數字電視地面廣播系統主要設計目標的探討
作者：昆明電視臺發(fā)射臺 副臺長(cháng)、高級工程師 嚴錦明 轉貼自：廣電在線(xiàn) 點(diǎn)擊數：583
摘要: 本文分析了數字電視地面廣播系統的三種傳輸性能和實(shí)現，就系統的主要設計討論抗多徑干擾技術(shù)、頻譜、標準制定，并簡(jiǎn)耍說(shuō)明了設計的主耍目的-頻譜的高效利用，數據傳輸、穩定的固定接收和移動(dòng)接收能力。
一、引言
設計一個(gè)系統所需達到的主要性能，首先要明確系統有哪些需求。才能從技術(shù)上尋找對應的最佳解決方案。設計要求參照國外已有系統的實(shí)際試驗與應用結果，數字電視接收應至少與現有模擬電視接收一樣好。電視觀(guān)眾可使用接收模擬電視信號的設施增加一個(gè)機頂盒(STB)就可容易地接收到穩定的無(wú)線(xiàn)數字電視信號，包括在室內采用簡(jiǎn)單天線(xiàn)實(shí)現穩定接收。在數字電視服務(wù)區邊緣地帶及其它一些信號微弱地區，可以通過(guò)使用高增益的定向室外天線(xiàn)接收到數字電視信號。即在多徑的環(huán)境中（瑞利“Rayleigh” 衰落），數字電視地面廣播系統能夠穩定運行。系統的數據傳輸容量應得到保證，在規定的頻道帶寬內，要求數字電視廣播系統能夠提供包括高清晰度電視、多路準清晰度電視、多路音頻數據以及包括系統業(yè)務(wù)和控制信息、節目指南、互聯(lián)網(wǎng)信息等在內的大量輔助數據。系統應具備支持這些業(yè)務(wù)，考慮到數字電視日后發(fā)展空間和業(yè)務(wù)應用的多樣性和對傳輸容量的不斷增長(cháng)的需求，數據傳輸容量的大小是衡量一個(gè)數字電視廣播系統設計好壞的重要指標。在提高系統其它性能時(shí)，?？紤]數據傳輸容量，系統必須支持便攜接收應用。便攜接收應是無(wú)線(xiàn)廣播的最基本接收形式之一。系統應考慮支持移動(dòng)接收應用。國外現有系統在設計定型階段大多沒(méi)有充分考慮系統的移動(dòng)接收性能。事實(shí)上，移動(dòng)接收能力是數字電視地面廣播與衛星及有線(xiàn)電纜廣播相比獨具特色之處，若系統能夠以較大的傳輸碼率實(shí)現移動(dòng)接收，如在車(chē)輛行駛速度一定范圍內接收，這樣應用范圍和形式將會(huì )大大增加。當然，移動(dòng)接收時(shí)的傳輸容量要明顯低于固定接收的傳輸容量。系統應方便頻譜分配并支持差轉廣播。數字電視系統應具備同頻和鄰頻抗干擾性，允許使用差轉廣播甚至同頻廣播等形式擴大覆蓋和填充零點(diǎn)區域。 系統應允許多種成本價(jià)格的接收機實(shí)現，包括低成本實(shí)現。數字傳輸系統的關(guān)鍵在于載波恢復、時(shí)鐘恢復和信道均衡。載波恢復是將接收機中的解調頻率和相位調整到與發(fā)送端的調制頻率和相位一致。時(shí)鐘恢復是將接收機系統時(shí)鐘的頻率和相位調整到與調制器系統時(shí)鐘的頻率和相位一致。信道均衡是用于補償因信道失真（如：多徑、帶內頻譜波動(dòng)）所造成的碼間干擾。
數字電視傳輸系統性能的優(yōu)越性主要來(lái)源于信道編碼和信號調制方式。衛星和有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )環(huán)境與理想的白噪聲模型極為接近，而優(yōu)秀的信道編碼和信號調制方式一般都是針對白噪聲模型設計的，這樣的信道編碼調制可以在衛星和有線(xiàn)電纜廣播中得到很好的應用，系統性能可以接近理論值。而地面廣播的環(huán)境顯然不是白噪聲模型，沒(méi)有任何信道編碼調制技術(shù)可以在地面廣播的環(huán)境下被優(yōu)化地使用。美、歐已有的系統都反映出這一特點(diǎn)：即在實(shí)驗室的白噪聲環(huán)境下，兩者都接近理論值，但一旦處于實(shí)際的地面廣播環(huán)境下，兩套系統性能都發(fā)生明顯的劣化。美國系統雖然在白噪聲性能方面優(yōu)于歐洲系統，但美國系統沒(méi)有考慮嚴重的多徑環(huán)境和衰落現象，其接收實(shí)際地面廣播信號能力相對于歐洲系統較弱。事實(shí)上，現有系統在白噪聲條件下具有增益的編碼在實(shí)際環(huán)境中不但無(wú)助于提高性能，反而加劇了系統性能的惡化。地面廣播的信道特性變化劇烈，信號幅度、相位的變化，多徑的時(shí)延和幅度的變化速度都遠比衛星和有線(xiàn)電纜信道復雜。系統能穩定工作的區域有限，對系統信號處理能力，尤其是處理速度及穩定性要求苛刻。再加上地面廣播要求與現有模擬電視廣播兼容，大功率非線(xiàn)性發(fā)射使相鄰頻道間的干擾加劇，若系統各個(gè)糾錯編碼保護環(huán)節不能很好地協(xié)調工作，就會(huì )顧此失彼，各部分性能互相牽制，使系統始終處于不穩定狀態(tài)。因此，在惡劣的地面廣播多變通道條件下，如何設計一個(gè)各個(gè)功能強自適應工作的數字電視地面廣播系統的關(guān)鍵技術(shù)，是我們每一名廣播電視技術(shù)人員思考的問(wèn)題，下面就數字電視地面廣播系統的設計作一些探討。
二、地面數字電視傳輸系統標準
目前全球共有三套國際地面傳輸系統標準，美國1996年高級電視系統委員會(huì )(ATSC) 研發(fā)的格形編碼八電平殘留邊帶(8-VSB) 即：ATSC 8-VSB；歐洲1997年提出的數字視頻地面廣播(DVB-T) 采用編碼正交頻分復用(COFDM) 即：DVB-T COFDM；日本1999年提出的地面綜合業(yè)務(wù)數字廣播(ISDB-T) 采用正交頻分復用(OFDM) 即：ISDB-T OFDM。這三種系統標準，系統設計從技術(shù)上限于當時(shí)的設計方向、使用環(huán)境、技術(shù)水平和硬件支持能力，這些系統沒(méi)有發(fā)揮出系統應有的潛力。
1、美國ATSC 8-VSB系統
美國ATSC 8VSB系統是為了在單個(gè) 6MHz 頻道中傳輸高質(zhì)量視頻和音頻（HDTV）以及輔助數據而設計的，用于地面廣播分配系統。它能夠可靠地在 6MHz 內用8VSB調制傳輸 19.4 Mbit/s 的數據。8-VSB “地面同播模式” 可抵抗 NTSC 干擾，對于地面廣播，此系統的設計允許在已有的NTSC 發(fā)射機上分配一個(gè)額外的具有可比覆蓋范圍的數字發(fā)射機，并且在區域和人口覆蓋方面對現存 NTSC 節目影響最小。系統的射頻發(fā)射特性經(jīng)過(guò)仔細選擇后，上述能力是可以達到，通過(guò) 18 種視頻格式，提供各種圖像質(zhì)量。利用系統的數據傳輸能力，基于數據的業(yè)務(wù)具有巨大的潛力。系統提供固定的接收。
8-VSB系統加入了0.3dB的導頻信號，用于輔助載波恢復；并加入了段同步信號，用于8系統同步和時(shí)鐘信道編碼糾錯保護措施。如此設計使美國系統具備噪聲門(mén)限低（理論值≈14.9dB），大傳輸容量(固定有用數據位率為19.4Mb/S) 和實(shí)現串行數據流MPEG-2Packet188bit(1bit同步+187bit) 主要技術(shù)優(yōu)勢。但美國系統存在一系列問(wèn)題。最主要的是對付強動(dòng)態(tài)多徑困難：在近的強多徑變化（相位）時(shí)，導頻信號會(huì )受到嚴重影響，載波恢復出現困難。同時(shí)，均衡器的性能在載波沒(méi)有精確恢復時(shí)會(huì )急劇下降；系統雖然使用了訓練序列，但兩個(gè)訓練序列之間相隔24毫秒，期間多徑的快速變化無(wú)法被跟蹤，雖然美國系統同時(shí)使用數據判決反饋“DFE”，利用數據本身產(chǎn)生的誤差信號進(jìn)行調節，用以跟蹤變化快的多徑，但DFE需要信道被均衡到一定程度（錯誤判決少于10%）才能正常工作，在強多徑下，系統是不穩定的。因此，美國系統的原有設計思想、導頻放置、數據結構等，都使得該系統不能有效對付強多徑和快速變化的動(dòng)態(tài)多徑，造成某些環(huán)境中固定接收不穩定以及不支持移動(dòng)接收。另外，美國系統在對付模擬電視同播時(shí)采用了梳狀濾波器，梳狀濾波器開(kāi)啟時(shí)，系統門(mén)限上升3dB，且開(kāi)啟與否是通過(guò)判決后的硬開(kāi)關(guān)。這一方案在實(shí)用中不僅會(huì )使開(kāi)關(guān)受噪聲或多徑變化的影響來(lái)回跳動(dòng)，造成系統工作不穩定，還由于其引入的電平數目和12路交織，影響系統網(wǎng)格解碼和均衡器的工作。ATSC 8-VSB傳輸系統具較好的載噪比，可在較低的載噪比下運行，當系統為抗NTSC同步干擾在接收機中加梳狀濾坡器，由此卻犧牲了約3.5dB的載性能，對抗多徑效應而造成的頻率選擇性哀落，8VSB傳輸方式采用了均衡器來(lái)消除回波，但對回波時(shí)延變化很敏感，結構復雜，是一個(gè)固定碼率的數字傳輸系統使用單載波調制技術(shù)，不支移動(dòng)接收。
2、歐洲DVB-T COFDM系統
歐洲DVB-T COFDM系統是歐洲數字視廣播(DVB) 開(kāi)發(fā)的系列標準中的數字地面電視廣播系統標準，在系列標準中DVB-T是最復雜的DVB系統。使用MPEG-2傳送比特流復用，里德-索羅門(mén)(RS) 前向糾錯系統，采用COFDM調制方式，把傳輸比特分割到數千計的低比特率副載波上，用1705個(gè)載波(“2K”) 或6817載波(“8K”) 模式。“2K” 模式用于普通網(wǎng)，“8K” 模式用于大小單頻網(wǎng)(SFN) ，“2K”與“8K”系統是兼容的。歐洲系統中放置了大量的導頻信號，穿插于數據之中，并以高于數據3dB的功率發(fā)送。這些導頻信號一舉多得，完成系統同步、載波恢復、時(shí)鐘調整和信道估計。由于導頻信號數量多，且散布在數據中，能夠較為及時(shí)地發(fā)現和估計信道特性的變化。為進(jìn)一步降低多徑造成的碼間干擾，歐洲系統又使用了“保護間隔”的技術(shù)，即在每個(gè)符號（塊）前加入一定長(cháng)度的該符號后段重復數值，由此抵御多徑的影響?？梢哉J為，大量導頻信號插入和保護間隔技術(shù)是歐洲系統的技術(shù)核心，正是這兩項技術(shù)使歐洲系統能夠在抗強多徑和動(dòng)態(tài)多徑及移動(dòng)接收的實(shí)測性能方面優(yōu)于美國ATSC 8-VSB系統。另外，歐洲系統還對載波數目、保護間隔長(cháng)度和調制星座數目等參數進(jìn)行組合，形成了多種傳輸模式供使用者選擇。多種模式常用的其實(shí)只有兩到三種，分別對應固定接收和移動(dòng)接收應用。歐洲系統同樣存在一系列缺陷。首先是頻帶損失嚴重：導頻信號和保護間隔至少占據了有效帶寬的14%左右，若采用大的保護間隔，此數值將超過(guò)30%。歐洲方案的綜合頻帶利用率比美國的VSB方案進(jìn)一步損失6%至23%。因此，以過(guò)分下降寶貴的系統傳輸容量為代價(jià)來(lái)?yè)Q取系統的抗多徑性能，顯然不是一個(gè)好的折衷方案。其次，即使放置了大量導頻信號，對信道估計仍是不足：COFDM中的導頻信號是一個(gè)亞采樣信號，且COFDM采用塊信號處理方式（每次上千點(diǎn)），在理論上就不可能完全精確地描繪出信道特性，只能給出大約平均值，這也是歐洲系統始終無(wú)法達到理論值的原因之一（與理論值差2-3dB），因此，現有歐洲COFDM系統事實(shí)上并不是對付移動(dòng)多徑最有效的手段。再次，歐洲系統在交織深度、抗脈沖噪聲干擾及信道編碼等方面的性能存在明顯不足。歐洲還強調在其衛星、有線(xiàn)和地面傳輸方案中使用相同的信道編碼模塊以保證其三者之間的兼容性，因為信道編碼模塊在電路實(shí)現中所占比例不大，這種部分兼容方式阻止了在地面廣播方案中采用更有效的其它信道編碼方法。
對于地面廣播，此系統在現存的已分配給模擬電視傳輸的 UHF 頻譜內廣播可決定選擇3.7-23.8Mb/S的傳輸速率。雖然系統是為8MHz 頻道開(kāi)發(fā)的，但能用于任何頻道帶寬（6、7、8MHz），只是相應地改變數據容量。8MHz 信道內傳輸的有效凈比特碼率在 4.98~31.67Mbit/s 范圍內，取決于信道編碼參數、調制類(lèi)型和保護間隔的選擇。在設計上允許碼率可變，顯示其靈活性，可根據信噪比提供多種碼率。
系統設計本質(zhì)上要具有內在的適應性，以便能夠適應所有的信道。它不僅能夠處理高斯信道，而且也能適應 Ricean 和 Rayleigh 信道。它能夠抵抗高電平（0dB）、長(cháng)延時(shí)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)多徑失真。此系統能可靠地克服延時(shí)信號的干擾，包括地勢或建筑物反射的回波，或者單頻網(wǎng)環(huán)境中遠方發(fā)射機發(fā)射的信號。
系統具有許多可選擇的參數，以適應大范圍的載噪比和信道特性。它允許固定、便攜或者移動(dòng)接收，相應的有用比特碼率要進(jìn)行折衷?？蛇x擇的參數范圍允許廣播業(yè)者選擇一種模式，以適應將來(lái)的應用。例如，一個(gè)適度的可靠模式（相應的較低碼率）對于確保使用簡(jiǎn)單的機頂天線(xiàn)的便攜接收是必要的。對于節目規劃中使用頻率交織的信道，可采用具有較高碼率的低可靠模式。如果信道干凈，則數字電視廣播可使用具有最高凈荷的低可靠模式。
DVB-T COFDM系統，有利于數字與模擬電視共存，在與現行模擬電視混合傳輸方面顯示出優(yōu)勢，設計上不需耍優(yōu)化就能對付各種模擬制式的干擾。有抗多徑失真的能力，在移動(dòng)接收方面顯示其獨特的優(yōu)勢，它因有靈活性使得可以按特定的工作環(huán)境與服務(wù)耍求進(jìn)行傳輸試驗，在澳大利亞、拉丁美洲、香港地區等受到贊許。
3、日本ISDB-T ODFDM系統
日本提地的“綜合業(yè)務(wù)數字廣播”ISDB-T OFDM系統采用MPEG-2傳送比特復用，OFDM調制方式，使用的編碼方式、調制、傳輸馬DVB-T COFDM基本相同，可以說(shuō)是經(jīng)修改的歐洲方式，不同之處在于接收方面增加了部分接收和分層傳輸，將整個(gè)6MHz頻帶劃分為13個(gè)子帶，每個(gè)子帶432KHz，將中間一個(gè)用于傳輸音頻信號，并大大加長(cháng)了交織深度（最長(cháng)達0.5秒），增加交織深度將引入長(cháng)達數幾百和的延遲影響頻道轉換和雙向業(yè)務(wù)。ISDB-T 概念覆蓋了各種服務(wù)，因此系統不得不面對各種需求，而且一個(gè)業(yè)務(wù)可能和另一個(gè)業(yè)務(wù)是不同的。例如，對于 HDTV 節目就需要大容量的傳輸能力，而對于條件接收中的密鑰傳輸、軟件下載等等，則需要高有效性（或傳輸可靠性）。為了綜合不同的業(yè)務(wù)需求，系統提供了可選擇的調制和誤碼保護方案和靈活的組合，以便面對這些綜合業(yè)務(wù)的每種需求。
在一個(gè)地面頻道中有 13 個(gè) OFDM 頻譜段，有用的帶寬是 13×BW/14 MHz （對于6 MHz 頻道是 5.57MHz，7 MHz 頻道是 6.50MHz，8MHz 地面頻道是 7.43MHz）。系統采用的調制方法稱(chēng)為頻帶分段傳輸（BST）OFDM，由一組共同的稱(chēng)為 BST 段的基本頻率塊組成。每段的帶寬為 BW/14 MHz，這里 BW 指的是地面電視信道帶寬（6、7 或 8MHz，依賴(lài)于所處地區）。例如，對于 6MHz 信道，每段占據 6/14 MHz = 428.6KHz 頻譜，7段等于 6×7/14MHz = 3MHz。
在 OFDM 特性之外，BST-OFDM 對不同的 BST 段采用不同的載波調制方案和內碼編碼碼率，依此提供了分級傳輸特性。每個(gè)數據段有其自己的誤碼保護方案（內碼編碼碼率、時(shí)間交織深度）和調制類(lèi)型（QPSK 、DQPSK、16-QAM 或者 64QAM），那么每段能滿(mǎn)足不同的業(yè)務(wù)需求。許多段可以靈活地組合到一起，提供寬帶業(yè)務(wù)（例如 HDTV）。通過(guò)傳輸不同傳輸參數的 OFDM 段群，可以達到分級傳輸。在一個(gè)地面頻道中可提供三個(gè)業(yè)務(wù)層（三種不同的段群）。通過(guò)使用只有一個(gè) OFDM 段的窄帶接收機，可以接收傳輸信道中的部分節目。
雖然系統是為 6MHz 頻道開(kāi)發(fā)和測試的，但它可用于任何的信道帶寬（X*BW/14 MHz），只是相應的改變數據容量。6MHz信道中每一段的凈比特碼率為 280.85~1787.28kbit/s。5.57MHz DTV 頻道的數據吞吐量在 3.65 到 23.23Mbit/s 范圍之間。
對于地面廣播，系統設計了足夠的適應性來(lái)傳輸電視和聲音，以及提供多媒體節目，包括各種數字信息的綜合，例如，視頻、音頻、文本和計算機程序。它也瞄準了緊湊的、輕便的和廉價(jià)的移動(dòng)接收，以及用于家庭的完整接收。
三、抗多徑干擾技術(shù)
多徑接收在模擬電視中反映是重影，在數字接收中，多徑效應將使接收完全失效。地面數字電視傳輸，由于多徑效應造成的頻率選擇性衰落會(huì )引起碼間干擾，生產(chǎn)誤碼。因此地面數字電視傳輸必須采用抗多徑干擾技術(shù)。目前有自適應均衡和正交頻分多路復用技術(shù)。
自適應均衡器所采用的算法為最小均方(LMS) ，算法和基于最小平方(LS) ， 算法的快速橫向濾波器算法:
K=-N, …-1,0,1, …M
尋找均方誤差最小值使均衡器能最有效的消除碼間干擾。
OFDM正交頻分復用調制技術(shù)足是一種并行傳輸方案，在指定頻帶上設置K個(gè)等間隔的子載波, 每個(gè)載波單獨被數字調制，每個(gè)子載波上的調制符號將被延長(cháng)K倍, 是抗多徑干擾的有效方法。采用加保護間隔和基準電平來(lái)實(shí)現。
一個(gè)碼元時(shí)間間隔內，設基帶OFDM信號表示為： ，其中M（n）表示第 n個(gè)子信道的調制信號，N為并行傳輸信道數。為了提高抗多徑干擾的能力，加入保護間隔 Δ，于是碼元寬度變?yōu)門(mén)=T5+Δ ，信道間隔仍為1/T5 ，于是在t時(shí)刻，OFDM信號為: ,經(jīng)過(guò)多徑信道后，子信道之間的正交性受到破壞。假設，相對時(shí)延小于 的傳輸徑數為M1，而超過(guò) 的為M2, 則第K個(gè)信道在第I時(shí)刻的解調輸出為：
上式中第一項為有用信號,,第二項是信道間干擾,第三項是碼間干擾，第四項是白噪聲。如果保護間隔Δ足夠長(cháng)，使相對多徑時(shí)間差小于 Δ，則解調后信號中不存在碼間干擾和信道間干擾。（當 T=64-192/6，Δ=20/6時(shí)就可以基本消除地面廣播中存在的多徑干擾。）
但是上述輸出的有用信號還受到一個(gè)乘性干擾影響，需要在每個(gè)子信道交替插入基準電平信號,求得信道逆響應，對接收信號進(jìn)行幅度相位校正來(lái)消除多徑效應。另外時(shí)間交織、頻率交織、保護時(shí)間與編碼結合幫助OFDM提高抗多徑干擾的能力，并且可以有效的利用多徑干擾信號的能量。
DVB-T 和 ISDB-T 中采用的 OFDM 調制系統具有很強的抗多徑失真的能力，它能抵抗高達 0dB 的回波。在城區，當使用室內或機頂天線(xiàn)時(shí)，由于發(fā)射機的直線(xiàn)路由被阻擋，通常會(huì )產(chǎn)生很大的回波。保護間隔能夠完全消除碼間干擾，除非回波的延時(shí)超過(guò)了保護間隔的范圍。不管怎樣，帶內衰落仍將影響所需的 C/N，特別是當 COFDM 載波上采用高階調制時(shí)。為了抵抗 0dB 的強回波，DVB-T 和 ISDB-T 需要很強的內碼糾錯和良好的信道估計系統，以及更高的 C/N。當使用 R = 2/3 卷積碼時(shí)，它需要大約多6dB的信號功率，以便處理 0dB 回波。無(wú)論如何，增加的 C/N 的一部分可以由回波信號功率得到補償。這些需求的平衡將依賴(lài)于所選擇的碼率。使用消除技術(shù)的軟判決解碼能夠顯著(zhù)地提高性能。
DVB-T 和 ISDB-T 系統的保護間隔能用于處理超前的或延遲的多徑失真。這一點(diǎn)對于 SFN(單頻網(wǎng)) 能夠運行是重要的。ATSC 系統不能處理長(cháng)的預回波，因為它是為 MFN(多頻網(wǎng)) 環(huán)境設計的，在室外固定接收的情況下，它們通常不會(huì )產(chǎn)生長(cháng)的預回波。因為一個(gè)區域內的所有的發(fā)射機都工作在同一個(gè)頻率，以及由于增加了接收多發(fā)射機所發(fā)信號的概率而帶來(lái)的某些網(wǎng)絡(luò )增益，SFN 能夠顯著(zhù)地節省頻譜需求和傳輸功率。
為消除多徑干擾，美國ATSC *-VBS采用自適應均衡技術(shù)，對短時(shí)延的多徑干擾有較強的抵抗能力，但是為了消除長(cháng)時(shí)延的重影，采用均衡器，計算量大，硬件結構較為復雜，使接收機成本也高。OFDM技術(shù)通過(guò)延長(cháng)符號周期使對多徑干擾不敏感，加之采用了加入保護間隔和安置基準電平進(jìn)行檢測、信道估值等技術(shù)而更能有效的消除多徑干擾，其算法簡(jiǎn)單、硬件實(shí)現容易、成本也相應較低，具有一定優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，在對付長(cháng)時(shí)延的強重影（ ）干擾措施時(shí)采用增大保護間隔和符號周期的方法會(huì )受到某些技術(shù)（如系統非線(xiàn)性）的限制。
四、頻譜效率
OFDM 作為多載波調制方案，比單載波調制系統的頻譜效率要稍高一些，因為它的頻譜具有非?？焖俚某跏紳L降，甚至在沒(méi)有輸出頻譜成型濾波器時(shí)。對于 6MHz 信道，DVB-T系統的有用的帶寬（3-dB）為 5.7MHz（或5.7/6=95%），ISDB-T 系統的為 5.6MHz (或 13/14 = 93%)，相比較，ATSC 系統的有用帶寬為 5.38MHz（或 5.28/6 = 90%）。所以，OFDM 調制有至多 5％ 的頻譜效率優(yōu)勢。
不管如何，DVB-T 和 ISDB-T系統中用于抵消多徑失真的保護間隔，以及為了快速信道估計而插入的帶內導頻，將減少數據容量。例如，DVB-T 提供了系統保護間隔的選擇，為實(shí)際符號持續時(shí)間的 1/4、1/8、1/16、1/32，這等同于數據容量分別減少了 20%、11%、6％ 和 3％。1/12 帶內導頻插入將導致碼率損失 8％?？傮w上，對于不同的保護間隔，數據吞吐量將減少 28％、19％、14％ 和11％。減去前面提到的OFDM 系統 5％ 的帶寬效率優(yōu)勢，DVB-T 系統相對于 ATSC 系統的總數據容量分別減少為 23％、14％、9％和 6％。這意味著(zhù)對于 6MHz 系統，假定具有相同的信道編碼和調制方案（64QAM，R＝2/3），DVB-T 系統在上述保護間隔比例下將提供14.9、16.6、17.6 和 18.1Mbit/s 數據碼率；ISDB-T 系統將提供 14.6、16.4、17.2 和 17.7Mbit/s 數據碼率；相應的 ATSC系統碼率為固定的 19.4Mbit/s。
實(shí)際上，DVB-T和ISDB-T系統能適應各種發(fā)射機，從而便覆蓋范圍變大和頻譜效率提高?；贛FN(多頻網(wǎng)) 環(huán)境，DVB-T 優(yōu)點(diǎn)有：（a）適合嚴重的多徑環(huán)境；（b）快速移動(dòng)的多徑環(huán)境；（c）單頻網(wǎng) SFN；（d）移動(dòng)接收；和（e）非指向性接收天線(xiàn)位置。而在 SFN 環(huán)境中，可能許多發(fā)射機使用相同的頻率（頻道）覆蓋一個(gè)巨大的范圍，這將導致 DVB-T 和 ISDB-T 系統頻譜和傳輸功率的全面節省。
五、數字電視地面傳輸標準的制訂
傳輸方案將構成一個(gè)國家的數字電視地面廣播傳輸標準的基本技術(shù)內容。作為一個(gè)電視生產(chǎn)和消費大國，作為一個(gè)正在融入全球經(jīng)濟一體化并面臨全球性技術(shù)競爭的發(fā)展中國家，我國已認識到掌握和擁有關(guān)鍵技術(shù)、自主研制重要的數字電視系統標準能夠為我國經(jīng)濟所帶來(lái)的巨大發(fā)展空間和機遇。世界先進(jìn)工業(yè)國家本著(zhù)擴大世界市場(chǎng)和獲取高額技術(shù)利潤的目的，依仗他們的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢及產(chǎn)業(yè)基礎，近幾年來(lái)不遺余力地向我國推薦采用他們的標準。特別是以數字電視地面廣播傳輸標準為推薦重點(diǎn)，意欲借此系統標準來(lái)推動(dòng)全面采用其整個(gè)標準系列。對此，我們應對自主研究制定傳輸方案的必要性和可行性有充分和客觀(guān)的認識。
標準是國家利益的集中體現，在當今知識經(jīng)濟時(shí)代，更是為發(fā)展中國家保護和促進(jìn)本國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一種合法手段。每個(gè)國家都希望通過(guò)標準制訂來(lái)實(shí)現本國利益最大化。一般規律是：先進(jìn)國家投入巨資和技術(shù)，開(kāi)發(fā)出標準體系，然后在全球范圍內推廣自己的標準，以使自己的技術(shù)優(yōu)勢通過(guò)標準應用固化下來(lái)，從而擴大市場(chǎng)并獲得高額首期“利潤；技術(shù)落后國家由于受資金、市場(chǎng)和技術(shù)等多方面條件的制約，則常常被迫接受先進(jìn)國家的標準，以降低風(fēng)險和增加出口機會(huì )。這樣的結果使世界兩極分化更為嚴重，技術(shù)先進(jìn)者愈來(lái)愈先進(jìn)，尤其是隨著(zhù)數字時(shí)代的來(lái)臨，高技術(shù)成果轉化周期縮短，知識產(chǎn)權可控能力加強，關(guān)稅壁壘已不起主要作用，這使得廣大技術(shù)落后國家淪為消費市場(chǎng)和加工基地，后續自我發(fā)展能力嚴重不足。因此，一個(gè)國家若要凝聚自己的技術(shù)實(shí)力，保護和擴大本國企業(yè)的市場(chǎng)份額，必須在標準問(wèn)題上采取“以我為主，借鑒先進(jìn)”的策略。另外，我國擁有巨大的數字電視潛在市場(chǎng)，不同于那些本國市場(chǎng)狹小的出口型國家，關(guān)于這一點(diǎn)，就連國外公司的專(zhuān)家也承認：中國的市場(chǎng)規模足以支撐形成一個(gè)新的數字電視標準。我國正在研制的第三代移動(dòng)通信標準也正是依靠了市場(chǎng)規模的支持。若簡(jiǎn)單選用國外某一標準，不僅會(huì )扼殺代表未來(lái)高技術(shù)競爭力的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究的源動(dòng)力，而且會(huì )迫使我國過(guò)早啟動(dòng)市場(chǎng)，幫助西方國家的市場(chǎng)培育，肢解我國現有彩電工業(yè)體系，使得企業(yè)的主要利潤都用于支付國外的專(zhuān)利費和授權費，遺患無(wú)窮。當然，自主制訂標準不等于從頭全面制訂，制訂標準不等于保護落后，不等于不選用先進(jìn)技術(shù)。制訂標準的根本目的恰恰在于認真比較分析各項先進(jìn)技術(shù)能否為我所用，能否得到進(jìn)一步改進(jìn)。而直接選用標準等于“一葉障目”，等于對先進(jìn)技術(shù)改進(jìn)的否定。在技術(shù)飛速發(fā)展的今天，制訂標準可更有利于歐美等發(fā)達國家向我開(kāi)放技術(shù)，相反，一旦選用某一國家的標準，將失去其它國家對我們技術(shù)上的支持，喪失技術(shù)引進(jìn)談判權，甚至會(huì )導致未被采用的國外一方由于市場(chǎng)利益損失所引發(fā)的政治上的麻煩。另外，由于數字技術(shù)具備加密、隱密等特點(diǎn)，直接選用標準所可能造成的盲目引進(jìn)甚至會(huì )危及國家信息安全。
我國在政府組織下，對數字高清晰度電視系統技術(shù)已開(kāi)展了近十年的研發(fā)工作，先后研制成功兩代數字高清晰度電視地面廣播樣機系統，并進(jìn)行過(guò)實(shí)況信號轉播實(shí)驗。經(jīng)過(guò)科研、廣播和產(chǎn)業(yè)各界技術(shù)人員的共同努力，特別在數字電視地面傳輸技術(shù)方面逐步形成了具備自主專(zhuān)利技術(shù)的多種實(shí)現方案。今年國家計委在北京、上海和深圳等城市設立了我國首批數字電視試驗區，這些方案將在試驗區中得到充分實(shí)驗和改進(jìn)。如清華大學(xué)自主開(kāi)發(fā)完成了”地面數字多媒體電視廣播傳輸系統DMB-T”采用OFDM多頻調制技術(shù)在8MHz的帶寬中傳輸最大凈荷率達33Mb/s，在整個(gè)系統設計中沒(méi)有采用任何國外現成的芯片，每一步都獨立自主進(jìn)行設計，實(shí)現了完全的自主知識產(chǎn)權，具有很大的市場(chǎng)潛力，目前該項技術(shù)己完成了計算機仿真和FPGA原型機驗證階段，進(jìn)入了專(zhuān)利申報和實(shí)用化階段。國家同時(shí)也在安排計劃，擬對現有國內外的傳輸方案進(jìn)行性能測試與比較。依據現有研究基礎和推進(jìn)速度，我國完全有可能在各級政府部門(mén)的全力支持下，在較短的時(shí)間內，經(jīng)過(guò)測試、分析和改進(jìn)，集眾家所長(cháng)，制訂出具有自己特色和自主知識產(chǎn)權的中國數字電視地面廣播傳輸標準。
我國現行電視廣播頻道帶寬為8 MHz，與歐洲基本相同，但與美國、日本不同。我國地面廣播頻道頻譜分配和規劃情況復雜，而且受我國政治、文化、經(jīng)濟現狀決定，其數字電視節目和其它業(yè)務(wù)形式與發(fā)達國家需求不完全一致。我國所研制的傳輸標準方案在技術(shù)上應努力達到以下技術(shù)要求：盡量滿(mǎn)足數字電視地面廣播需求條件，系統具備固定接收和移動(dòng)接收兩種主要工作模式，采用抗多徑干擾技術(shù)使系統能夠實(shí)現在強多徑和動(dòng)態(tài)環(huán)境中穩定接收，同時(shí)，提高頻譜效率保證系統的傳輸數據容量?？紤]到數字地面廣播和有線(xiàn)電纜廣播可能構成我國未來(lái)數字電視廣播的主要市場(chǎng)，所研制的地面傳輸方案應使其接收機易于兼容數字有線(xiàn)電纜解調解碼方案。即系統應兼容數字有線(xiàn)電纜方案。系統應努力克服上國外系統的不足，形成自己的系統組成和數據結構系統應及早形成接收芯片的設計方案，并應以中國企業(yè)首先申請接收技術(shù)實(shí)現專(zhuān)利和研制成功符合標準方案。
六、結束語(yǔ)
通過(guò)上面探討分析可得到這樣的結論數字電視地面廣播系統的主要設計目標是頻譜的高效利用、足夠大的數據傳輸容量、穩定的固定接收和移動(dòng)接收能力。數字電視廣播系統為了節約傳輸帶寬，就要采用調制技術(shù)，信道編碼，提高傳輸的可靠性，使每Hz頻帶能傳送更多的bit(數據率) 。設計一個(gè)能夠在固定和移動(dòng)接收環(huán)境中，穩定實(shí)現大數據容量傳輸的數字電視地面廣播系統。在已有國外標準方案，我國目前正在研究制定自己的數字電視標準，在地面廣播傳輸領(lǐng)域已積累了相當多的實(shí)際經(jīng)驗，具有較好的研究基礎。只要繼續在政府支持下，不懈努力，汲取現代技術(shù)精華，完全有可能形成技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)越的傳輸標準方案。這對于我國數字電視產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)電子消費市場(chǎng)的健康發(fā)展將產(chǎn)生深遠影響。
