浅谈数字电视地面广播

2006-09-30 17:06:49 来源:山东电视网
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        山东电视台发射台 王宗运

        数字电视具有图像清晰、无噪声、无重影、多媒体等特点,对电视技术产生革命性的变化。根据国家有关部门规划,2005年四分之一的电视台(覆盖全国主要城市)将发射和传输数字电视信号;2008年用数字电视转播北京奥运会;2010年计划全面实现数字电视广播;2015年停止模拟广播电视的播出。

         目前数字电视广播主要有三类标准:卫星广播标准DVB-S,有线电视广播标准DVB-C和地面广播标准DVB-T(欧洲标准)等。卫星广播具有覆盖面大,不受地域影响等优点,但对于一般用户来讲,接收端需要天线锅面、卫星接收机等,价格难以接受,所以发展受到一定限制;另一方面,直接接收卫星节目需要国家相关政策的支持,所以短时间内难以推广。有线电缆广播电视着重于解决“信息到户”的问题,特别是在城镇等人口居住稠密地区,但“最后一公里”建设成本很高,对幅员辽阔的广大地区,收看有线电视短期内无法实现。而地面无线广播作为电视广播的传统手段,由于其独有简单接收和移动接收的能力,能够满足现代信息化社会所要求的“信息到人”的基本需求。数字电视一个频道在通过网络管理和软件的控制下,可以同时收看多套标清晰度电视节目、调频广播节目及数据广播等,对电视观众来说,是质的进步,而且数字电视地面广播的传输和使用能克服环境恶劣和从根本上解决了频谱资源紧张的问题。无疑,数字电视地面广播的推广和产业化将带来不可估量的经济增长。

        当今国内许多省市已开始进行数字电视地面广播的试验,上海文广集团在数字电视无线发射、移动接收方面走在了前面,而且在经济上也得到了很好的回报;北京广电传媒公司的数字移动接收也已投入运行,前景看好,潜力巨大。还有的省市正蓄势待发,为抢占这巨大的潜力市场而努力工作,数字地面广播已成为社会各界关注的焦点。新一轮的发展,对我们提出了新的挑战,刻苦学习数字技术,加强调研研究,做好知识储备,积蓄力量,这是摆在我们面前的重要课题。

1 数字电视地面广播的技术优势

        数字地面电视广播通常传送只有两个取值“0”或“1”,接收端只需用对接收信号进行对应于数字“0”或“1”两状态的判定。这一特点使信号在传输过程中,噪声和干扰虽然对信号的波形有影响,使其产生失真,但在很大程度上仍能判定传送信息是“0”或“1”码的波形,消除了失真与噪声的积累,通信质量可达到或接近信号源的质量。

        数字地面电视广播的传输由于采用了二进制信息形式,便于采用纠错编码从而实现信息无差错传输和存储,所以移动电视的传输可靠性高。基于以上特点,移动电视接收的信号仅要求较低的载噪比,因此发射机功率可以降低,即节约了能源,也降低了电磁污染,使环境得到了改善和保护。

        此外,移动电视由于采用了数字传输技术,具有频谱利用率高、可以通过计算机网络实现互联和资源共享、便于实现多媒体广播以及设备体积小、重量轻、功耗省、可靠性高、多功能和智能化等一系列模拟电视无可比拟的优势。

2 数字地面电视系统主要组成:

(1) 前端系统,主要完成节目的制作、编辑、播出控制、视音频编码、数据协议转换,码流复用、单频网适配等任务。

(2) 传输网络,主要数字电视码流传输到发射系统,并完成码流的恢复和同步等。系统前端一般与发射系统不在同一处。在单频网模式下,一般有多个发射系统。

(3) 发射系统,主要任务是对输入的码流进行同步调制、变频、放大、滤波、信号合成,然后通过馈线送至天线进行传输。

(4) 接收系统,主要任务是对所收到的高频调制信号进行变频、解调,得到数字电视码流,再进行解复用、解码并结合相应的控制,完成用户所要求的功能。

3 数字地面电视系统的制式

        至今,国内有关数字电视地面广播制式的标准还没有形成,而国际上能够应用的数字地面电视广播制式有DVB-T,ISDB-T和ATSC。其中ATSC是采用单载波方式(VSB),抗多径干扰和抗多谱勒效应能力不够强,难以建立单频网和进行移动接收。ISDB-T虽然能够满足单频网和移动接收的应用要求,但是该技术应用较少,接收模块和前端设备都比较少。国内正在应用、试验的方案主要有:欧洲制式DVB-T和清华制式DMB-T。

4. 数字地面电视的发射 

         数字地面发射系统的主要作用是组成单频网,以实现地面电视广播覆盖。它由传输网络与发射台组成。各发射台中有调制器(包含单频网适配器)和发射机,还需要一个同步钟源(一般采用GPS)。

        单频网适配器的主要功能是在数字码流中插入一个MlP(Mega-frame Information Pack)兆帧信息包,以传输同步信号。各点调制器对码流进行抗干扰处理并调制成IF信号,通过发射机上变频为RF信号,经功率放大后通过天线向空中发射。

        主要设备包括:数字发射机、调制器、单频网适配器、GPS同步钟源、发射天线。

4-1、数字电视单频网(SFN)

4.1.1 数字电视单频网介绍


        数字电视单频网就是由多个发射台发射组成的数字电视覆盖网络,所有发射台采用同一个频率在同一时间发送同一个节目。典型的数字电视单频网系统主要由SFN(Single Frequency Network)适配器、GPS时钟、数字电视发射机等组成,如(图-1)所示。 

                                      

                                                                      数字电视单频网系统原理框图-1



        数字电视单频网的主要优点是:

1) 节省频率资源;

2) 覆盖范围大;

3) 用户在网络覆盖范围内移动接收中不需要更换频道。

4.1.2、数字电视单频网的核心问题

        单频网的核心问题是同步问题,主要包括三个同步:

1) 频率同步,即所有发射台的载波频率必须同步;

2) 时间同步,即各个发射台播出的节目相同,且时间同步;

3) 码元同步,即调制信号的比特率必须同步。

         上述同步主要通过GPS时钟和SFN适配器来解决。

         发端SFN适配器对输入的TS流进行兆帧信息包(MIP)处理,同时插入时间、系统控制等信息,然后送入传输网络。在收端,对应的SFN适配器解析MIP包,计算传输延时并自动补偿,即可实现发射台端单频网同步的要求。

4.1.3、数字电视单频网的实现方案

        对单频网系统需要解决两方面的问题:一是信源传输问题,二是发射台站设计问题。系统同步主要与传输系统有关,所以必须首先考虑。

目前信源传输主要有几种方式:

1) 采用SDH干线网传输,较适合于大范围覆盖,优点是传输质量高,缺点是成本高,而且部分需要建站的地区可能没有现成的网络;

2) 利用电视发射台传输,在覆盖中心区或高山上用一个频道发射数字电视信号,其余发射台接收该信号并解调后再调制,以单频网形式发射出去。该方案的优点是充分利用广电有利资源,不受地面网络的限制,但缺点是多占用一个电视频道,且覆盖范围有限,仅适合于局部地区的覆盖使用。

3)利用微波信道进行信源分发。

        实际使用中可能几种方式混合使用。

4.2. 数字电视单频网与模拟电视广播系统的区别

         数字电视单频网是一个网络的概念,不是单台发射机。单频网类似于移动通信的蜂窝网,但又不同于蜂窝网,因为所有发射台采用的是同一个发射频率。

1) 以前的模拟电视多采用大功率、大面积覆盖,频段以VHF为主;而数字电视单频网以中小功率、多布点、局部覆盖,频段以UHF为主。

2) 由于组网方式多种多样,每一个地区采用的方案均有差别。

3) 从接收端来讲,数字电视将支持固定、车载、手持等接收方式,而且画面清晰,不会有重影的现象。

4) 一个频道可以同时收看多套标清晰度电视节目、调频广播节目及数据广播,如股票信息等,而且可以对每一个用户、每一套节目进行单独进行收费。

5 数字地面电视广播接收端

        数字地面电视广播包括固定接收和移动接收。数字地面电视移动系统的接收设备主要包括:移动接收天线、稳定电源、延时开关、移动接收机(DVB-T移动接收机顶盒)、移动接收控制软件、移动存储软件,显示屏和放音系统。

 
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