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1、移动数字电视相关技术研究胡伟军1 汤旭光2（1信广信传媒实业有限责任公司 四川 成都2。成都新光微波工程有限责任公司 四川 成都）引言随着通信和信息技术的迅猛发展，人类获取信息的发展趋势正在由固定走向移动，由语音走向多媒体。目前，能够在移动环境向大量观众提供多媒体内容的网络架构主要有三种：移动通信网络（2.5/3G）；无线局域网（WLAN）；地面数字广播网络。此外，DVB组织已经正式发布了为通过地面数字电视广播网络向便携/手持终端提供多媒体业务所专门制定的DVB-H标准（Digital Video Broadcasting Handheld）1，从而使这一领域的竞争更为激烈。成都新光微波工程有
2、限责任公司是我国较早研究数字电视调制及发射系统的公司，目前已成功研制出移动数字电视重要部件DVB-T调制器，正在研制DMB-T调制器，数字电视发射机已投入使用。现将移动数字电视相关技术研究心得，发表出来，与大家共勉。1 。移动数字电视的相关技术及应用按功能来分，数字电视系统由3大部分组成：信源部分、信道部分和信宿部分。图1给出一个数字电视系统的基本组成框图。该系统在应用中可以分为发射和接收2个子系统（图1的上下两部分）。在技术上，数字电视系统又可以分为信源和信道两部分（对应图1以复用和解复用为界的左右两部分）。音频解码器视频解码器视频输出音频输出解 复 用 器数据输出信道解码与解调调 谐 器音
3、频编码器视频编码器视频输入音频输入复 用 器数据输入信道编码与调制 发 射 机发射接收信源信道图1 数字电视系统的基本组成框图信源编码部分包括信源（音频视频）编码器和复用器。信源编码对视频音频信号进行压缩编码，在一定压缩率的前提下得到最高的解码图像质量；信源部分算法主要依照MPEG-2标准（或MPEG-4标准）（多声道音频编解码还可依照杜比AC-3算法实现），视频编码器的性能对整个DTV系统的图像性能有决定性影响。复用器保证系统业务的灵活性和可扩展性，完成各种数字码流的组合、调整以及提供与各种传输网络（如电信网络、卫星传输信道、有线电视、地面发射等）相适配的接口。信道传输部分包括信道编码与调制
4、、发射机、传输媒质、接收机和信道解调与解码，其中传输方式可以是CATV、卫星、地面（含MMDS/MUDS）等。根据媒质的不同在信道传输部分中将会采取不同的信道编码和调制方式，信道传输部分对应有三类标准：地面广播、卫星广播和有线电视（包括HFC和MMDS）。由于地面广播信道的条件十分不理想，各种干扰和杂波使信号的差错率增加、业务质量下降，为了更有效地克服恶劣的环境，同时还支持移动接收，地面广播信道所采用的技术相对其他两类要复杂。本节主要阐述地面数字电视广播的相关技术。1.1 数字电视地面传输标准如前文所述，信道传输部分的任务是在给定传输带宽并考虑传输信道所存在的各种干扰的前提下,保证最大容量数据
5、流的正确传输，它是一个相对于信源透明的数据码流传输公共平台，与所传输的数据内容无关。数字信号的编码与调制方式决定了信道传输部分的主要性能，采用不同编码与调制方式构成了各国数字电视地面传输标准的不同。1.1.1国外电视地面传输标准目前国际上共有三套成熟的数字电视地面传输标准，即：美国1996年高级电视系统委员会（ATSC）研发的“格形编码八电平残留边带”（8-VSB），欧洲1997年提出的数字视频地面广播（DVBT）采用编码正交频分复用（COFDM），日本1999年提出的地面综合业务数字广播（ISDBT）。美国ATSC 8-VSB系统。ATSC采用的8电平残留边带调制方式，它是有导频的单载波调制
6、，也是对现有成熟AM调制技术的发展。它能够可靠地在6 MHz内用8-VSB调制传输19.36 Mbps的数据。8-VSB系统加入了0.3dB的导频信号，用于辅助载波恢复,并加入了段同步信号，用于8-VSB系统同步。系统噪声门限低（理论值14.9 dB）,抗多径和抗干扰的能力依赖于复杂的自适应均衡器，但对回波时延变化很敏感。系统提供固定的接收，不支持移动接收。欧洲DVBT系统。欧洲DVBT系统采用COFDM调制方式，把传输比特分割到数千计的低比特率副载波上（例如，2 k模式有1705个载波；8 k模式有6817个载波）。欧洲系统中放置了大量的导频信号，穿插于数据之中，并以高于数据3 dB的功率发
7、送。这些导频信号完成系统同步、载波恢复、时钟调整和信道估计。导频信号数量多且散布在数据中，能够较为及时地估计信道特性的变化。为进一步降低多径效应造成的码间干扰，欧洲系统又使用了“保护间隔”技术，以抵御多径的影响。可以认为，大量导频信号插入和保护间隔技术是欧洲系统的技术核心，正是这两项技术使欧洲系统能够在抗强多径和动态多径及移动接收的实测性能方面优于美国ATSC 8-VSB系统。另外，欧洲系统还对保护间隔长度和调制星座等参数进行组合，形成了多种传输模式供使用者选择。不过DVB-T的综合频带利用率比美国的VSB方案低，它是以额外开销系统传输容量为代价来换取系统的抗多径性能。值得注意的是，欧洲DVB
8、-T系统在交织深度、抗脉冲噪声干扰及信道编码等方面的性能存在明显不足。至于系统容量方面，虽然DVB-T系统是为8 MHz频道开发的，但能用于任何频道带宽（6，7，8 MHz），8 MHz信道内传输的有效净比特码率在4.9831.67 Mbps范围内，实际的频道带宽取决于信道编码参数、调制类型和保护间隔的选择。关于欧洲DVBT系统，下一节再做详细阐述。日本ISDBT系统。日本提出的“综合业务数字广播”即ISDBT系统使用的编码调制方式与DVBT基本相同，可以说是经修改的欧洲方式，不同之处在于接收方面增加了部分接收和分层传输，将整个6 MHz频带划分为13个子带，每个子带432 kHz，将中间一个
9、用于传输音频信号，并大大加长了交织深度（最长达0.5 s），增加交织深度将引入长达几百ms的延迟,该延迟将影响频道切换和双向业务。为了综合不同的业务需求，系统提供了可选择的调制和误码保护方案，以便面对综合业务的需求。在一个地面频道中有13个OFDM频谱段，有用的带宽是13BW14 MHz（对于6 MHz频道是5.57 MHz，7 MHz频道是6.50 MHz，8 MHz地面频道是7.43 MHz）。每段的带宽为BW14 MHz，这里BW指的是地面电视信道带宽（6，7或8 MHz，依赖于所处地区）。例如，对于6 MHz信道，每段占据614 MHz428.6 kHz频谱，7段等于7614 MHz3
10、 MHz。根据分层和窄带接收同时实现固定、移动和便携接收，是日本制式的特点。 3种国外地面数字电视传输系统的比较美国的ATSC标准欧洲的DVB-T标准日本的ISDB-T标准频道宽度6MHz6MHz、7MHz、8MHz6MHz、7MHz、8MHz视频压缩MPEG-2视频编码 MPEG-2视频编码 MPEG-2视频编码 图像格式HDTV19201080 169HDTV19201080 169HDTV19201080 169SDTV704480 43SDTV704576 43SDTV720576 43音频压缩Dolby AC-3MPEG-2层，MUSICAMMPEG-2层，AAC音频编码音频编码音频
11、编码复用方式MPEG-2系统TS码流MPEG-2系统TS码流MPEG-2系统TS码流数据随机化16位PRBS15位PRBS15位PRBS信道外码RS码(207，187，T10)RS码(204，188，T8)RS码(204，188，T8)外码交织52 RS块交织12 RS块交织12 RS块交织信道内码网格编码(TCM)卷积编码卷积编码内码交织网格交织卷积交织卷积交织调制技术8-VSB调制16QAM/32QAM/64QAMOFDM调制总码率1928Mb/s(6MHz)4.9831.67Mb/s(8MHz)3.6823.42Mb/s(5.6MHz)载波数单载波2K、8K2K、4K、8K接收门限15d
12、B19dB19dB传输方案8VSB传输方案OFDM传输方案分频段OFDM传输方案特征抵御电气干扰能力强克服多径干扰能力强克服多径干扰能力强有效的覆盖区域可做单频网可做单频网不考虑移动接收可用于移动接收可用于移动接收1.1.2国内电视地面传输标准目前，我国提出了5套地面数字电视广播传输方案：(1)广电总局广播科学研究院的“射频子带分割双载波混合调制系统”(CDTB-T)；(2)国家HDTV总体组的高级数字电视广播系统(ADTB-T)，它采用OQAM调制，为混合传输模式的单载波系统；(3)国家HDTV总体组的BDB-T系统，它基于多载波调制技术；(4)电子科技大学的“同步多载波扩频地面数字电视传输
13、系统”(SMCC/COFDM)；(5)清华大学微波与数字通信国家重点实验室提出的“地面数字多媒体与电视广播系统”(DMB-T)，它采用时域同步正交频分复用技术(TDS-OFDM)。本小节将对DMB-T系统的技术要点做个归纳3。DMB-T的系统组成。DMB-T传输系统由传输协议、信号处理算法和硬件系统等功能模块组成。系统的发射端结构如图2所示。TS码流数据扰乱纠错编码时域交织、串/并转换IFFT、频域交织并/串变换加保护带复接器同步信息、 其它信息成型滤波、D/A变换IF变换、IF滤波中频输出图2 DMB-T系统发射端结构框图 DMB-T的技术特性。DMB-T的设计目标是实现多媒体信息在室内外、
14、固定、移动和便携单向广播和双向通信。DMB-T系统的传输协议基于TDS-OFDM的多载波调制技术，主要有以下特点：a. 分级的帧结构。其帧结构是分级的，分为信号帧、帧群、超帧和日帧。一个基本帧结构称为一个信号帧。帧群定义为255个信号帧，其第一帧定义为帧群头。帧群中的信号帧有唯一的帧号，标号从0到254，信号帧号(FN)被编码到当前信号帧的帧同步序列中。超帧定义为一组帧群，帧结构的顶层称为超帧群。超帧被编号，从0到最大帧群号。超帧号(SFN)与超帧群号(SFGN)一起被编码到超帧的第一个帧群头中。SFGN被定义为超帧群发送的日历日期，超帧群以一个自然日为周期进行周期性重复，它被编码为下行线路超
15、帧群中一个超帧的第一个帧群头中的前两个字节。在太平洋标准时间(PST)或北京时间00:00:00AM，物理信道帧结构被复位并开始一个新的超帧群。DMB-T系统的物理信道是周期的，并且可以和绝对时间同步，从而可使接收机在需要的时候才开机。这意味着接收机可以设计成只有接收所需信息时才进入接收状态，从而达到省电的目的。其帧结构如图3所示。b. 快速同步。一个信号帧由帧同步和帧体两部分组成。帧同步信号采用沃尔什编码(Walsh Code)的伪随机序列，能实现多基站识别，它包含前同步、PN序列和后同步。对于一个信号帧群中的不同信号帧，有不同的帧同步信号，可利用帧同步对信号帧进行识别。DMB-T系统采用T
16、DS-OFDM调制方案，其采用沃尔什编码的扩频伪随机序列同步头，能够实现快速同步。DMB-T系统的同步时间约为5ms，而其它数字电视标准的同步时间却在100ms以上；并且，其同步抗干扰能力强，能在20dB信噪比下可靠恢复同步。c. 可选保护间隔。DMB-T系统有6种可选的保护间隔，即可选为DFT块大小的0、1/6、1/9、1/12、1/20、1/30。保护间隔中插入PN序列作为帧头。 图3 DMB-T传输系统的帧结构d. 接收性能好。DMB-T系统中使用RS(209, 187)内码。在RS编码器中，信息数据以8b组成一个字节进行处理，每个MPEG-2 TS复用包去除同步字节并加扰后，加入22个
17、纠错字节，可纠11字节以内的误码，并可对超出纠错能力的误码给出报警信息。RS编码器后跟随一个卷积交织器，进一步增强了外码的抗干扰能力。卷积交织在RS复用包间进行，交织深度和宽度采用(19, 22)。时域交织能将解码后的连续误码分散到不同的RS码字中，使其不超出RS码的纠错能力。e. 适应性强。实际中，存在着各种各样的应用环境、需求和数据类型。为了适应情况的差异，系统还采用了内码编码，可以选格形码(TCM)、卷积码、Turbo-TCM码、分组乘积码BPC(3762, 2992)，并组合各种调制方式如QPSK、16QAM、64QAM。f. 出色的移动接收能力。外码和内码编码器构成纠错编码器，其后连
18、接一个帧间时域卷积交织器和帧内频域交织器。其中时域卷积交织器有0、(19, 132)、(19, 396)、(19, 2750)四种交织深度，可更好地支持移动接收和减小VHF频带内脉冲噪声的影响。内码和外码交织器具有相似的结构，但是两者的缓存器大小不一样。频域交织在OFDM载波间进行，深度为3780个子载波。g. 抗噪声干扰能力强。利用时域插入序列进行信道性能估计，采用信道冲激响应算法，使之受噪声干扰影响小、算法复杂度低、估算精度高。h. 建网成本和运营成本低。DMB-T传输协议基于现有的电视广播体系结构，一旦电视台从模拟传输转到数字传输，业务提供者就可开始数据广播业务运营。随着用户和传输内容的
19、增加而容量成为问题时，可以通过逐渐建设蜂窝网提高网络容量。DMB-T传输协议应用模式是一种广播和点对点服务的混合模式，公共信息以非常低的成本传送给各个消费者，这使得DMB-T解决方案的运行成本较低。i. 其它特点包括：与现有电视广播的传输频率兼容；DMB-T传输协议在8MHz电视频道中，最大净荷码率高达33Mb/s，能够满足HDTV广播要求；同时也使DMB-T既能用于DTV广播，也可用于数据通信；DMB-T传输协议支持单频网。2 DVBT传输系统DVBT传输系统框图如图4所示。1视频编码器音频编码器数据编码器节目多路复用器传输多路复用器MPEG-2信源编码和多路复用技术分解器复用适配/能量扩散
20、帧自适应外编码映 射OFDM保护间隔插入D/A前端外交织内编码内交织复用适配/能量扩散外编码外交织内编码导频信号&TPS信号2n地面信道适配器图4 DVBT传输系统框图我们先观察发射端的信号流程。DVB-T采用COFDM调制方式，主要经过以下过程4：(1) 信源编码及复用。对多路数字视频/音频传输流及数据进行复用，合成多节目传输流(MPTS)。复用器的输出信号传送到DVB-T的调制器（激励器）进行信道纠错及OFDM调制。(2) 单频网适配器。该设备的作用是将来自全球定位系统(GPS)的标准频率及时间插入到数字电视传输流当中，为单频网(SFN)提供标准频率及时间信号，当采用多频网(MFN)时该设
21、备可以省略。(3) 等级调制。从单频网适配器出来的信号被一分为二，DVB-T根据传输环境的不同，分别实行不同的信道纠错保护，一个码流可以采用较强的纠错码，利用抗干扰性强的调制方式（如QPSK），但码流速率较低；另一个码流可以采用较弱的纠错码，利用抗干扰弱的调制方式（如16QAM），码流速率较高。接收机通常接收码流速率较高的码流，内容丰富，图像质量优良；当传输信道恶化时，接收机可以转换到接收码流速率较低的码流。(4) 能量扩散。从复用器或单频网适配器出来的传输流有可能包含连续的0和1，使信号含有直流分量，造成接收解码困难，能量扩散的目的是采用随机的方法将这些连续的0或1分散开来。(5) 外码纠错
22、。这部分纠错与DVB-C及DVB-S相同，采用Reed Solomon纠错，简称RS码。它在MPEG-2数字电视传输流188字节上，加入16个字节的冗余纠错码，构成一个204字节长度的传输流，该纠错码主要面向突发性连续错误。(6) 外交织。外交织纠错也叫Forney卷积交织，其功能是将连续的错误打散，让它们平均分布在多个188传输包码流当中，以提高外纠错码的纠错效率。(7) 内纠错码。内纠错码也称Viterbi纠错码。RS纠错码是面向188长度的传输包进行纠错的，而Viterbi纠错码是面向比特的纠错码。根据加入的冗余码长度，可以分成1/2、2/3、3/4、5/6、7/8四种。1/2具有最强的
23、纠错码能力，但是其保护码与有用码比例为11，带宽比较浪费，7/8的保护码只占有用的1/8，带宽利用率高，但是纠错能力弱。(8) 内交织编码。这里包括比特交织及字符交织两部分。比特交织是将从内纠错Viterbi编码输出的二路码流，分别按照QPSK，16QAM和64QAM的要求交织成为二路、四路及六路比特流，然后将分别含有2比特、4比特和6比特的字符映射到2k模式中的1512个载波或8k模式中的6048个载波中，再实现字符交织(Symbol Interleaving)。(9) 幅度相位映射。该功能将上面分别由2比特、4比特和6比特构成的字符，依据QPSK、160QAM和64QAM三种不同的调制方式
24、，进行幅度和相位的映射。(10) 导频及传输参数信令插入。传输参数信令(TPS)描述了DVB-T系统的主要传输参数，它包括：2k或8k模式，QPSK、16QAM、64QAM调制方式，保护间隔，等级调制参数Alfa，内纠错Viterbi码等。导频信号(Pilots)的插入是为了方便接收机对接收信号的幅度及相位进行估算，提高接收质量。它包含连续导频信号(Continual Pilots)和离散导频信号(Scattered Pilots)。(11) OFDM调制。OFDM调制也称反向快速傅立叶变换(IFFT)，它实现了将I、Q信号向2k模式1512个载波或向8k模式的6048个载波的转换。一个时域信
25、号可以分解成无穷多个频域信号的叠加，这一过程简单来讲就是正交频分复用调制(OFDM)，而这一过程在数学上等效为进行一个反向快速傅立叶变换。(12) 保护间隔插入。为了克服反射波的干扰以及来自多个发射机的多波效应，将每一帧最后一个字符进行重复，重复长度可以是有用字符长度的1/4、1/8、1/16和1/32，以防止由于多路反射极上造成第N-1个字符与第N个字符的重叠，这就是保护间隔。DVB-T系统中可以调节的参数如下：a. 内纠错码率(1/2，2/3，3/4，5/6，7/8)；b. 子载波调制方式(QPSK，16QAM，64QAM)；c. 保护间隔(1/4，1/8，1/16，1/32)；d. 等级
26、调调制参数(=1，非等级；=2，4等级)；e. 载波数量(2k=1705个载波，8k=6817个载波)。DVB-T系统的可用净码流传输率可以采用如下公式计算：(1)式中, Ru：可用净码流比特率(Mb/s)；Rs：字符率6.75MS/s，它是有用数据载波数量与字符长度的倒数之积，例如：8k模式中6048/896uS，2k模式中1512/224uS；b： 载波比特数，QPSK时b=2，16QAM时b=4，64QAM时b=6；CRv：内纠错码率(1/2，2/3，3/4， 5/6，7/8)；CRrs：RS纠错码，188/204Tu：有用字符长度；Ts：保护间隔字符及有用字符总长度，对于保护间隔1/4
27、，1/8，1/16，1/32，(Tu/Ts)分别等于4/5，8/9，16/17，32/33。根据上面的公式，不难计算出DVB-T系统中可能出现的所有可用净码流比特率，见表1。从表1可以看出，净码流比特率随着内纠错码的提高而提高，随着保护间隔的减小而提高，随着调制效率QPSK/16QAM/64QAM的提高而提高，左上角的4.98Mb/s传输效率最低，但是最抗干扰的工作模式，对应着QPSK调制，保护间隔1/4，内纠错码1/2，右下角的31.67Mb/s对应着最高效的工作模式，64QAM，保护间隔1/32，纠错码7/8，但是信道最脆弱，抗干扰的能力也最差。表1 DVB-T信道（8MHz带宽）的有效数
28、据率（Mb/s）在接收端，从天线接收下来的数据经高频头，变成中频模拟信号，放大后，经过AD转换成数字信号。其中AD采样时钟受晶振VCXO控制，采样时钟偏移由采样时钟同步部分估计得到。AD转换后的数据一路做AGC检测去控制高频头的输出，一路经RC变换成FFT所需要的复信号（数据实虚部）。Timing sync部分估计得到时域符号同步位置并且粗略估计出由于收发频率不一致而引起的频偏，再分别送到FFT单元和Freqshift单元去定出FFT窗口位置和校正带有频偏的数据。数据流经过数字频偏校正后，在FFT单元做OFDM解调。解调后的频域信号由FreqSync模块和TPS译码模块分别得到频域载波同步头和
29、帧同步头位置，同时采样钟同步模块估计得到由于FFT窗位置估计偏差及AD采样钟偏差带来的相位偏转值，在相位校正块进行校正。校正后的数据经过信道估计和均衡处理，消除掉信道多径的影响，然后经过维特比量度、量化，进入和发端编码相逆的解码过程：解内交织、维特比译码、RS码同步、解卷积交织、RS解码、解扰，最后得到TS码流。3、单频网技术移动数字系统扩大覆盖范围的途径目前主要有三种：差转(Distribute Translator)，同频转发(On Channel Repeater, OCR)和单频组网(Single Frequency Network， SFN)。在此我们只讨论单频网。所谓单频网，即在一
30、定的地理区域内若干部发射机同时在同一个频段上发射同样的信号，以实现对该区域的可靠覆盖。由于接收机可以接收来自不同发射机的信号，多点发射的单频网将在覆盖区产生强多径效应。这对模拟电视系统就会导致重影问题，因此只能采用极其消耗频谱资源且频谱规划复杂的多频网组网方式(MFN)，对信号在频率上隔离，避免覆盖区重叠。对于数字电视系统来说，由于它具有强大的抗干扰能力和数字处理能力，单频网却是非常有利的扩大覆盖的方式。它允许覆盖区的重叠，将大大改善原有覆盖边缘的峭壁效应，提高覆盖质量，扩大覆盖范围。3.1 DVB-T 单频网技术单频网的提出是和OFDM这样的多载波调制方式紧密联系在一起的。OFDM调制方式的
31、一个特点是符号带有保护间隔(Guard Interval)，落在保护间隔内的多径信号，在经过处理以后，不但不会产生前后符号间的干扰，甚至可以加强有效信号的功率。使用OFDM调制，可以较容易地处理这些复杂的多径干扰，使单频网的应用容易实现。目前单频网已经广泛应用于数字音频广播(DAB)、数字电视地面广播(DVB-T)中5。单频网应用中最重要的技术，就是要求各个发射机所广播的信号在频率和时间上都保持同步。频率同步即要求每个单频网发射机的工作频率都相同；对于多载波调制而言，还要求每个子载波的频率相等。频率同步可以通过与同一个参考频率(一般使用来自GPS卫星的10MHz参考频率)锁相同步来实现。OFD
32、M调制中保护间隔的长度决定了系统所能处理的多径信号的最大延迟时间，超出保护间隔的多径信号，对于接收机而言是干扰，将影响系统性能。保护间隔越长，发射机间的距离就可以越大，但是系统的传输效率就越低，这就限制了单频网发射机之间的最大距离。在DVB-T和ISDB-T标准中，都提供了保护间隔大的8k模式以实现大规模的单频网，从而覆盖一个国家或者一个地区。表2列出DVB-T标准中不同保护间隔下能处理的最大延时与最大发射机间距离。为了让保护间隔在处理多径干扰上发挥作用，而不是消耗在补偿发射机之间的同步误差上，要求发射机在相同的时间发射完全相同的OFDM符号，以实现时间同步。在DVB-T系统中，发射机之间的时
33、间同步是通过与一个共同的参考信号(一般使用来自GPS卫星的秒脉冲信号pps)同步来实现。表2 不同保护间隔下的最大延时扩展和发射机距离（DVB-T）在单频网的实际应用中，还有一类称为“补点器”(Gap Filler)的发射台。它们主要分布在由于距离远或者信号衰减严重而无法接收信号的较小区域，对这些区域“弥补”覆盖。出于经济方面的考虑，这些补点器在同步的要求上与一般的发射机相比不是很严格，在发射功率上往往也比一般的单频网发射机低得多。3.2 DMB-T单频网技术前文已经提到，我国自主提出的地面数字电视传输方案DMB-T采用时域同步的TDS-OFDM技术，系统的信号帧与绝对时间同步，系统帧结构在同
34、一绝对时间是相同的。由于系统采用OFDM调制及信号帧与绝对时间同步这两个特点，因此在实现单频网上具有先天的优势。DMB-T的单频网系统主要由单频网适配器、GPS接收机、支持单频网的调制器三部分组成。在中心发射站，单频网适配器在MPEG-2码流中插入图5 DMB-T单频网系统基本结构框控制包，控制包中携带与GPS接收机相关的同步时间标签和到各个中继站的系统最大延时等信息。在各个中继站，同步系统检测控制包，从中读出时间标签和最大延时，同时测量接收信号延时，计算出附加延时，并按照附加延时适当延迟码流，调整发射机的发射时间，使得所有发射机在同一时间发射信号。DMB-T单频网系统的结构框图如图5所示。在
35、中心发射站，DMB-T的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，控制包包含同步时间标签和到下一级发射站的最大延时。在每一个辅助发射点，DMB-T调制器检测控制包，并与本地GPS的1pps信号相比较(测量pps延时)。在单频网系统中，同步系统能够处理的不同中继站的最大延时为0.999s。3.3单频网实施中亟待解决的问题正如前文所述，实施单频网有两个基本优势：节约频谱资源；扩大有效覆盖范围，改善覆盖区内的接收效果。因而，可利用有限的频道资源，提供更多的节目，开展更多的增值业务；更为广大的覆盖范围和更完美的覆盖效果，一方面确保了更加稳定、可靠的高清节目的固定接收效果，另一方
36、面有利于大区域移动业务的顺利开展。但是，为这些优势所付出的代价，也是运营商们值得考虑和商榷的问题。首先，系统在单频网的环境下是否能真正增大覆盖范围，改善覆盖区内的接收效果？其次，单频网为多点发射，这势必增加发射地点及发射机等发射设备，而为保障单频网中各信号发射点发送相同的信号，发射台必须配备保障信号同步的设备装置。最后，多点覆盖带来了类似于电信“蜂窝”覆盖的思路，各点发射功率的协调、地区信号覆盖和接收点场强的设计思路都将发生变化。从全球范围看，目前数字电视单频网试验中，上述问题在各地区系统运行和业务运营过程中均有所反映，并影响到覆盖效果 6。信号覆盖问题。数字电视地面广播的覆盖和广播发射条件直
37、接相关，如发射功率、发射塔高度、发射塔位置等；也和覆盖区的地理环境直接相关，如平原，山丘等；还和城市建筑特点直接相关，如楼群的多少、疏密程度、高度等；更和覆盖区的面积直接相关。因此，是否要使用单频网覆盖、如何设计和调整单频网的参数，必须根据实际广播发射条件、地理环境、城市建筑特点、覆盖范围等情况做具体分析。在实际应用中，使用基于DVB-T的单频网技术，增大覆盖与改善覆盖重叠区的接收效果二者似乎无法两全6。基于COFDM的DVB-T系统在单频网环境下，一方面由于多个发射点覆盖，使得一些原本单个发射点无法提供足够信号强度的地方(盲区)因为收到其他发射点的覆盖而得以改善；另一方面，在信号较强的重叠覆
38、盖区，由于C/N门限被抬高而接收效果反而变差。可见，DVB-T系统在使用单频网技术增大覆盖范围和改善重叠区的接收效果上是矛盾的，数目庞大的发射点并不能彻底改善接收效果。同步机制可靠性问题。目前DVB-T单频网中，频率和时间同步都是通过附加专用设备单频网适配器而实现的。从GPS卫星得到基准频率和秒脉冲信号(1pps)，针对频率同步要求，用GPS的基准频率驱动每部发射机内所有的级联振荡器；并通过节目源所在地的单频网适配器在MPEG-2 TS码流中加入包含时间标签的MIP包；然后通过初级分布网络(PDN)将节目码流发送到各个发射站；各发射站的单频网同步系统从码流的MIP包中提取时间标签，对比本地收到
39、的秒脉冲信号，对码流进行附加的延时调整，之后将码流送入调制器，在一个共同的时间发射信号，以实现时间同步。这类精确的同步要求，确实可以通过上述配套的单频网适配器来满足。目前，单频网组网技术及配套设备已比较成熟，但由于除了数字电视传输系统之外还有一个独立的GPS系统，在实际中发现，一旦缺失了GPS信息，系统将处于瘫痪状态，人工干预也无法挽救，这是非常不可靠和不安全的举措。另外，额外的设备不仅增加了发射成本，而且致使各发射点之间的组网联调更加复杂。组网协调问题。多点发射给广播带来了“蜂窝”的概念，当然，它不同于电信的蜂窝移动的小区/用户/双向/切换等特征。除了同步问题之外，单频网的“蜂窝”概念，就是
40、每个发射点根据接收场强的要求来协调各点的发射功率和信号发射延迟。前者对应多径的强度，后者对应多径延时，两者一并考验接收机的抗信道衰落能力。由于各地的地理环境、城市楼宇分布、覆盖范围及广播发射条件的差异，在保证信号覆盖的前提下，各地必须根据自身的特点进行组网协调，在发端预处理信号，以保证收端的接收条件尽可能在接收机的能力范围，确保覆盖区的接收效果。并且，协调工作要求简单、可靠、应急自恢复能力强。可见，这又是一个明显由系统技术本身决定的问题，尤其是系统抗多径干扰的能力。这个问题也由于移动接收越来越被重视，而变得更为突出。因为发端预处理是无法针对动态变化的信道而事先设计和考虑的。可见，基于DVB-T
41、的单频网技术的组网协调复杂而又低效，而且并不可靠。基于COFDM的DVB-T单频网系统在目前阶段普遍存在信号覆盖不足、重叠覆盖区部分地方接收效果反而变差、同步机制不可靠、组网协调复杂且低效、自恢复能力差等一系列问题，这需要在实践过程中总结经验，逐步找到更为妥善的解决方案。4、数字电视发射技术 新一代数字电视发射机，主要有以下特点8： 4.1、 数字自适应预校正技术（DAP或RTAC） 数字自适应预校正技术已经在美国和欧洲的制造商生产的数字电视发射机上应用。欧洲的THALES公司(前身THOMCAST,汤姆逊旗下子公司)称之为数字自适应预校正（Digital Auto-Adaptive pre-
42、correction简称DAP）；美国的哈里斯（HARRIS）公司称之为自动数字校正实时适应校正（Enter Automatic Digital CorrectionReal Time Adaptive Correction简称RTAC）。成都新光微波工程有限责任公司，聚集了广电行业发射机技术全国知名的专家学者，开发出数字自适应于校正技术。该技术是指在不须人工干预的情况下在刚刚启动发射机的几分钟内将发射机的性能调到最佳状态，而且，这个系统还能够监测和自动校正来自于发射机的老化、温度和发射机自身失效等波动的调整，这样能够保证发射出去的信号始终处于高指标的状态，使维护变得非常简单。 4.2、功放中
43、广泛应用大功率LDMOS晶体管 LDMOS（Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor）即：横向扩散金属氧化物半导体。与双极型晶体管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以上；LDMOS能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比；它较能承受输入信号的过激励和适合发射数字信号，因为它有高级的瞬时峰值功率；LDMOS增益曲线较平滑并且允许多载波数字信号放大且失真较小；LDMOS晶体管具有较好的温度特性温度系数是负数，因此可以防止热耗散的影响；这种温度稳定性允许幅值变化只有0.1dB。最新的LDMOS FET 能够覆盖整个UHF波段。也就是说
44、，一个功放模块在不需调整的情况下在UHF波段的任一频率下运行，但是并不是所有称之为“宽带”的功率放大器工作在整个UHF波段，原因是牺牲增益以满足带宽。成都新光微波工程有限责任公司设计的发射系统功放部分全部采用LDMOS FET，分为激励和主放大电路。其中激励部分为宽带功率放大器，其工作频段在470MHz860MHz，工作状态为类，增益大于10dB；末级采用最新的LDMOS FET器件，及平衡放大电路结构，增益大于10dB，交调抑制小于55dB，噪声功率密度大于130dBc/Hz。经过优化和调试，满足系统要求。在单频道发射时采用AB类放大，但在宽带多频道发射时，采用A类放大。4.3、N+1 系统
45、使拥有多台发射机的台站更经济 N+1 是指用1部发射机给多部（N部）做备份。本来固态发射机是用象放大器、电源等较不稳定设备冗余累积起来的，模块化的激励器又一般采用双激励器自动倒换的形式，设备运行的可靠性明显提高。在通常情况下，也不用像电子管、速调管发射机那样进行备份。因为全固态的数字电视发射机所应用的积木化的功放和并行运行的电源等都足以实现N+1系统，而且大多支持热插拔。 4.4 冷却系统采用风、液冷供选择的方式 为了满足不同客户对冷却系统的需求，发射机生产厂家开发了风冷和液冷系统，在客户购机订货时可供用户选择适合自己的冷却方式，改变了过去固态机中只有风冷的单一方式。如THALES公司推出的V
46、HF OPTIMUM 和UHF ULTIMATE系列发射机就已采用此种技术。依笔者观点看液冷方式较适合国情，是因为：a)国内空气质量较差过滤材料中容易沉积灰尘，日常对风冷系统的维护量大。b) 降低了发射机的运行噪声。c) 净化了发射机房的环境。d) 减少了对冷却系统的维护量。冷却液封闭循环，只需定期清洗系统中的滤网。e) 冷却效率高。冷却液无论是采用glycol(乙二醇)加水还是防冻液，其热传导效率都远大于风，冷却系统的进水温度与出水温度相差几度左右，使发射机产生的热量能被及时吸收释放掉。但是液冷的关键工艺技术在于密封，若密封不好，采用降噪风冷也是较好的一种选择。 4.5、无缆连接、GUI界面
47、、故障自我诊断和远程遥控 在新设计的数字电视发射机中，功率放大器、电源和RF合成器省去电缆而采用插、拔的方式直接连接在一起。这样使整机结构更加紧凑、维护更加方便。微处理器的应用，能够监控发射机的状态和提供每个组件的有用信息。LCD的应用提供了直观友好的图形用户接口（GUI）使得用户操作更加容易，用户可以很直观的察看设备的运行状态。先进的故障自我诊断系统和DAP技术使得用户容易查找故障部位，加快设备的维护、维修进度。远程遥控功能使得用户可通过因特网对设备进行监控。 具有上述新技术的数字电视发射机已经陆续上市，从设备管理的观点看，这种新设备减少资金和运行成本；从用户的观点看，这种新设备将省时，能从网页上查看发射机的运行状态、进行发射机设置。可以预见，在今后的几年中，在我国逐步开播地面数字电视和引进数字电视发射机的过程中，上面所提及的发展趋势将会更明显，同时也将会出现更
