我國無線數(shù)字電視系統(tǒng)的選擇研究

李保志 胡曉東

無線數(shù)字電視是“十。二五”期間我國廣播電視數(shù)字化的任務(wù)之一。其由于諸如標(biāo)準(zhǔn)紛爭、頻率規(guī)劃、技術(shù)模式、運營體系、終端條件等多種原因尚處于萌芽階段。在此階段出現(xiàn)了基于多種國際、國內(nèi)非標(biāo)體系的地面數(shù)字電視解決方案。其如何大規(guī)模運營？筆者從以下技術(shù)角度加以分析，供業(yè)界參考。

無線數(shù)字電視技術(shù)探究

廣義的無線數(shù)字電視包括利用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)傳輸?shù)墓潭ê鸵苿訑?shù)字電視、CMMB移動多媒體廣播（手機電視）以及已經(jīng)比較成熟的數(shù)字MMDS等各種利用無線信道傳輸?shù)臄?shù)字電視系統(tǒng)。

1.模型

按照傳輸理論，一套電視廣播體系包括播發(fā)、傳輸和接收。而無線數(shù)字電視區(qū)別于地面模擬電視的本質(zhì)特征除信道的傳輸容量增大外，還支持移動接收。因此無線數(shù)字電視的技術(shù)體系有其自己的特點，如圖1所示。

2.標(biāo)準(zhǔn)

目前世界上存在四個地面數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)體系，如歐洲D(zhuǎn)VB組織提出的以COFDM為核心的DVB-T/H標(biāo)準(zhǔn)；美國大聯(lián)盟組織提出的以8VSB為核心的ATSC標(biāo)準(zhǔn)；日本提出的以BST-COFDM為核心的ISDB-T標(biāo)準(zhǔn)；我國清華大學(xué)提出的基于多載波的以TDS-COFDM(時域正交頻分復(fù)用)為核心技術(shù)的DMB-T/TH標(biāo)準(zhǔn)和上海交大的以基于單載波的VSB（殘留邊帶）調(diào)制技術(shù)的ADTB-T標(biāo)準(zhǔn)（先進數(shù)字電視廣播----地面標(biāo)準(zhǔn)）的融合標(biāo)準(zhǔn)（工程上常稱為DTMB）。

在我國主要采用歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)和我國的DTMB標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，從廣義上講，基于DVB-C調(diào)制方式的數(shù)字MMDS（多路微波分配系統(tǒng)）和MUDS（多路分米波分配系統(tǒng)）規(guī)范也被應(yīng)用。

無線數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備的選擇

由于政策等原因，以下不考慮DVB-T標(biāo)準(zhǔn)

1. 信源編碼標(biāo)準(zhǔn)的選擇

無線數(shù)字電視對信源編碼標(biāo)準(zhǔn)未作特別要求，通常采用MPEC-2標(biāo)準(zhǔn)。因為此標(biāo)準(zhǔn)最成熟，支持此標(biāo)準(zhǔn)的編碼器、復(fù)用器的生產(chǎn)廠家最多，設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性、可信度理論上最高。

但H.264/MPEC-4及AVS信源編碼標(biāo)準(zhǔn)也可作選擇。因為這幾種編碼壓縮率較高，一個頻道可以傳送多套節(jié)目。但因目前主流機頂盒解碼芯片一般只支持MPEC-2和H.264/MPEC-4標(biāo)準(zhǔn)，且后者成本較高。故筆者建議無線數(shù)字電視建設(shè)初期采用MPEC-2信源編碼標(biāo)準(zhǔn)，以達到迅速推廣的目的，待系統(tǒng)運營發(fā)展成熟后，在換用H.264/MPEC-4標(biāo)準(zhǔn)進行（信源）編碼。

目前支持AVS標(biāo)準(zhǔn)的解碼芯片和（信源）編碼設(shè)備較貴，建議暫不考慮。

2.信道編碼與調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)的選擇

數(shù)字電視無線廣播傳輸系統(tǒng)信道編碼與調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，可以根本上擺脫專利費的困擾，而且其較歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)接收靈敏度和抗脈沖干擾的性能要高，因此同等發(fā)射功率下覆蓋范圍更大。故應(yīng)選用國標(biāo)。但國標(biāo)符號交織、（信道）編碼效率分別有2種和3種模式，調(diào)制方式有5種模式。這幾種模式還分別與3種幀結(jié)構(gòu)、2種載波方式（單載波與多載波）組合，合計有330種模式，如何選擇？研究表明，表1的7種模式應(yīng)優(yōu)先考慮。

表1中，模式2的符號交織深度（即延時緩存器中的緩存單元）為720符號，大于模式1的240符號，故優(yōu)先考慮。

無線數(shù)字電視信道編碼與調(diào)制方式的選擇應(yīng)綜合考慮覆蓋對象、覆蓋半徑、節(jié)目套數(shù)和保護間隔（用于克服同頻率的多經(jīng)信號對主信號的影響而采用的校正技術(shù)）。

就覆蓋對象而言，包括固定接收、車載接收（高速）、移動接收（低速）和便攜接收。固定接收接有固定天線，電視機不會隨便搬移，一般來說接收條件經(jīng)調(diào)整后不再變化，故其對C/N門限和保護間隔要求不高，但固定接收是大面積的接收，其終端數(shù)量多而集中，要求節(jié)目的數(shù)量最多，因此，對單頻網(wǎng)（主、副發(fā)射機同頻率）各發(fā)射機的覆蓋半徑要求不高，但要求有較高的凈荷速率。故建議采用模式4，信道編碼率為0.6（折中考慮到服務(wù)對象的主流性及用戶數(shù)量的巨大）、調(diào)制方式采用表1中效率最高的64QAM；就移動接收而言，其要求C/N門限盡量低，以適應(yīng)各種意想不到的惡劣環(huán)境，但要求的節(jié)目套數(shù)相對少，故建議采用模式3（4QAM調(diào)制方式）或模式7（16QAM調(diào)制方式，C/N門限為7.95dB）。

其它的覆蓋半徑、節(jié)目套數(shù)（凈荷速率為20Mbit/s時約傳送8-10套標(biāo)清電視節(jié)目）和保護間隔請參見表1綜合選擇。

3．天線的選擇

在電視工程中，根據(jù)電場的方向，天線分為水平極化和垂直極化。從理論上說，水平極化天線具有良好的遠區(qū)場強分布，在同樣的發(fā)射功率下可以覆蓋更大的范圍；而垂直極化天線的近區(qū)場強分布則強于水平極化，尤其是在潮濕、多水、多樹林等環(huán)境條件下，垂直極化天線的近地接收效果更加明顯（因水平極化天線在潮濕、多水等環(huán)境下存在極化偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象）；另外垂直極化天線很容易實現(xiàn)水平面內(nèi)360度接收。相對于模擬電視而言，同樣發(fā)射功率的數(shù)字電視覆蓋范圍要大一些。因此，筆者建議無線數(shù)字電視選用垂直極化發(fā)射天線。對于移動接收，建議接收天線也選擇垂直極化天線，以實現(xiàn)運動平面的全方位接收。

4．發(fā)射頻率的選擇

無線數(shù)字電視對發(fā)射頻率的選擇應(yīng)考慮如下因素：

1)發(fā)射機功放模塊的線性動態(tài)范圍。目前生產(chǎn)的無線數(shù)字電視發(fā)射機一般都采用LDMDS功放模塊，為獲得較大的線性動態(tài)范圍，基本上都選擇在UHF頻段工作。

2)環(huán)境的吸收損耗。研究表明，水、濕地、樹林等對無線數(shù)字信號的吸收，隨著頻率的增高而增大。

3)電磁干擾問題。理論上頻率越低，干擾越嚴重。

4)移動接收的多普勒頻移問題。對于速度相同的移動接收而言，頻率越低，多普勒頻移越小。

中和以上因數(shù)，建議地面數(shù)字電視（尤其是以移動接收為主的地面數(shù)字電視），選擇550-700MHz工作頻率為宜。對于水、濕地、樹林偏多的區(qū)域，開展數(shù)字移動電視以工作頻率偏低為宜。

5.發(fā)射網(wǎng)絡(luò)的選擇

無線數(shù)字電視廣泛采用單頻網(wǎng)技術(shù)，即在同一區(qū)域的一個主發(fā)射臺、若干輔發(fā)射臺構(gòu)成同時在同一發(fā)射網(wǎng)絡(luò)一個頻段上發(fā)射同樣的無線信號，以實現(xiàn)對一定服務(wù)區(qū)域的可靠覆蓋。但輔助發(fā)射的引入帶來了新的問題，即每增加一個發(fā)射點，就等效于對單頻網(wǎng)內(nèi)其它發(fā)射機引入一個多經(jīng)，使信號在n臺發(fā)射機（n不小于2）的交界處產(chǎn)生多經(jīng)效應(yīng)，影響接收效果。因此建議在市區(qū)地形不是非常復(fù)雜的城市，如果能用一個發(fā)射機完成覆蓋，就盡可能采用適當(dāng)功率的單點覆蓋，個別盲區(qū)建議采用同頻轉(zhuǎn)發(fā)器加高指向性天線來覆蓋；而對環(huán)境特別惡劣的覆蓋或超大范圍的覆蓋，則建議采用多點覆蓋的網(wǎng)絡(luò)。

無線數(shù)字電視解決方案的選擇

不難預(yù)見，無線數(shù)字電視是“十。二五”期間廣播電視產(chǎn)業(yè)最大的一塊蛋糕。在過去的幾年里，無線數(shù)字電視由于諸多原因（如標(biāo)準(zhǔn)問題、政策原因、配套產(chǎn)品等）而出現(xiàn)了有限區(qū)域“百花齊放”的局面。如有采用MPEC-2編碼+DVB-C調(diào)制+無線發(fā)射的（含VHF/UHF/微波頻段），有采用MPEC-2編碼+DVB-T調(diào)制+單頻網(wǎng)發(fā)射的，有采用MPEC-2編碼（或H.264編碼）+DTTB(國標(biāo))調(diào)制+單頻網(wǎng)發(fā)射的..........

方案一：數(shù)字MMDS+有線終端分配

所謂數(shù)字MMDS（多路微波分配系統(tǒng)），即在一個搭建良好的數(shù)字MMDS微波通道上傳輸DVB-C數(shù)字電視多套節(jié)目的無線寬帶接入系統(tǒng)。在我國，它作為有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的延伸已成為公認的規(guī)范而受到保護。其方案如圖2。它采用數(shù)字有線電視前端信號（MPEC-2編碼+DVB-C調(diào)制）+MMDS發(fā)射。工程上MMDS可占用的頻帶達184MHz，按一個8MHz帶寬的頻道傳送6套標(biāo)清數(shù)字電視節(jié)目計算，可傳送（電視）節(jié)目上百套。

本方案的接收按傳送流程可分為兩部分：集體接收和個體接收。集體接收（數(shù)字MMDS接收）采用微波下變頻器將2.5GHz-2.69GHz的微波頻段轉(zhuǎn)換為48.5-862MHz的有線電視頻段；個體接收使用基于DVB-C的數(shù)字機頂盒接收即可。當(dāng)然，理論上也可采用微波下變頻器+基于DVB-C數(shù)字機頂盒直接實現(xiàn)個體接收。

方案二：基于DVB-C調(diào)制方式的數(shù)字MUDS無線電視方案

與4.1方案不同的是：其發(fā)射的頻率即位于DVB-C調(diào)制（變頻）的有線電視頻段。接收使用基于DVB-C的數(shù)字機頂盒即可。

方案三：基于國標(biāo)調(diào)制方式的數(shù)字無線電視方案

如圖2，該方案的信源編碼未作規(guī)定，可以是最為成熟的MPEC-2方式，也可以是H。264、MPEC-4，還可以是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的AVS；信道編碼與調(diào)制方式的組合采用3.2節(jié)的介紹。發(fā)射網(wǎng)絡(luò)可以采用單頻網(wǎng)（SFN），也可以采用多頻網(wǎng)（MFN）。終端接收采用基于國標(biāo)的地面數(shù)字電視機頂盒。

方案四：基于DVB-T調(diào)制方式的數(shù)字無線電視方案

該方案信源編碼采用MPEC-2標(biāo)準(zhǔn)，信道編碼與調(diào)制采用歐洲的DVB-T標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)射網(wǎng)絡(luò)采用單頻網(wǎng)。終端接收采用基于DVB-T標(biāo)準(zhǔn)的無線數(shù)字電視機頂盒。

筆者以為，方案三具有政策的保護，是規(guī)劃中的無線數(shù)字電視不二的選擇；方案一和方案二投資最省，是縣級有線電視運營商低成本延伸有線數(shù)字電視信號的較佳選擇；方案四沒有政策支持，已經(jīng)建成的建議逐步更換國標(biāo)信道編碼調(diào)制設(shè)備，向方案三過渡。

結(jié)束語

長期以來，無線電視廣播一直是黨和國家的重要宣傳工具，承擔(dān)著把黨和政府的聲音傳到千家萬戶的任務(wù)。而無線數(shù)字電視則是地面電視技術(shù)體制的重要變革，它使得傳輸容量成倍增加，服務(wù)功能大大增強；同時改變了地面模擬電視只能支持固定接收的弊端，能夠滿足移動接收的要求。這對于拓寬廣播電視服務(wù)領(lǐng)域和服務(wù)范圍，進一步鞏固拓展宣傳陣地，提升廣播電視的公共服務(wù)水平，更好地滿足人民群眾日益增長的精神文化需求，都具有十分重要的意義。筆者認為，地面數(shù)字電視平臺應(yīng)以省為單位統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一運營，并將CMMB（移動多媒體廣播）納入地面數(shù)字電視統(tǒng)一規(guī)劃（CMMB支持低分辨率小型移動終端，其它地面數(shù)字電視接收產(chǎn)品支持中高分辨率終端）。同時還可以在部分地區(qū)采取與有線數(shù)字電視共建前端（MPEC-2編碼、復(fù)用、加擾、CA、SMS）的辦法以緩解資金壓力和避免重復(fù)投資。誠如是，則廣播電視有線、衛(wèi)星和地面數(shù)字電視三種傳輸體系將各施其責(zé)，共同繁榮廣播電視服務(wù)體系，使廣播電視覆蓋做大做強。