清华大学 DMB-T 地面数字电视传输方案白皮书(三)

2.7DMB-T 的数据传输能力怎么样？
DMB-T 系统具有强大的传输能力，可以支持打包为MPEG-2 传输流格式从
4.8Mbps 到32.4Mbps 的数据码流，完全可以支持码率为20Mbps 左右的高清晰度数字电视格式。DMB-T 符合移动电视的所有现有业务和扩展业务的需求，实现频谱利用率的提高、更高质量更多种类广播电视服务业务的提供等。对于我国8MHz 的标准带宽里，传送码率的数据如下表2 所示。
表2 DMB-T 系统有效载荷表
DMB-T 系统在每个频道里可传送多少套数字电视节目？
有效载荷
调制方式
保护间隔
内码码率
QPSK
16QAM
64QAM
125 μs (1/4)
4/9
4.8128 Mbps
9.6256 Mbps
14.4384 Mbps
2/3
7.2192 Mbps
14.4384 Mbps
21.6576 Mbps
8/9
9.6256 Mbps
19.2512 Mbps
28.8768 Mbps
55.6 μs (1/9)
4/9
5.4144 Mbps
10.8288 Mbps
16.2432 Mbps
2/3
8.1216 Mbps
16.2432 Mbps
24.3648 Mbps
8/9
10.8288 Mbps
21.6576 Mbps
32.4864 Mbps
实际上节目的内容决定了码流的高低，我们并不能单纯的说每个频道里能够传送多少数字电视节目，还要看具体是什么样的节目应用、信源压缩技术等因素。通常情况下，利用MPEG-2 压缩标准传送一套快速运动的体育节目大概要求4 到5Mbps 的码流，传送一套新闻、访谈节目大概需要3Mbps 的码流，传送一套图文信息只需1.5Mbps 的码流，而传送高清电视节目需要20Mbps 左右的码流。因此，需要运营单位合理地安排节目数量，具体情况参考表3。
表3 DMB-T 方案可以实现的服务
服务类型
数据速率
视频
音频
数据
192 kbps 用来传输两路视频通道立体声
500 kbps 用来传输节目表或者电子节目指南
移动
5.4 Mbps
2.8 Mbps 用来传输一路标清数字电视（如循环新闻）
512 kbps 用来传输四路立体声音乐服务（每对128 kbps）
1.4 Mbps 用来传输标题新闻、体育快报、股票信息、天气预报、交通路况等
1 Mbps 传输5 路节目的音频信号（每对192 kbps）
700 kbps 用来传输节目表或者电子节目指南
移动和固定
16.2 Mbps
12.5 Mbps 传输5路标清视频
1 Mbps 用来传输8 路音乐节目（每对128 kbps）
1 Mbps 用来传输标题新闻、体育快报、股票信息、天气预报、交通路况等
20 Mbps 用来传输8 路标清数字视频节
1.9 Mbps 传输10路视频节目的立体声信号（每对192 kbps）
1 Mbps 传输节目表或者电子节目指南
固定
24.4 Mbps
目（或者20 Mbps 用来传输1 路高清和1 路标清）
1 Mbps 传输8 路音乐节目（每对128 kbps）
500 kbps 用来提供标题新闻、体育快报、股票信息、天气预报、交通路况等
2.9 DMB-T 有什么扩展功能来帮助运营商开展更多的应用业务？
DMB-T 方案不仅能够支持现有的各种广播服务，而且具有支持各种新的通信服务业务的可扩展性。在解决了数字高清晰度电视传输问题的同时，将给高速信息用户接入和移动通信领域带来新的发展空间。主要包括：
（1）可以进一步扩展互联网应用。
（2）增加组播、点播、导呼业务。
（3）拓展视频、数据、语音等的综合的和交互的应用业务。
（4）开发更加便携的移动接收业务，包括手机接收数字电视等。进一步开发接收机定位业务。
第三部分关于单频网
3.1 什么是单频网技术？
单频网（SFN：Single Frequency Network）是由多个不同地点的处于同步状态的无线电发射台，在同一时间、以同一频率发射同一信号，以实现对一定服务区的可靠覆盖。
单频网技术有哪些优点？
单频网的第一个优点就是有利于频率规划。在我国频谱资源有限的情况下，可以大大节约宝贵的频率资源，提高频谱利用率。
第二点，由于无线电信号本身的特性，在高楼林立的城市中，无论单个数字电视发射站点的发射功率多大都会有很多信号覆盖不到的区域，这些覆盖不到的区域被称作覆盖盲区或盲点，单频网则可通过多点同频发射的办法来解决覆盖盲区问题，获得较好的覆盖率。
第三，单频网技术还可降低发射机设备的成本；通过优化和调整单频网发射网络（基站数量、分布、发射天线高度、发射功率等），可以使用多个较小功率发射机代替一个大功率发射机，以降低信号辐射、减少电磁波污染、增强覆盖均匀度，也可以根据需要随时改变覆盖意图。
3.3 实现单频网的难点是什么？
要实现单频网，在发射端的最大难点是多个发射机的同时同步播出同一节目。而接收端最大的技术难点是在多个发射站点都覆盖到的交叉覆盖区内，接收机如何能可靠地接收发射信号。美国的ATSC 标准除了使用多频网外，还采用同信道中继器的方式来扩展服务区域；中继器接收发射台的信号并进行简单处理后将信号转发出去，这样的转发中继系统里，转发点往往使用定向天线，由于不同的中继器发射信号并不同步，如同模拟电视的中继转发一样，所以严格的讲这种结构并不是单频网。
DMB-T 的单频网技术原理是什么？
DMB-T本身采用了TDS-OFDM技术，系统信号帧与绝对时间同步以及采用OFDM 调制方式，在实现单频网时具有先天优势。DMB-T 单频网的结构框图如图所示，接收站点会将有效数据在分配网络中的传输延迟、主发射点发来的同步信号、本站点收到的GPS 同步信号进行综合计算，得出该站点发射信号的时间。在中心发射站，DMB-T 单频网适配器每隔一个大帧（560ms）在传输流中插入一个控制包，该控制包包含同步时间标签（来自GPS 接收机的1pps 到大帧开始的时间差）和到下一级发射站的最大延时。
图2 DMB-T 地面数字电视单频网传输系统示意图
第四部分关于DMB-T 地面数字电视系统的建设
4.1 哪些地方已采用DMB-T 进行地面数字电视广播？情况如何？
（1）深圳视数字电视研发及产业化办公室已经于2003 年开始，利用深圳数字电视传输中心的平台，开展DMB-T 移动数字电视试验。采用28 频道，和RS 的500 瓦数字发射机、RS 的DMB-T 激励器、UBS 的单频网适配器等设备，在梧桐山、格兰云天两个发射点构成DMB-T 单频网，DMB-T 的移动接收、高清晰度接收、单频网都运行正常，无论在试验内容多样性、环境多样性、复杂性方面、工作模式和传输速率（大跨度：5.414 到24.265Mbps）多样性方面，还是在移动接收范围和覆盖效率方面都验证了清华DMB-T 的移动接收性能。将很快转入运营阶段。
（2）天津广播电视电影集团采用DMB-T 做移动数字电视，2004 年初开始用新27CH（586MHz）的模拟电视频道资源，利用天津电视塔原有馈线系统，实现标清数字电视节目和数据传输，可靠的实现了数字电视的车载移动接收。目前，该系统正在天津市以及郊区试播。250 瓦的发射功率即可实现一直到廊坊的距离为50Km 半径的覆盖区域。
（3）河南省广电局科技委经过认真论证，于2004 年6 月份决定采用清华大学DMB-T 方案进行无线数字电视的开路试播，由河南省广电信息网络公司负责移动数字电视的建设和运营。初步确定20 频道（530MHz），计划在郑州等9 个中原城市群建设DMB-T单频网。目前已经在郑州市建成了由北广型号为DEV1的DMB-T 激励器和1 千瓦发射机等设备组成的单站系统，利用河南省广电发射台的182 米发射塔进行信号发射，覆盖郑州市城区以及直到开封、焦作、新乡等地市城区的远郊区域，覆盖半径约57 公里。
近期会有更多的省、市上马DMB-T 无线宽带多媒体/电视项目，同时已经有几个项目正在紧张建设和试验中。
4.2 DMB-T 是否已经达到了产业化应用的水平？
DMB-T 方案历经三次理论分析（计算机仿真、专家评估、方案论证）、三代（功能、测试、产品化）样机研发、三代（测试、试用、产业化）专用芯片开发、三种（密集楼群地区、中小城市、现代化都市）场地试验、三个（全国广电标委会、国家知识产权局、中国工程院）专业部门评估等阶段，并已通报国际电联，技术已基本成熟，方案已基本定型。
到2003 年批量产业化接收芯片开发成功后，DMB-T 方案已完成三代专用芯片的开发；同时，在DMB-T 专用芯片支持下，清华大学和长虹、熊猫、TCL、康佳、创维、海信、赛格等8 家国内彩电领军企业，开发出DMB-T 数字电视机、机顶盒和数模一体化数字电视机；同时吉兆、R&S、Itelco、北广等国内外主要广播设备企业已完成DMB-T 数字电视激励器、发射机等设备的研制。DMB-T 系统除在深圳、天津大规模试验外，近期将在若干主要城市开始试验运营。4.3 符合DMB-T 传输协议的设备都有哪些？
截止到2004 年4 月份为止，清华大学DMB-T 方案的产业化成果主要有：（1）DMB-T 数字电视激励器；（2）2003 年6 月开发成功清华大学DMB-T 第三代产业化芯片；（3）装有DMB-T 产业化芯片的数字电视机；（4）装有DMB-T 产业化芯片的移动接收机顶盒；（5）装有DMB-T 产业化芯片的数模兼容电视一体接收机；（6）DMB-T 数字发射机（含非线性校正、线性补偿、PCR 校正等）；（7）数字多媒体地面广播传输（DMB-T）单频网技术在深圳试验成功；（8）DMB-T 高清晰度数字电视（24.368Mbps）的高速移动接收试验成功。
可供选择的符合DMB-T 的发送端产业化设备主要包括：（1）北京吉兆电子有限公司的DMB-T 激励器和发射机；（2）德国R&S 公司的激励器和发射机；（3）意大利Itelco 科技公司的DMB-T 激励器；（4）加拿大UBS 科技公司单频网适配器；
（5）北京北广电子集团有限公司的DMB-T 激励器和发射机。
可供选择的符合DMB-T 的接收端产业化设备主要包括：（1）四川长虹电子集团有限公司的DMB-T 机顶盒以及一体化数字电视机；（2）熊猫电子集团、TCL 集团、青岛海尔集团、创维集团、青岛海信集团、河南安彩集团、康佳集团、深圳力合电子、清华永新电子、清华同方、北京北广电子集团、北大青鸟华光、深圳赛格高技术投资有限公司、京东方科技集团股份有限公司等15 家单位的高清和标清DMB-T 机顶盒，目前也陆续会有更多的终端厂家开发、设计、生产DMB-T 接收机。
4.4 单站DMB-T 发射的移动数字电视项目如何实现？
单个站点最简单的设备配置主要包括：MPEG-2 编码器、复用器、DMB-T 数字激励器、DMB-T 数字发射机、天馈线系统。实际上，当前的移动数字电视可以借用已有的模拟天馈线系统，节约资源和建设时间。
此外，还要准备测试信号所需要的测试设备，不过这些设备都无需全天候使用，可考虑在需要的时候借用或租用。主要有包括场强仪、功率计、频谱仪、标准接收天线、GPS 定位仪等。
DMB-T 单站系统设备原理示意图
表4 DMB-T 地面数字电视单站系统设备基本情况表
设备名称
数量
说明
MPEG-2 编码器
2
复用器
1
DMB-T 激励器
1
DMB-T 发射机
1
天馈系统
1
可借用已有系统
注：单站机房所需设备总共约40 万到180 万人民币。
4.5 接收设备都有哪些产品形式？车载系统主要由哪些设备组成？
地面数字电视的接收设备存在形式比较多，主要包括机顶盒、数字电视一体化接收机、数模兼容接收机、高清晰度数字电视接收机、高清晰度数字电视显示器、数字电视接收卡（盒）、便携接收设备（PDA、手机等）。不管那种产品形式，都离不开接收天线，还要考虑接收设备的供电电源。当然最理想也是最简单的产品形式就是带有液晶显示的一体接收机，通常采用的形式就是接收机顶盒加上显示设备的组合。
DMB-T 车载接收部分要求具备轻便简洁、容易安装使用。主要包括接收天线、车载DMB-T 接收机顶盒、液晶显示器、汽车电源或者UPS 等四个部分。其中机顶盒最好带上遥控器，并具有断帧停画面功能；车载天线用定制的窄带天线；显示器用车用的超薄小液晶显示器（15 或者17 英寸）。
图4 车载接收系统
文章标签:DMB-T正交频分复用DTTB单频网
文章出处:清华大学
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