地面数字电视应用

摘 要：为了提高数字电视信号质量，系统采用数字MUDS(U段多路分配系统)传输方式，打破了地域界线，解决了边远山区老百姓看电视难的问题，具有建网成本低，易于加密，确保了系统的安全性等特点。采用DVB-T取代传统DVB-C信号，达到了实现图文、数据、点播等双向交互式服务，带来新的增值业务，并使得多次中继后，仍能保持高质量的图像效果的目的。

关键词：MUDS; DVB-T; 数字电视; 机顶盒

作者简介：

储海燕 女，1981年出生，陕西西安人，助教。主要研究方向为数据通信。

Application of DVB

CHU Hai-yan

(Electrical Engineering Department， Xi’an Aero technical College， Xi’an 710077， China)

Abstract： To improve the signal quality of digital TV, a new system was designed using digital MUDS transmission style, which has features such as low cost in building network, simplicity in encryption. Instead of traditional DVB-C, the DVB-T signal can realize dual-way mutual service such as graphs, data and video-on-demand, which is a new increment service. After several relay, it still remains high-quality image effect.

Keywords： MUDS; DVB-T;digital TV; STB

收稿日期：2011-05-16

0 引 言

我国是一个农业大国，农村人口占全国70%以上，有50%以上的人口居住在边远的农村山区，一般情况下，先进的技术往往都是在城市得到推广应用，然后再向郊区农村扩散［1］。特别是有线电视用户的发展，在城市由最初的共用天线系统传送几套模拟电视节目发展到30余套，从电缆传送发展到光纤传送电视信号，传送节目的数量越来越多，节目质量也越来越高，而在广大边远的农村用户至今只能靠本地差转台接收不大清楚电视信号，如何使边远的农村山区也能和城市一样，收看到清楚的多套电视节目，无线数字电视多路传输系统可使他们梦想成真。

1 无线数字传输系统的优势［2-3］

同光纤相比，无线数字系统具有投资少、建网快、可靠性高、抗自然灾害能力强的特点，维修成本低、故障率低。

由于数字无线系统采用MPEG数字压缩方式，可大量的节约频率资源，在原来只能传送1套节目的8 MHz带宽内可高质量的传送4~8套数字电视节目(若采用64QAM调制，40 MHz带宽内可传送30套清晰度高的电视节目，每8 MHz带宽压缩6套节目)。

在信噪比相同时，数字传输要求的载噪比门限值比模拟电视大约低20 dB。

数字电视的图像不会出现雪花、网纹或图像模糊等模拟电视常见的现象，评价它的标准只有两个，指标超过或达到门限值完全还原图像的本质，不存在图像失真，低于门限值误码率增加完全不能收看。因此，载噪比劣化到门限之前，只要保证误码在1×10-6以上，数字电视传送就不会产生失真。

可实现干线传输和有线电视联网，又可作为用户分配网，直接覆盖到用户数字机顶盒接收。

由于是采用数字传输，可以非常方便地实现用户管理CA系统，完全解决了用户管理和收费难等问题。

2 无线数字设备的主要性能技术要求

目前，数字设备已成功的将模拟MMDS(点对多点分配宽带无线技术)向数字MMDS转化，由数字MMDS向数字MUDS M(U段多路分配系统)转化，并成功地解决了用户接收端频响、带宽和多径干扰。

2.1 核心设备遵循原则

从模拟向数字转化，首先是传输中心数字化，DVB-C的成功应用实现传输中心数字化，CA系统的加入又实现了用户管理科学化，而传输中心数字化是整个传输系统的核心，核心设备的使用必须遵循以下几个原则：

可靠性原则 确保系统安全可靠的运行。

先进性原则 在我国还没有制定出自己的数字电视标准以前，必须采用目前国际上先进、成熟的数字视频技术，符合国际流行的DVB标准。

兼容性原则 所有技术和设备应遵循现有的标准或行业规范，符合DVB以及其他相关标准，适应不同厂家的设备互联，具有开放的CA协议接口，可集成第三方厂家CA系统。

扩展性原则 系统硬件具有开放性通用平台，平滑升级性好。

安全性原则 系统具有先进完善的系统管理、用户管理、收费管理、论证加密系统，确保系统的安全，系统还可以以开放式接口接入CA系统。

标准化原则 系统符合ISO/IEC11172,ISO/IEC13818,ETS300421,DVB,G.703等各项国际标准； IC卡接口符合ISO70816标准；数字视频广播符合欧洲DVB-C1998标准。

2.2 对传输设备的性能及技术要求

(1) 数字MUDS发射机处于平均工作状态，要求功放管的线性要好，输出功率的动态范围要大，最好采用甲类。

(2) 数字MUDS发射机对相位噪声要求特别高，数字QAM采用正交调幅调相、相位的抖动导致检测的偏差和码流干扰，误码率增大，因此数字发射机要求相位噪声指标在偏离载频中心频率10 kHz处1 Hz带宽上，应小于等于－110 dB，若达到－95～－100 dB也能传送数字信号，因此对MUDS上变频器本振源的锁相要求较高。

(3) 数字MUDS发射机的中频是数字信号频谱的中心频率，欧美常采用44 MHz,36 MHz，我国还没有制定出DVB-C标准规定的中频频率，目前使用的中频应和国际标准靠拢或相近。

(4) 数字邻频道合成器。从MMDS发射机来看由于工作频率很高(2.5~2.7 GHz)，所以邻频道合成器的滤波、频响和插损都能做得很好。而MUDS工作在470～800 MHz的频段。受频率和波长的限制，合成器的指标目前还很难做到最佳，特别是合成器的插损一般都在2.5～2.8 dB，所以解决MUDS合成器的插损显得非常关键，如果能把频道合成器的损耗降到0.5～0.8 dB对于提高传输系统效率是非常有利的(据有的厂家介绍，他们已把合成器的插损做到0.9~1 dB，邻频隔离度达到60 dB)。

3 MUDS的具体应用

既然数字MUDS有如此明显的优势，特别直接面对用户这方面优势更为明显，在硬件设备上的投入比数字MMDS降低了一半。市、县一级广播电视部门将直接面对用户［4］，用无线数字MUDS联网到户是比较经济实惠的选择。用户的接收成本由原来的100多元降低到现在的35~50元，受雨衰与树衰影响的阴影面明显减少，用户接收端的稳定性进一步提高，用户原来使用的一般分米波天线也能正常收看数字MUDS信号，在用户端用普通MUDS天线测试。30套数字电视节目，5个载波频率的比特误码率(BER)≤1×10-7，调制误码率(MER)≥32 dB，全天候不间断运行稳定、可靠，其应用方案如方框图1所示。

图1 数字MUDS应用方案

从图1中可以看出，主台传输仍然利用MMDS发射机，中继转发采用宽带MUDS发射机：带宽为40 MHz，五个载波，平均功率为15 W，覆盖半径为10～15 km，中继接收端利用下变频器一次变频到MUDS频段进入发射机，用户接收端可利用原有分米波天线或自行开发的专用天线接收，在用户端经频谱仪观查，40 MHz带宽，5个载波的平坦度小于等于3 dB，通过对MUDS的具体运用，总结其具有以下特点［5］：

(1) 随着数字化进程的到来，DVB-C数字化平台的应用，数字MUDS不同于一般的无线地面数字电视，它不是单一模拟电视频道的数字化，而是在多个分米波相邻频道的数字化，完全达到有线数字电视一样的多路覆盖效果。

(2) 数字MUDS发射机不同于现在的模拟发射机，它不需要很大的功率，纯属小功率发射机，覆盖半径为10～15 km，平均功率只要5~8 W就可直接传输到用户接收端。

(3) 模拟发射机的功率按峰值计算，数字发射机是按平均值计算。数字功率比模拟功率下降4倍，但在接收端的电平和信噪比则降低了近10倍，如能更好地开发用户端的接收天线，数字电视接收端比模拟电视接收电平降低近15～20倍(此天线已成功的开发应用)，所以数字电视不需要很大的功率。

(4) 由于发射的功率较小，不会像模拟电视那样引起十分严重的多径干扰。若出现多径干扰只要低8～10 dB，多径效应便不能干扰正常接收。

(5) 数字MUDS发射所占用的带宽仅是模拟传输的1/8，传输节目的数量可增加5～8倍。

4 地面移动数字电视信号覆盖

根据国家广电总局所做的数字电视地面广播传输标准(ATSC,DVB-T,ISDB-T)［6］测试报告的技术结论，地面数字高清晰度电视试验的技术经验，从各方的技术报告结合地面移动数字电视试验的具体情况来看，地面电视存在的主要问题是：建筑物遮挡、多径、接收方式、接收区域、频率规划和覆盖范围等问题［7］。

DVB-T的信号特点［5］是系统采用多载波正交频分复用(COFDM)调制方式［8］，在图2中，分别标出了频率轴和时间轴，从频率轴来看，DVB-T的信号是由许多载波构成的多载波信号，载波数量分别分2k和8k两种模式；从时间轴来看，这些多载波构成的字符具有一定的传输时间，为了防止电波的多路反射，在每个字符的传输时间后面加入保护间隔。

图2 DVB-T系统的特点

在地面数字电视DVB-T单频网中，RF发送系统采用COFDM的信道调制技术，同时伴随着强大的纠错码，达到较高的频谱利用效率。DVB-T提供2种子载波数量：2k模式的1 705个载波和8k模式的6 817个载波、3种调制方式(QPSK,16QAM,64QAM)、4种保持间隔(1/4,1/8,1/16,1/32)，支持小范围和大范围的单频网运行，同样一路数字电视节目，可以通过多个发射机的同一频率同时接收，以提高接收效果。

DVB-T单频网中所有发射机都在同一时间采用同一频率，同时传送同一数字电视信号的同一个比特，这里可以总结为三同步，即同一时间、同一频率和同一比特。通常多个发射机的多路径信号以及同一发射机的直射与反射信号会在接收机端形成信号的叠加，可以提高接收信号的质量。

5 结 语

DVB-T可以保证移动终端在移动环境和微功耗条件下接收数字电视节目,从而很好地配合3G网络的应用。其标准的初衷并不面向移动接收,然而,在新加坡和德国试运营中证明DVB-T在高码率传输移动环境中表现非常好［9-10］。尽管DVB-T具有以上优势，这种优良的抗多径能力会有一些代价:其载/噪比低于8-VBS,并且限制了信号的有效传输距离;COFDM也对来自于电机,如真空吸尘器和电扇的脉冲干扰较敏感;另外数量几千的载波导致较高的峰/均值比,并且需要较高功率的发射机;保护间隔降低了频谱效率并明显减少带宽的比特/赫兹率。这些问题将在下一步的研究中解决。

参 考 文 献

［1］秦凯胜.中国数字电视的发展［J］.科技情报开发与经济，2004(2)：10-13.

［2］邓永红.地面数字电视技术概述［J］.有线电视技术,2003(15):8-10.

［3］张国军.有线电视技术及发展展望［J］.有线电视技术,2003(19):20-22.

［4］廖劲松.地级市有线数字电视平台设计［D］.成都:电子科技大学,2008.

［5］吴潮.数字电视［J］.黑龙江科技信息,2007(21):20-22.

［6］张倩.我国数字电视的现状及发展［J］.新闻爱好者,2007(10):17-18.

［7］张继东.DVB概述［J］.电视技术,2002(4):23-25.

［8］范强贤.基于DVB-C的数字电视技术架构及其应用［J］.科技信息,2009(1):15-16.

［9］童颖.中国数字电视的多元化经营模式研究［D］.上海：上海交通大学,2007.

［10］吴佑寿.数字电视的现状与展望(Ⅱ)［J］.中国无线电,2004(4):5-7.