數(shù)字化時代電視信號傳輸技術研究與展望

北京京航計算通訊研究所 滕 偉

數(shù)字化時代電視信號傳輸技術研究與展望

北京京航計算通訊研究所 滕 偉

隨著微波、衛(wèi)星、移動通信、光纖通信技術的快速發(fā)展，人們已經(jīng)進入到數(shù)字多媒體時代，電視信號也從原來的模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號，提高了電視節(jié)目傳輸質量，能夠為用戶提供720P、1080P、2K和4K的高清晰視頻，但是也迅速加大了數(shù)字電視傳輸技術要求，需要提供大容量、高速度的傳輸信道。本文詳細地描述數(shù)字化時代電視信號傳輸技術應用現(xiàn)狀，并且結合通信技術發(fā)展現(xiàn)狀展望未來數(shù)字電視傳輸技術及發(fā)展趨勢，為數(shù)字電視傳輸技術應用及發(fā)展提供參考。

數(shù)字電視；多路微波系統(tǒng)；MMDS；光纖通信

1.緒論

數(shù)字電視信號傳輸與模擬電視大不相同，數(shù)字電視信號由數(shù)字符號0和1構成的二進制代碼串組成，不同的二進制代碼串可以由調制器、解調器等進行調制，目前常用的數(shù)字電視信號傳輸可以根據(jù)媒介進行劃分，分別是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)、有線電視傳輸系統(tǒng)和無線電視傳輸系統(tǒng)。隨著大規(guī)模光纖通信、移動4G通信的發(fā)展和改進，數(shù)字化電視信號也開始經(jīng)歷大變革，從傳統(tǒng)的同軸電纜、微波通信發(fā)展到了寬帶通信，實現(xiàn)了容量的遞增和速度的提升，更好的為用戶提供720P、1080P、2K和4K的高清晰視頻。

2.數(shù)字化時代電視信號傳輸技術

數(shù)字化時代電視信號傳輸技術很多，常用的數(shù)字電視信號傳輸技術包括電纜傳輸技術、多路微波系統(tǒng)、MMDS傳輸技術、光纖傳輸技術、光纖同軸混合網(wǎng)傳輸技術等[1]。

電纜傳輸技術主要采用同軸電纜，數(shù)字電視傳輸?shù)膬?yōu)點是不需要采用中繼器即可長距離傳輸視頻信號，但是同軸電纜體積大，需要鋪設較多的管道，電纜承受的壓力和彎曲程度都有限，如果超出限制則很容易損害電纜結構，造成信號傳輸終端[2]。

多路微波系統(tǒng)具有質量好、容量大、傳輸距離遠等優(yōu)勢，目前已經(jīng)在電視信號傳輸中得到廣泛普及和使用，取得了顯著的應用成效。但是，由于微波的頻率非常高，波長又很短，因此在空中傳播與光波非常接近，能夠直線傳播，但是遇到阻擋就會被反射或阻斷，因此微波通信需要中繼轉發(fā)，以便提高數(shù)字電視覆蓋范圍。多路微波系統(tǒng)能夠利用數(shù)字復用設備將30路視頻信號按時復用為一次群，進而可以實現(xiàn)二次群120路、三次群480路等，利用調制解調器將信號調制發(fā)射，接收端可以利用解調器還原數(shù)字信號[3]。

MMDS是一種可透明的傳輸業(yè)務的無線信號，可以為用戶提供一個無線視頻網(wǎng)絡的通信接口，滿足用戶視頻數(shù)據(jù)交互操作功能。MMDS采用的頻率集中在2GHz～5GHz，受到的雨衰等噪聲干擾影響較小，同等條件下傳輸質量較優(yōu)，因此也可以大范圍的覆蓋幾十千米的覆蓋半徑。

光纖傳輸技術是當前主流的視頻通信技術。光纖網(wǎng)絡利用光纜構建一個PON網(wǎng)絡，PON網(wǎng)絡可以實現(xiàn)點對多點信息發(fā)送，與傳統(tǒng)的廣播電視類似，可以利用以太網(wǎng)實現(xiàn)語音信息傳輸、視頻信息傳輸?shù)裙δ堋Ｄ壳?，?jīng)過多年的應用，PON網(wǎng)絡已經(jīng)實現(xiàn)了光纖到戶、光纖到樓、光纖到家、光纖到辦公室、光纖到路邊等接入模式，主要包括OLT、ODN和ONU三種設備，OLT可以完成光纖通信設備注冊認證和運行管理；ONU可以完成用戶端設備的接入和路由通信；ODN可以完成光纜線路分配、配線分配、分光器/合路器分配等，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信管理、路由交換管理[4]。PON網(wǎng)絡組網(wǎng)結構非常簡單，運營管理成本也非常低，易于網(wǎng)絡設備擴展，PON網(wǎng)絡是一個純介質的無源網(wǎng)絡，其可以有效避免雷電、電磁干擾，非常適合在高山、橋梁、河流等惡劣環(huán)境，占用的局端資源也非常少。另外，PON網(wǎng)絡可以為用戶提供非常高的帶寬資源，PON網(wǎng)絡可以為用戶提供一個上下對稱、速度較高的傳輸網(wǎng)絡，帶寬最高可以達到10Gb/s。

3.未來電視信號傳輸技術展望

隨著4G移動通通信、光纖通信的快速發(fā)展，未來電視信號傳輸技術將會集中向集成化、融合化、數(shù)字化和智能化方向發(fā)展，具體的發(fā)展趨勢如下所述。

光纖傳輸將會迅速發(fā)展到GPON時代，GPON是一個吉比特無源光網(wǎng)絡，其采用了最新的ITU-TG.984.x標準，具有高帶寬、高效率、廣覆蓋優(yōu)勢。GPON作為當前最先進的高性能網(wǎng)絡，已經(jīng)在電話運營商骨干網(wǎng)、廣域網(wǎng)和核心網(wǎng)得到廣泛普及。GPON網(wǎng)絡可以支持多種數(shù)據(jù)傳輸格式，比如IP/SONET/SDH/ATM/CWDM，能夠滿足數(shù)據(jù)分組傳輸實時性高、抖動性低的特點，具有一個完整的服務保障機制和故障處理能力。GPON網(wǎng)絡多應用于產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)、商業(yè)區(qū)等面積較大、用戶分布廣泛場景，ONU設備采用了多級分光模式，這樣就可以利用樹型網(wǎng)絡進行管理，便于用戶資源的管理和維護。因此，GPON將會迅速向廣電網(wǎng)絡發(fā)展和普及。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IOT）也是數(shù)字電視信號傳輸技術發(fā)展的重要方向。NB-IOT采用了多載波聚合傳輸技術，其是一種正交頻分復用技術，可以將信道劃分為多個正交的信道，能夠將一個高速數(shù)據(jù)流分解成并行的多個低速子數(shù)據(jù)流，然后將這些數(shù)據(jù)調制到信道上，實現(xiàn)信息傳輸。正交信號可以在接收端實現(xiàn)分離，避免各個信道之間的相互干擾，由于信道相關帶寬大于子信道的信號傳輸帶寬，每一個子信道都可以作為平坦性衰落，消除了各個符號之間的干擾。NB-IOT采用多載波聚合傳輸技術，不僅可以實現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸，同時也可以解決頻率不足等問題。NB-IOT采用自適應技術，可以利用最新的理論和技術，為NB-IOT提供一個全方位的自適應系統(tǒng)，實時地感知人為、自然噪聲和頻率干擾，實時分析信道的通信特性，識別干擾等級，動態(tài)地優(yōu)化NB-IOT。NB-IOT的多輸入多輸出技術還采用了預編碼或波束成型技術，可以確保一個或多個指定方向上的能量形成一個陣列增益，允許在不同方向上的多個用戶同時獲得服務，NB-IOT的多輸入多輸出技術可以突破傳統(tǒng)的單輸入單輸出信道容量存在的瓶頸問題，充分利用空間信道的弱相關性形成空間復用增益，在多個相互獨立的空間信道上傳遞不同類型的數(shù)據(jù)流，不需要增加物理帶寬，就可以成倍地增大NB-IOT的容量。

IP RAN也是互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字電視的重要傳輸方向，IP RAN 采用了IP/MPLS協(xié)議族，具有標準的、開放的接口，能夠用于高清晰視頻業(yè)務、大客戶VPN等多IP業(yè)務承載模式，是一個部署IP RAN的綜合業(yè)務承載網(wǎng)絡，只需要一臺IP RAN綜合承載網(wǎng)設備，就可以實現(xiàn)較強的不同4G通信業(yè)務設備運行模式。IP RAN具有很多的應用優(yōu)勢，建設應用過程中可以充分減少機房空間和配電設施，降低了4G通信的運行維護成本，實現(xiàn)業(yè)務統(tǒng)一管理和運維。

4.結論及建議

數(shù)字電視可以為人們提供豐富的娛樂視頻，滿足人們娛樂、學習、購物、工作的需求。數(shù)字電視傳輸?shù)囊曨l多為高清晰視頻，因此亟需要一個大容量、高速率的傳輸方式，光纖、微波、衛(wèi)星成為當前的主流通信模式，并且隨著移動4G通信將會誕生IP RAN、窄帶物聯(lián)網(wǎng)、GPON等更多的傳輸技術，滿足數(shù)字電視高清晰傳輸需求。

[1]常衛(wèi)民.網(wǎng)絡數(shù)字化時代廣播電視技術發(fā)展研究[J].西部廣播電視,2016(14):247-247.

[2]鄭慶才.網(wǎng)絡數(shù)字化時代的廣播電視技術發(fā)展研究[J].華東科技:學術版,2016(12):379-379.

[3]郭正闊,時榮華.淺析網(wǎng)絡數(shù)字化時代的廣播電視技術[J].西部廣播電視,2017(1):254-254.