅出的分析, 并将我国的DMB- T 标准和国际上的三大标准进行了比较。通过技术特点的比较, 给出了DMB- T 与国际三大标准相比的性能上的改进。

关键词：

          DMB- T    数字电视    标准

1 提出DMB- T 的必要性

        DMB- T 是我国自主知识产权的数字电视国家标准。它的制定和提出对我国的高新技术产业的发展和相关民族产业的振兴有着深远的影响。目前, 在数字电视传输的三大标准: 卫星传输、有线传输、地面传输中, 以地面传输标准为最基本的标准。因为它不仅技术含量高, 也是接收范围最广的大众传媒标准, 更为重要的是地面无线传输关系到国家安全和民族利益。如果采用外国标准, 仅我国现有的4 亿台电视机更新换代就可能要付出数百亿元的技术标准使用费。因此为了保证民族产业的可持续发展, 抵制国外标准的日益侵蚀, 必须研制出拥有自主知识产权的数字电视地面传输标准。

2 现有的国外三大数字电视标准

2.1 美国ATSC

        1996 年美国高级电视系统委员会( Advanced Televition Systems Committee, ATSC) 针对高清晰电视固定接收需求制定了地面数字电视传输标准。采用格形编码的八电平残留边带( Trellis- Coded 8- Level Vestigial Side- Band, 8- VSB) 调制系统, 能可靠地在6MHz 的电视信道中传输19.4Mbit/s, 经RS 编码达到21.35Mbit/s。其图像分辨率为普通电视的5 倍。加入0.3dB 导频( 用于系统辅助载波恢复) 和段同步( 用于系统时钟同步和信道编码, 纠错保护措施) , 使系统具有良好的噪声门限( 14.9dB) 。

2.2 欧洲DVB- T

        欧洲电信协会ETSI 于1999 年6 月正式提出欧洲数字电视视频地面广播( Digital Video Broadcasting-Terrestrial, DVB- T) 标准, 即欧洲标准( EN) , 是三者中应用最为广泛和灵活的。采用编码正交频分复用( Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing, COFDM) 技术。其发送数据包含图像、伴音、附加数据, 总的有效数据率为25.088Mbit/s, 经RS 纠错编码后总的有效数据率为27.017bit/s。穿插的导频比数据功率高3dB。

2.3 日本ISDB- T

        1998 年日本无线电工商业协会( Association of Radio Industries and Businesses, ARIB) 公布了日本地面综合业务数字广播( Terrestrial Integrated Service Digital Broadcasting, ISDB- T) , 该标准在欧洲的DVB- T 为原型的基础上, 加入自己的频带分段传输( Bandwidth Segmented Transmission, BST) 方式。因日本电视射频带宽为6MHz, 所以载波数和载波间隔与DVB 有所差别。和欧洲方案相比, 主要的不同在于接收方面, 增加了部分接收( Partial Reception) 和分层传输( Hierarchical Transmission) 。ISDB- T 于2001 年与ATSC, DVB- T 一起成为国际电联推荐标准。它与DVB- T 系统类似, COFDM原理, 只是在应用上可传送多种信息。这里我们就不再多加阐述。

2.4 三大标准的市场占有比例

        目前, 采用美国ATSC 标准的6 个国家和地区,已有两家经过技术比较研究后决定推出; 而采用欧洲的DVB- T 标准的国家或地区达到33 个。图1 为使用标准的比例分布图。
3  我国的电视标准

        清华大学数字电视传输技术研发中心, 在借鉴国际现有的三大标准的经验和教训的基础上, 融合数字电视通信最新发展的成熟技术, 提出了地面数字多媒体/ 电视广播传输标准( DMB- T) 方案。

        DMB- T 方案是在适用自主创新的时域同步多载波技术并对数字电视技术发展趋势和我国应用与产业需求的认真分析基础上确定的。

        本标准定义了在48.5~862MHz 频段中, 每8MHz 数字电视频带内, 地面数字电视广播无线传输信号的规范。

3.1 系统框图

        地面数字电视广播系统发送端完成从MPEG- TS 传送码流到地面电视信道传输信号的转换。输入数据码流经过扰码器( 随机化) 、前向纠错编码( FEC) , 然后进行比特流到符号流的星座映射, 再进行交织后形成基本数据块, 基本数据块与系统信息组合( 复用) 后并经过帧体数据处理形成帧体, 帧体与相应的帧头( PN 序列) 复接为信号帧( 组帧) , 经过基带后处理形成输出信号( 8MHz 带宽内) 。该信号经变频形成射频信号( 48.5～862MHz频段范围内) 。本系统的发送端原理如图2 所示。
        数据输入接口符合GB/T 17975.1 标准。

        射频输出接口符合SJ/T 10351 标准。

3.2 DMB- T 的技术特点

3.2.1 时域同步技术

        在OFDM系统中, 同步设置是最重要的环节之一, 也是OFDM系统最重要的创新焦点。与采用COFDM的DVB- T 系统不同, DMB- T 采用称为时域同步正交频分复用( TDS- OFDM) 技术, 将PN 序列填充传统OFDM的保护间隔作为帧头, 用于实现同步和信道估计等功能。

3.2.2 保护间隔的新定义

        根据OFDM符号的保护间隔中的填充信号, 以前有两种独立的定义: 一种是零值填充的保护间隔( 简称ZP- OFDM) ; 第二种则是广泛应用的循环前缀填充的保护间隔( 简称CP- OFDM) 。而DMB- T 系统的OFDM 保护间隔采用PN 序列( 简称TDS- OFDM) 。

3.2.3 与绝对时间同步的分层帧结构

        采用独具特色的分层复帧结构。这种与绝对时间同步的分层帧结构, 便于单频组网和进行定时接收; 也有利于未来系统的功能扩展, 如双向交互和定位功能等。对于手持便携接收机, 特别有利于省电控制。其帧结构如图3 所示。
3.2.4 串行级联系统卷积码纠错技术

        提出了一种新的串行级联编码与符号映射方式的组合纠错技术。

        前向纠错编码由外码( BCH 码) 和内码( LDPC)级联实现。分为下面3 种编码方式:

   

• 码率为0.4 的FEC( 7488, 3008) 码;     
  
• 码率为0.6 的FEC( 7488, 4512) 码;   
  
• 码率为0.8 的FEC( 7488, 6016) 码。
  

3.3 DMB- T 的优势

        通过应用这一创新的基础技术, 所构成的DMB- T 系统与国外标准的系统相比, 具有功能和性能上的优势。

3.3.1 分级的帧结构

        超帧号( SFN) 与超帧群号( SFGN) 一起被编码到超帧的第一个帧群头中。SFGN 被定义为超帧群发送的日历日期, 超帧群以一个自然日为周期进行周期性重复, 它被编码为下行线路超帧群中一个超帧的第一个帧群头中的前两个字节。在太平洋标准时间( PST) 或北京时间00:00:00AM, 物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。DMB- T 系统的物理信道是周期的, 并且可以和绝对时间同步, 从而可使接收机在需要的时候才开机。这意味着接收机可以设计成只有接收所需信息时才进入接收状态, 从而达到省电的目的。

3.3.2 传输效率或频谱效率高

        传输效率在多载波技术和单载波技术进行比较时被认为是多载波的弱点, 欧洲DVB- T 中, 用于同步和信道估计的导频载波数量约占总载波数的10%; DMB- T 系统的PN 同步序列放在OFDM保护间隔中, 既作为帧同步, 又作为OFDM的保护间隔,节省了频带带宽。

3.3.3 抗多径能力强

        OFDM多载波和单载波系统比, OFDM 系统更具有抗多径干扰的性能。由于DMB- T 的保护间隔中插入已知的PN 序列, 接收端很容易准确探测, 并估计信道特性。时域同步的正交频分复用系统借助时域和频域综合处理的方法, 在多径延迟长度超过保护间隔的情况下, DMB- T 仍能工作。

3.3.4 适于移动接收

        移动接收时存在多普勒效应和遮挡干扰, 使传输信道具有随时间变化的特性。DMB- T 信道估计仅取决于OFDM的当前信号,COFDM的信道估计需要4 个连续的OFDM符号, 因此, COFDM在移动情况下, 要考虑4 个OFDM 符号的信道变化影响。而TDS- OFDM 只需要考虑1 个OFDM 符号的信道变化影响。所以DMB- T 更适合于移动接收, 其移动特性优于DVB- T 系统。

3.3.5 系统同步快

        TDS- OFDM是靠PN 序列进行同步的, 仅在时域进行, 信号捕获时间约为几个微秒, 相当于相邻PN 序列的时间间隔。而COFDM的同步技术实现复杂, 信号捕获时间需要上百微秒。

3.3.6 易于构筑单频网

        DVB- T 需要借助传输层信号格式进行单频网同步, 其实现技术复杂。DMB- T 的物理帧格式以整秒为单位, 能够直接用于单频组网的同步, 实现设备简单, 建网成本低。