數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)主要設(shè)計目標的探討
作者：昆明電視臺發(fā)射臺 副臺長、高級工程師 嚴錦明 轉(zhuǎn)貼自：廣電在線 點擊數(shù)：583
摘要: 本文分析了數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的三種傳輸性能和實現(xiàn)，就系統(tǒng)的主要設(shè)計討論抗多徑干擾技術(shù)、頻譜、標準制定，并簡耍說明了設(shè)計的主耍目的-頻譜的高效利用，數(shù)據(jù)傳輸、穩(wěn)定的固定接收和移動接收能力。
一、引言
設(shè)計一個系統(tǒng)所需達到的主要性能，首先要明確系統(tǒng)有哪些需求。才能從技術(shù)上尋找對應(yīng)的最佳解決方案。設(shè)計要求參照國外已有系統(tǒng)的實際試驗與應(yīng)用結(jié)果，數(shù)字電視接收應(yīng)至少與現(xiàn)有模擬電視接收一樣好。電視觀眾可使用接收模擬電視信號的設(shè)施增加一個機頂盒(STB)就可容易地接收到穩(wěn)定的無線數(shù)字電視信號，包括在室內(nèi)采用簡單天線實現(xiàn)穩(wěn)定接收。在數(shù)字電視服務(wù)區(qū)邊緣地帶及其它一些信號微弱地區(qū)，可以通過使用高增益的定向室外天線接收到數(shù)字電視信號。即在多徑的環(huán)境中（瑞利“Rayleigh” 衰落），數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸容量應(yīng)得到保證，在規(guī)定的頻道帶寬內(nèi)，要求數(shù)字電視廣播系統(tǒng)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(shù)據(jù)以及包括系統(tǒng)業(yè)務(wù)和控制信息、節(jié)目指南、互聯(lián)網(wǎng)信息等在內(nèi)的大量輔助數(shù)據(jù)。系統(tǒng)應(yīng)具備支持這些業(yè)務(wù)，考慮到數(shù)字電視日后發(fā)展空間和業(yè)務(wù)應(yīng)用的多樣性和對傳輸容量的不斷增長的需求，數(shù)據(jù)傳輸容量的大小是衡量一個數(shù)字電視廣播系統(tǒng)設(shè)計好壞的重要指標。在提高系統(tǒng)其它性能時，?？紤]數(shù)據(jù)傳輸容量，系統(tǒng)必須支持便攜接收應(yīng)用。便攜接收應(yīng)是無線廣播的最基本接收形式之一。系統(tǒng)應(yīng)考慮支持移動接收應(yīng)用。國外現(xiàn)有系統(tǒng)在設(shè)計定型階段大多沒有充分考慮系統(tǒng)的移動接收性能。事實上，移動接收能力是數(shù)字電視地面廣播與衛(wèi)星及有線電纜廣播相比獨具特色之處，若系統(tǒng)能夠以較大的傳輸碼率實現(xiàn)移動接收，如在車輛行駛速度一定范圍內(nèi)接收，這樣應(yīng)用范圍和形式將會大大增加。當然，移動接收時的傳輸容量要明顯低于固定接收的傳輸容量。系統(tǒng)應(yīng)方便頻譜分配并支持差轉(zhuǎn)廣播。數(shù)字電視系統(tǒng)應(yīng)具備同頻和鄰頻抗干擾性，允許使用差轉(zhuǎn)廣播甚至同頻廣播等形式擴大覆蓋和填充零點區(qū)域。 系統(tǒng)應(yīng)允許多種成本價格的接收機實現(xiàn)，包括低成本實現(xiàn)。數(shù)字傳輸系統(tǒng)的關(guān)鍵在于載波恢復、時鐘恢復和信道均衡。載波恢復是將接收機中的解調(diào)頻率和相位調(diào)整到與發(fā)送端的調(diào)制頻率和相位一致。時鐘恢復是將接收機系統(tǒng)時鐘的頻率和相位調(diào)整到與調(diào)制器系統(tǒng)時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(nèi)頻譜波動）所造成的碼間干擾。
數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)性能的優(yōu)越性主要來源于信道編碼和信號調(diào)制方式。衛(wèi)星和有線電視網(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(diào)制方式一般都是針對白噪聲模型設(shè)計的，這樣的信道編碼調(diào)制可以在衛(wèi)星和有線電纜廣播中得到很好的應(yīng)用，系統(tǒng)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，沒有任何信道編碼調(diào)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(tǒng)都反映出這一特點：即在實驗室的白噪聲環(huán)境下，兩者都接近理論值，但一旦處于實際的地面廣播環(huán)境下，兩套系統(tǒng)性能都發(fā)生明顯的劣化。美國系統(tǒng)雖然在白噪聲性能方面優(yōu)于歐洲系統(tǒng)，但美國系統(tǒng)沒有考慮嚴重的多徑環(huán)境和衰落現(xiàn)象，其接收實際地面廣播信號能力相對于歐洲系統(tǒng)較弱。事實上，現(xiàn)有系統(tǒng)在白噪聲條件下具有增益的編碼在實際環(huán)境中不但無助于提高性能，反而加劇了系統(tǒng)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，多徑的時延和幅度的變化速度都遠比衛(wèi)星和有線電纜信道復雜。系統(tǒng)能穩(wěn)定工作的區(qū)域有限，對系統(tǒng)信號處理能力，尤其是處理速度及穩(wěn)定性要求苛刻。再加上地面廣播要求與現(xiàn)有模擬電視廣播兼容，大功率非線性發(fā)射使相鄰頻道間的干擾加劇，若系統(tǒng)各個糾錯編碼保護環(huán)節(jié)不能很好地協(xié)調(diào)工作，就會顧此失彼，各部分性能互相牽制，使系統(tǒng)始終處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，在惡劣的地面廣播多變通道條件下，如何設(shè)計一個各個功能強自適應(yīng)工作的數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，是我們每一名廣播電視技術(shù)人員思考的問題，下面就數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的設(shè)計作一些探討。
二、地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)標準
目前全球共有三套國際地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)標準，美國1996年高級電視系統(tǒng)委員會(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(shù)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(shù)字廣播(ISDB-T) 采用正交頻分復用(OFDM) 即：ISDB-T OFDM。這三種系統(tǒng)標準，系統(tǒng)設(shè)計從技術(shù)上限于當時的設(shè)計方向、使用環(huán)境、技術(shù)水平和硬件支持能力，這些系統(tǒng)沒有發(fā)揮出系統(tǒng)應(yīng)有的潛力。
1、美國ATSC 8-VSB系統(tǒng)
美國ATSC 8VSB系統(tǒng)是為了在單個 6MHz 頻道中傳輸高質(zhì)量視頻和音頻（HDTV）以及輔助數(shù)據(jù)而設(shè)計的，用于地面廣播分配系統(tǒng)。它能夠可靠地在 6MHz 內(nèi)用8VSB調(diào)制傳輸 19.4 Mbit/s 的數(shù)據(jù)。8-VSB “地面同播模式” 可抵抗 NTSC 干擾，對于地面廣播，此系統(tǒng)的設(shè)計允許在已有的NTSC 發(fā)射機上分配一個額外的具有可比覆蓋范圍的數(shù)字發(fā)射機，并且在區(qū)域和人口覆蓋方面對現(xiàn)存 NTSC 節(jié)目影響最小。系統(tǒng)的射頻發(fā)射特性經(jīng)過仔細選擇后，上述能力是可以達到，通過 18 種視頻格式，提供各種圖像質(zhì)量。利用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力，基于數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)具有巨大的潛力。系統(tǒng)提供固定的接收。
8-VSB系統(tǒng)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(tǒng)同步和時鐘信道編碼糾錯保護措施。如此設(shè)計使美國系統(tǒng)具備噪聲門限低（理論值≈14.9dB），大傳輸容量(固定有用數(shù)據(jù)位率為19.4Mb/S) 和實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)流MPEG-2Packet188bit(1bit同步+187bit) 主要技術(shù)優(yōu)勢。但美國系統(tǒng)存在一系列問題。最主要的是對付強動態(tài)多徑困難：在近的強多徑變化（相位）時，導頻信號會受到嚴重影響，載波恢復出現(xiàn)困難。同時，均衡器的性能在載波沒有精確恢復時會急劇下降；系統(tǒng)雖然使用了訓練序列，但兩個訓練序列之間相隔24毫秒，期間多徑的快速變化無法被跟蹤，雖然美國系統(tǒng)同時使用數(shù)據(jù)判決反饋“DFE”，利用數(shù)據(jù)本身產(chǎn)生的誤差信號進行調(diào)節(jié)，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(tǒng)是不穩(wěn)定的。因此，美國系統(tǒng)的原有設(shè)計思想、導頻放置、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，都使得該系統(tǒng)不能有效對付強多徑和快速變化的動態(tài)多徑，造成某些環(huán)境中固定接收不穩(wěn)定以及不支持移動接收。另外，美國系統(tǒng)在對付模擬電視同播時采用了梳狀濾波器，梳狀濾波器開啟時，系統(tǒng)門限上升3dB，且開啟與否是通過判決后的硬開關(guān)。這一方案在實用中不僅會使開關(guān)受噪聲或多徑變化的影響來回跳動，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，還由于其引入的電平數(shù)目和12路交織，影響系統(tǒng)網(wǎng)格解碼和均衡器的工作。ATSC 8-VSB傳輸系統(tǒng)具較好的載噪比，可在較低的載噪比下運行，當系統(tǒng)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(yīng)而造成的頻率選擇性哀落，8VSB傳輸方式采用了均衡器來消除回波，但對回波時延變化很敏感，結(jié)構(gòu)復雜，是一個固定碼率的數(shù)字傳輸系統(tǒng)使用單載波調(diào)制技術(shù)，不支移動接收。
2、歐洲D(zhuǎn)VB-T COFDM系統(tǒng)
歐洲D(zhuǎn)VB-T COFDM系統(tǒng)是歐洲數(shù)字視廣播(DVB) 開發(fā)的系列標準中的數(shù)字地面電視廣播系統(tǒng)標準，在系列標準中DVB-T是最復雜的DVB系統(tǒng)。使用MPEG-2傳送比特流復用，里德-索羅門(RS) 前向糾錯系統(tǒng)，采用COFDM調(diào)制方式，把傳輸比特分割到數(shù)千計的低比特率副載波上，用1705個載波(“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(tǒng)是兼容的。歐洲系統(tǒng)中放置了大量的導頻信號，穿插于數(shù)據(jù)之中，并以高于數(shù)據(jù)3dB的功率發(fā)送。這些導頻信號一舉多得，完成系統(tǒng)同步、載波恢復、時鐘調(diào)整和信道估計。由于導頻信號數(shù)量多，且散布在數(shù)據(jù)中，能夠較為及時地發(fā)現(xiàn)和估計信道特性的變化。為進一步降低多徑造成的碼間干擾，歐洲系統(tǒng)又使用了“保護間隔”的技術(shù)，即在每個符號（塊）前加入一定長度的該符號后段重復數(shù)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(tǒng)的技術(shù)核心，正是這兩項技術(shù)使歐洲系統(tǒng)能夠在抗強多徑和動態(tài)多徑及移動接收的實測性能方面優(yōu)于美國ATSC 8-VSB系統(tǒng)。另外，歐洲系統(tǒng)還對載波數(shù)目、保護間隔長度和調(diào)制星座數(shù)目等參數(shù)進行組合，形成了多種傳輸模式供使用者選擇。多種模式常用的其實只有兩到三種，分別對應(yīng)固定接收和移動接收應(yīng)用。歐洲系統(tǒng)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(jù)了有效帶寬的14%左右，若采用大的保護間隔，此數(shù)值將超過30%。歐洲方案的綜合頻帶利用率比美國的VSB方案進一步損失6%至23%。因此，以過分下降寶貴的系統(tǒng)傳輸容量為代價來換取系統(tǒng)的抗多徑性能，顯然不是一個好的折衷方案。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亞采樣信號，且COFDM采用塊信號處理方式（每次上千點），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(tǒng)始終無法達到理論值的原因之一（與理論值差2-3dB），因此，現(xiàn)有歐洲COFDM系統(tǒng)事實上并不是對付移動多徑最有效的手段。再次，歐洲系統(tǒng)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(diào)在其衛(wèi)星、有線和地面?zhèn)鬏敺桨钢惺褂孟嗤男诺谰幋a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現(xiàn)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(tǒng)在現(xiàn)存的已分配給模擬電視傳輸?shù)?UHF 頻譜內(nèi)廣播可決定選擇3.7-23.8Mb/S的傳輸速率。雖然系統(tǒng)是為8MHz 頻道開發(fā)的，但能用于任何頻道帶寬（6、7、8MHz），只是相應(yīng)地改變數(shù)據(jù)容量。8MHz 信道內(nèi)傳輸?shù)挠行舯忍卮a率在 4.98~31.67Mbit/s 范圍內(nèi)，取決于信道編碼參數(shù)、調(diào)制類型和保護間隔的選擇。在設(shè)計上允許碼率可變，顯示其靈活性，可根據(jù)信噪比提供多種碼率。
系統(tǒng)設(shè)計本質(zhì)上要具有內(nèi)在的適應(yīng)性，以便能夠適應(yīng)所有的信道。它不僅能夠處理高斯信道，而且也能適應(yīng) Ricean 和 Rayleigh 信道。它能夠抵抗高電平（0dB）、長延時的靜態(tài)和動態(tài)多徑失真。此系統(tǒng)能可靠地克服延時信號的干擾，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(tǒng)具有許多可選擇的參數(shù)，以適應(yīng)大范圍的載噪比和信道特性。它允許固定、便攜或者移動接收，相應(yīng)的有用比特碼率要進行折衷?？蛇x擇的參數(shù)范圍允許廣播業(yè)者選擇一種模式，以適應(yīng)將來的應(yīng)用。例如，一個適度的可靠模式（相應(yīng)的較低碼率）對于確保使用簡單的機頂天線的便攜接收是必要的。對于節(jié)目規(guī)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(shù)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(tǒng)，有利于數(shù)字與模擬電視共存，在與現(xiàn)行模擬電視混合傳輸方面顯示出優(yōu)勢，設(shè)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)耍求進行傳輸試驗，在澳大利亞、拉丁美洲、香港地區(qū)等受到贊許。
3、日本ISDB-T ODFDM系統(tǒng)
日本提地的“綜合業(yè)務(wù)數(shù)字廣播”ISDB-T OFDM系統(tǒng)采用MPEG-2傳送比特復用，OFDM調(diào)制方式，使用的編碼方式、調(diào)制、傳輸馬DVB-T COFDM基本相同，可以說是經(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6MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432KHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度（最長達0.5秒），增加交織深度將引入長達數(shù)幾百和的延遲影響頻道轉(zhuǎn)換和雙向業(yè)務(wù)。ISDB-T 概念覆蓋了各種服務(wù)，因此系統(tǒng)不得不面對各種需求，而且一個業(yè)務(wù)可能和另一個業(yè)務(wù)是不同的。例如，對于 HDTV 節(jié)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(tǒng)提供了可選擇的調(diào)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。
在一個地面頻道中有 13 個 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(tǒng)采用的調(diào)制方法稱為頻帶分段傳輸（BST）OFDM，由一組共同的稱為 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，依賴于所處地區(qū)）。例如，對于 6MHz 信道，每段占據(jù) 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(diào)制方案和內(nèi)碼編碼碼率，依此提供了分級傳輸特性。每個數(shù)據(jù)段有其自己的誤碼保護方案（內(nèi)碼編碼碼率、時間交織深度）和調(diào)制類型（QPSK 、DQPSK、16-QAM 或者 64QAM），那么每段能滿足不同的業(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）。通過傳輸不同傳輸參數(shù)的 OFDM 段群，可以達到分級傳輸。在一個地面頻道中可提供三個業(yè)務(wù)層（三種不同的段群）。通過使用只有一個 OFDM 段的窄帶接收機，可以接收傳輸信道中的部分節(jié)目。
雖然系統(tǒng)是為 6MHz 頻道開發(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(yīng)的改變數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)吞吐量在 3.65 到 23.23Mbit/s 范圍之間。
對于地面廣播，系統(tǒng)設(shè)計了足夠的適應(yīng)性來傳輸電視和聲音，以及提供多媒體節(jié)目，包括各種數(shù)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、輕便的和廉價的移動接收，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(shù)字接收中，多徑效應(yīng)將使接收完全失效。地面數(shù)字電視傳輸，由于多徑效應(yīng)造成的頻率選擇性衰落會引起碼間干擾，生產(chǎn)誤碼。因此地面數(shù)字電視傳輸必須采用抗多徑干擾技術(shù)。目前有自適應(yīng)均衡和正交頻分多路復用技術(shù)。
自適應(yīng)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(diào)制技術(shù)足是一種并行傳輸方案，在指定頻帶上設(shè)置K個等間隔的子載波, 每個載波單獨被數(shù)字調(diào)制，每個子載波上的調(diào)制符號將被延長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實現(xiàn)。
一個碼元時間間隔內(nèi)，設(shè)基帶OFDM信號表示為： ，其中M（n）表示第 n個子信道的調(diào)制信號，N為并行傳輸信道數(shù)。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=T5+Δ ，信道間隔仍為1/T5 ，于是在t時刻，OFDM信號為: ,經(jīng)過多徑信道后，子信道之間的正交性受到破壞。假設(shè)，相對時延小于 的傳輸徑數(shù)為M1，而超過 的為M2, 則第K個信道在第I時刻的解調(diào)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，使相對多徑時間差小于 Δ，則解調(diào)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乘性干擾影響，需要在每個子信道交替插入基準電平信號,求得信道逆響應(yīng)，對接收信號進行幅度相位校正來消除多徑效應(yīng)。另外時間交織、頻率交織、保護時間與編碼結(jié)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(diào)制系統(tǒng)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(qū)，當使用室內(nèi)或機頂天線時，由于發(fā)射機的直線路由被阻擋，通常會產(chǎn)生很大的回波。保護間隔能夠完全消除碼間干擾，除非回波的延時超過了保護間隔的范圍。不管怎樣，帶內(nèi)衰落仍將影響所需的 C/N，特別是當 COFDM 載波上采用高階調(diào)制時。為了抵抗 0dB 的強回波，DVB-T 和 ISDB-T 需要很強的內(nèi)碼糾錯和良好的信道估計系統(tǒng)，以及更高的 C/N。當使用 R = 2/3 卷積碼時，它需要大約多6dB的信號功率，以便處理 0dB 回波。無論如何，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于所選擇的碼率。使用消除技術(shù)的軟判決解碼能夠顯著地提高性能。
DVB-T 和 ISDB-T 系統(tǒng)的保護間隔能用于處理超前的或延遲的多徑失真。這一點對于 SFN(單頻網(wǎng)) 能夠運行是重要的。ATSC 系統(tǒng)不能處理長的預回波，因為它是為 MFN(多頻網(wǎng)) 環(huán)境設(shè)計的，在室外固定接收的情況下，它們通常不會產(chǎn)生長的預回波。因為一個區(qū)域內(nèi)的所有的發(fā)射機都工作在同一個頻率，以及由于增加了接收多發(fā)射機所發(fā)信號的概率而帶來的某些網(wǎng)絡(luò)增益，SFN 能夠顯著地節(jié)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(yīng)均衡技術(shù)，對短時延的多徑干擾有較強的抵抗能力，但是為了消除長時延的重影，采用均衡器，計算量大，硬件結(jié)構(gòu)較為復雜，使接收機成本也高。OFDM技術(shù)通過延長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，其算法簡單、硬件實現(xiàn)容易、成本也相應(yīng)較低，具有一定優(yōu)點。不過，在對付長時延的強重影（ ）干擾措施時采用增大保護間隔和符號周期的方法會受到某些技術(shù)（如系統(tǒng)非線性）的限制。
四、頻譜效率
OFDM 作為多載波調(diào)制方案，比單載波調(diào)制系統(tǒng)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，甚至在沒有輸出頻譜成型濾波器時。對于 6MHz 信道，DVB-T系統(tǒng)的有用的帶寬（3-dB）為 5.7MHz（或5.7/6=95%），ISDB-T 系統(tǒng)的為 5.6MHz (或 13/14 = 93%)，相比較，ATSC 系統(tǒng)的有用帶寬為 5.38MHz（或 5.28/6 = 90%）。所以，OFDM 調(diào)制有至多 5％ 的頻譜效率優(yōu)勢。
不管如何，DVB-T 和 ISDB-T系統(tǒng)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(nèi)導頻，將減少數(shù)據(jù)容量。例如，DVB-T 提供了系統(tǒng)保護間隔的選擇，為實際符號持續(xù)時間的 1/4、1/8、1/16、1/32，這等同于數(shù)據(jù)容量分別減少了 20%、11%、6％ 和 3％。1/12 帶內(nèi)導頻插入將導致碼率損失 8％。總體上，對于不同的保護間隔，數(shù)據(jù)吞吐量將減少 28％、19％、14％ 和11％。減去前面提到的OFDM 系統(tǒng) 5％ 的帶寬效率優(yōu)勢，DVB-T 系統(tǒng)相對于 ATSC 系統(tǒng)的總數(shù)據(jù)容量分別減少為 23％、14％、9％和 6％。這意味著對于 6MHz 系統(tǒng)，假定具有相同的信道編碼和調(diào)制方案（64QAM，R＝2/3），DVB-T 系統(tǒng)在上述保護間隔比例下將提供14.9、16.6、17.6 和 18.1Mbit/s 數(shù)據(jù)碼率；ISDB-T 系統(tǒng)將提供 14.6、16.4、17.2 和 17.7Mbit/s 數(shù)據(jù)碼率；相應(yīng)的 ATSC系統(tǒng)碼率為固定的 19.4Mbit/s。
實際上，DVB-T和ISDB-T系統(tǒng)能適應(yīng)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)點有：（a）適合嚴重的多徑環(huán)境；（b）快速移動的多徑環(huán)境；（c）單頻網(wǎng) SFN；（d）移動接收；和（e）非指向性接收天線位置。而在 SFN 環(huán)境中，可能許多發(fā)射機使用相同的頻率（頻道）覆蓋一個巨大的范圍，這將導致 DVB-T 和 ISDB-T 系統(tǒng)頻譜和傳輸功率的全面節(jié)省。
五、數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敇藴实闹朴?
傳輸方案將構(gòu)成一個國家的數(shù)字電視地面廣播傳輸標準的基本技術(shù)內(nèi)容。作為一個電視生產(chǎn)和消費大國，作為一個正在融入全球經(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(shù)字電視系統(tǒng)標準能夠為我國經(jīng)濟所帶來的巨大發(fā)展空間和機遇。世界先進工業(yè)國家本著擴大世界市場和獲取高額技術(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(chǔ)，近幾年來不遺余力地向我國推薦采用他們的標準。特別是以數(shù)字電視地面廣播傳輸標準為推薦重點，意欲借此系統(tǒng)標準來推動全面采用其整個標準系列。對此，我們應(yīng)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的認識。
標準是國家利益的集中體現(xiàn)，在當今知識經(jīng)濟時代，更是為發(fā)展中國家保護和促進本國產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了一種合法手段。每個國家都希望通過標準制訂來實現(xiàn)本國利益最大化。一般規(guī)律是：先進國家投入巨資和技術(shù)，開發(fā)出標準體系，然后在全球范圍內(nèi)推廣自己的標準，以使自己的技術(shù)優(yōu)勢通過標準應(yīng)用固化下來，從而擴大市場并獲得高額首期“利潤；技術(shù)落后國家由于受資金、市場和技術(shù)等多方面條件的制約，則常常被迫接受先進國家的標準，以降低風險和增加出口機會。這樣的結(jié)果使世界兩極分化更為嚴重，技術(shù)先進者愈來愈先進，尤其是隨著數(shù)字時代的來臨，高技術(shù)成果轉(zhuǎn)化周期縮短，知識產(chǎn)權(quán)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和加工基地，后續(xù)自我發(fā)展能力嚴重不足。因此，一個國家若要凝聚自己的技術(shù)實力，保護和擴大本國企業(yè)的市場份額，必須在標準問題上采取“以我為主，借鑒先進”的策略。另外，我國擁有巨大的數(shù)字電視潛在市場，不同于那些本國市場狹小的出口型國家，關(guān)于這一點，就連國外公司的專家也承認：中國的市場規(guī)模足以支撐形成一個新的數(shù)字電視標準。我國正在研制的第三代移動通信標準也正是依靠了市場規(guī)模的支持。若簡單選用國外某一標準，不僅會扼殺代表未來高技術(shù)競爭力的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究的源動力，而且會迫使我國過早啟動市場，幫助西方國家的市場培育，肢解我國現(xiàn)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利費和授權(quán)費，遺患無窮。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技術(shù)能否為我所用，能否得到進一步改進。而直接選用標準等于“一葉障目”，等于對先進技術(shù)改進的否定。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)引進談判權(quán)，甚至會導致未被采用的國外一方由于市場利益損失所引發(fā)的政治上的麻煩。另外，由于數(shù)字技術(shù)具備加密、隱密等特點，直接選用標準所可能造成的盲目引進甚至會危及國家信息安全。
我國在政府組織下，對數(shù)字高清晰度電視系統(tǒng)技術(shù)已開展了近十年的研發(fā)工作，先后研制成功兩代數(shù)字高清晰度電視地面廣播樣機系統(tǒng)，并進行過實況信號轉(zhuǎn)播實驗。經(jīng)過科研、廣播和產(chǎn)業(yè)各界技術(shù)人員的共同努力，特別在數(shù)字電視地面?zhèn)鬏敿夹g(shù)方面逐步形成了具備自主專利技術(shù)的多種實現(xiàn)方案。今年國家計委在北京、上海和深圳等城市設(shè)立了我國首批數(shù)字電視試驗區(qū)，這些方案將在試驗區(qū)中得到充分實驗和改進。如清華大學自主開發(fā)完成了”地面數(shù)字多媒體電視廣播傳輸系統(tǒng)DMB-T”采用OFDM多頻調(diào)制技術(shù)在8MHz的帶寬中傳輸最大凈荷率達33Mb/s，在整個系統(tǒng)設(shè)計中沒有采用任何國外現(xiàn)成的芯片，每一步都獨立自主進行設(shè)計，實現(xiàn)了完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，具有很大的市場潛力，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，進入了專利申報和實用化階段。國家同時也在安排計劃，擬對現(xiàn)有國內(nèi)外的傳輸方案進行性能測試與比較。依據(jù)現(xiàn)有研究基礎(chǔ)和推進速度，我國完全有可能在各級政府部門的全力支持下，在較短的時間內(nèi)，經(jīng)過測試、分析和改進，集眾家所長，制訂出具有自己特色和自主知識產(chǎn)權(quán)的中國數(shù)字電視地面廣播傳輸標準。
我國現(xiàn)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(guī)劃情況復雜，而且受我國政治、文化、經(jīng)濟現(xiàn)狀決定，其數(shù)字電視節(jié)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(yīng)努力達到以下技術(shù)要求：盡量滿足數(shù)字電視地面廣播需求條件，系統(tǒng)具備固定接收和移動接收兩種主要工作模式，采用抗多徑干擾技術(shù)使系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在強多徑和動態(tài)環(huán)境中穩(wěn)定接收，同時，提高頻譜效率保證系統(tǒng)的傳輸數(shù)據(jù)容量。考慮到數(shù)字地面廣播和有線電纜廣播可能構(gòu)成我國未來數(shù)字電視廣播的主要市場，所研制的地面?zhèn)鬏敺桨笐?yīng)使其接收機易于兼容數(shù)字有線電纜解調(diào)解碼方案。即系統(tǒng)應(yīng)兼容數(shù)字有線電纜方案。系統(tǒng)應(yīng)努力克服上國外系統(tǒng)的不足，形成自己的系統(tǒng)組成和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)及早形成接收芯片的設(shè)計方案，并應(yīng)以中國企業(yè)首先申請接收技術(shù)實現(xiàn)專利和研制成功符合標準方案。
六、結(jié)束語
通過上面探討分析可得到這樣的結(jié)論數(shù)字電視地面廣播系統(tǒng)的主要設(shè)計目標是頻譜的高效利用、足夠大的數(shù)據(jù)傳輸容量、穩(wěn)定的固定接收和移動接收能力。數(shù)字電視廣播系統(tǒng)為了節(jié)約傳輸帶寬，就要采用調(diào)制技術(shù)，信道編碼，提高傳輸?shù)目煽啃裕姑縃z頻帶能傳送更多的bit(數(shù)據(jù)率) 。設(shè)計一個能夠在固定和移動接收環(huán)境中，穩(wěn)定實現(xiàn)大數(shù)據(jù)容量傳輸?shù)臄?shù)字電視地面廣播系統(tǒng)。在已有國外標準方案，我國目前正在研究制定自己的數(shù)字電視標準，在地面廣播傳輸領(lǐng)域已積累了相當多的實際經(jīng)驗，具有較好的研究基礎(chǔ)。只要繼續(xù)在政府支持下，不懈努力，汲取現(xiàn)代技術(shù)精華，完全有可能形成技術(shù)先進、性能優(yōu)越的傳輸標準方案。這對于我國數(shù)字電視產(chǎn)業(yè)乃至整個電子消費市場的健康發(fā)展將產(chǎn)生深遠影響。
