數字電視地面廣播

數字電視地面廣播(TDT，Terrestrial Digital Television)系統通過VHF和UHF頻段廣播視頻、音頻和輔助數據業務。它是一個寬頻的數字的一點到多點的可提供多媒體業務的傳送系統。每個頻道能傳送的凈載荷在19～25Mbit/s。

地面數字電視廣播不僅克服了模擬無線電視易受干擾、圖像質量差、有重影的缺點，還可以在一個電視頻道內傳送多達8套電視節目，極大提高了無線頻譜的利用率。地面數字電視帶來的更大變化是，可以在移動狀態下穩定接收到高質量電視節目信號，使得車載電視、便攜手持電視成為可能。世界各國政府都非常重視地面數字電視廣播的發展，主要有以下原因：一是地面數字電視廣播是公共服務，數字化過程涉及到大眾的利益；二是頻率資源是社會的公共資源，是由政府管理和控制的不可再生資源；三是數字電視廣播發展會對信息製造業產生巨大的影響。

衛星廣播具有覆蓋面大，不受地域影響等優點，但對於一般用戶來講，接收端需要天線鍋面、衛星接收機等，價格難以接受，所以發展受到一定限制；另一方面，直接接收衛星節目需要國家相關政策的支持，所以短時間內難以推廣。

有線電纜廣播電視著重於解決“信息到戶”的問題，特別是在城鎮等人口居住稠密地區，但“最後一公里”建設成本很高，對幅員遼闊的廣大地區，收看有線電視短期內無法實現。

地面無線廣播作為電視廣播的傳統手段，由於其獨有簡單接收和移動接收的能力，能夠滿足現代信息化社會所要求的“信息到人”的基本需求。數字電視一個頻道在通過網路管理和軟體的控制下，可以同時收看多套標清晰度電視節目、調頻廣播節目及數據廣播等，對電視觀眾來說，是質的進步，而且數字電視地面廣播的傳輸和使用能克服環境惡劣和從根本上解決了頻譜資源緊張的問題。無疑，數字電視地面廣播的推廣和產業化將帶來不可估量的經濟增長。

當今國內許多省市已開始進行數字電視地面廣播的試驗，上海文廣集團在數字電視無線發射、移動接收方面走在了前面，而且在經濟上也得到了很好的回報；北京廣電傳媒公司的數字移動接收也已投入運行，前景看好，潛力巨大。還有的省市正蓄勢待發，為搶佔這巨大的潛力市場而努力工作，數字地面廣播已成為社會各界關注的焦點。新一輪的發展，對我們提出了新的挑戰，刻苦學習數字技術，加強調研研究，做好知識儲備，積蓄力量，這是擺在我們面前的重要課題。

地面數字電視廣播系統主要包括三個部分：地面數字電視節目集成平台，主要完成編碼、復用和EPG等功能；地面數字電視節目傳輸系統，可採用衛星方式、國家廣播電視幹線網、微波網作為傳輸系統；地面數字電視發射系統主要承擔覆蓋任務。從測試結果看，有相當數目的測試點還不能保證可靠地接收。

在單載波系統中，承載信息的數據用於調製一個載波，它佔有整個RF通道。VSB是一個一維調製方案，佔有的帶寬比符號率的一半稍大些。在單載波系統中，自適應均衡是用於克服由於多徑失真引起的符號間干擾。升餘弦濾波用於頻譜成形。

在多載波系統中，QAM/QPSK用於調製多個載波，各個QAM/QPSK載波之間是正交的。仔細地選擇QAM/QPSK載波，使各個載波譜的峰值位於所有其他載波的過零點。這樣，雖然載波譜之間互相重疊，但並不彼此干擾。所承載的信息比特可以獨立解調，沒有載波間干擾。換句話說，所有的載波在OFDM方式中保持正交。

OFDM可由快速傅里葉變換FFT高效地實現。OFDM調製器用的是逆FFT，解調器用的是FFT。每個逆FFT輸出OFDM符號，它包含多個數據抽樣。用在數字地面廣播傳播系統中的FFT的大小是2048、4096和8192。OFDM的一個重要特點是保護間隔(GI)的使用。在OFDM符號之間插入GI，可以消除符號間干擾。然而在一個OFDM符號中的幅度和相位失真或衰落仍然存在，通道編碼和均衡用來減輕通道衰落。通道編碼結合OFDM，稱之為COFDM。

VSB是ATSC選用的調製方式。從VSB的傳送本質上說只需要處理I和Q通道中的I通道信號，以符號速率抽樣，這樣可使接收機價格比較便宜。解碼器只需要一個A/D變換器和一個實數的均衡器，工作於10.76兆符號/秒。地面廣播用8-VSB，發送的凈負荷比特率是19.3Mbit/s。電纜傳送用16-VSB。

幀同步器接收來自傳送層的數據，設置好傳送層幀同步位元組，並將串列的數據流排成位元組。輸入的數據是一個19.39Mbit/s的串列數據流，是由188個位元組的MPEG數據包組成。這188個位元組包括一個同步位元組和187個數據位元組，這些數據位元組代表有用的載荷數據率為19.39×187/188=19.28Mbit/s。

數據擾亂器是為了保證碼流中不出現一長串的“1”或一長串的“0”，用偽隨機碼打亂它，使“1”和“0”均衡地出現。否則這種數據序列會產生非均勻的譜，可能對NTSC系統產生干擾。隨機數據也有利於改進接收機恢復環的性能。用於正向差錯校正的RS糾錯位元組(20個RS奇偶校驗位元組)加到每個187位元組的包上，用於發送差錯的有效校正。數據交織是使同樣的RS塊的數據位元組在時間上擴散，這樣在有突發性差錯(連續出錯)發生時差錯也被分散開，有利於差錯糾正。網格編碼的過程是以加倍數據電平來增加輸入信號的冗餘度。每個208位元組的塊轉換成832個2bit的字，這是網格編碼(4狀態網格編碼器)，並映射為由8-VSB規定的一維星座。一個復用器從網格編碼器接收這832個3bit符號，並插入數據段同步(每段4個符號)和數據場同步(每場1段)信號。這有助於在接收條件差時接收機的包和符號時鐘獲取和相位鎖定。

DVB在地面廣播中採用了COFDM調製方式，為更深入地理解DVB-T，這裡先介紹COFDM的基本原理。電視地面廣播目前面臨著比較難的問題：一個是由多徑傳播引起的回波；另一個是頻率資源的使用率的問題。單頻網路(若干發射機用相同頻率發射)可以提高頻率資源的利用率，但是在不同地點用相同頻率同頻播出相同節目時，它們之間會有相互干擾，這種干擾也可以看成是人工的回波。因此，對回波的處理方式可能從根本上影響一個廣播系統的性能。如果能有一種廣播方式可以有效地利用回波而不是消極地排除回波引起的問題，那麼這個新的系統一定會有相當的競爭力。COFDM就是這樣的一個系統。

在COFDM系統中，將傳輸通道分成許多子通道，每個通道對應一個載波，同時將需要傳輸的信號分割成許多部分，每個部分採用一個載波進行傳輸。經過這樣的分割后，每個通道中傳輸的信號的速率將會變得很低。於是通道中的每個調製后的符號的持續時間將遠遠大於回波的延時長度，如果在每個符號間插入大於回波延時的保護間隔，則多徑傳輸就不會帶來符號間的相互干擾。

在一般情況下，特別是在地面廣播的情況下，每個子通道的特徵會不一樣，在不同地點的通道特徵也不一樣。另外，在移動接收的情況下通道的特性還隨時間的變化而變化。可能某些子通道上的回波特彆強，並且與直接傳播的載波反相，會引起信號的嚴重衰弱，而另外一些子通道上的回波可能與載波的相位相差不大，反而增強了直接傳播的載波信號。載波與信號的符號是不一樣的，回波不會超過符號的長度，但是可以遠遠超過載波的長度，可能有載波的幾個周期長，於是會出現部分回波增強信號，部分回波削弱信號的結果。在很簡單的只有一個回波源的情況下，即回波的時延相同的情況下，由於載波的中心頻率不同，也會引起不同載波有不同的回波相位。因此，可能會出現部分子通道的信噪比會比沒有回波時更高的情況。為充分利用這種回波增強信號的作用，必須解決部分通道嚴重受損的問題。在COFDM中，解決這一問題的重要途徑是採用有效的通道編碼方法。通道編碼的作用是與時間、頻率交織一起將各個不同載波上的信號相互聯繫起來，於是在部分通道嚴重受損時可以通過其他通道上解調出的信號來恢復被衰減的信號。它的作用相當於對所有的通道進行了一個平均，從而克服頻率選擇性帶來的問題。

日本在1999年制定了ISDB-T標準，用於地面數字視頻、數字音頻與數據廣播。ISDB-T在調製方面與DVB-T一樣選擇了多載波調製，但具體的技術與DVB-T不一樣。它採用的是BST-OFDM即將信號分割成多個OFDM段。ISDB-T規定的內容主要包括再復用、通道編碼、調製、傳輸控制和接收機等幾個部分。ISDB-T中的復用與MPEG-2系統兼容，在分層時也只有一個傳輸流在通道中傳輸。因此，發送端與接收端都要做相應的分割與合成。ISDB-T的傳輸又根據OFDM段中的載波間隔分成了三種模式，採用的載波間隔分別為250/63kHz、125/63kHz、125/126kHz。右圖給出了ISDB-T模式1的一個例子。在ISDB-T中，對每一數據段能獨立指定OFDM載波調製方式的傳輸參數、內碼的編碼速率和時間間隔的長度。通過在通道中傳輸具有不同傳輸參數的OFDM段組來獲得ISDB-T的分層傳輸。一條通道中可同時傳輸三層。通過在段內限制頻率間隔的範圍，規定OFDM段中的中心段作為部分接收的專用段，在接收時用窄帶接收機將它與其他段分離，從而實現部分接收。