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DTTB融合方案的技术要点及测试(下)

2006-09-06 辽宁电视台 赵季伟 依马狮网


下篇:工程应用与测试

    【内容提要】 国家数字电视地面广播标准即将出台。深入了解国标方案,特别是进一步领悟从DMB-T候选方案,到DMB-T/H融合方案,直到CDMB-T国标方案的发展过程及其工程应用,将对颁布国标后的建设项目起到积极作用。本文通过上篇的“DMB-T/H技术要点”和下篇的“工程应用及实测”,简述技术方案和工程概要。

    【关键词】 CDMB-T  融合方案  带宽规划  单频网  核心芯片  测试

  
    (续上篇)
    发出上篇以后,DTTB国标又有了新进展:2006年6月2日,国家标委会分支机构、广播电视规划院标准委员会完成了对DMB-T/H融合方案的最终测试,并更名为“CDMB-T”。7月11日,国家数字电视领导小组通过了CDMB-T标准,并建议国家以强制性标准颁布。细微的变化能够直接反映了两点:一是突出强调了自主知识产权;二是仅限于地面电视广播的标准,至于手机的多媒体广播业务,则不包括在此规范内。本篇侧重于这两点。

三. DTTB工程应用要点
    (1)多载波模式的选择
    CDMB-T标准在多载波模式的基础上增加了快速傅里叶变换系数(IFFT)N=1的选项。但是,无论是N=1,或是N=3780,或是其它,在数字地面波传输中,引入保护间隔将如同引入冗余码元一样,必然导致系统频谱效率的降低。因而,对于一个确定延时的多径信道,系统的实际频谱效率为:

DTTB融合方案的技术要点及测试(下)

  
    为了在保持信息速率的前提下提高系统的频谱效率,有必要增加保护间隔,同时也增加了子载波的数量。

    在频域,无论发射机如何产生子载波,每个子载波的绝对频率均相同。这对TDS-OFDM调制提出了更高的要求,不仅要精确管理频域信号的上变频(即RF信道的中心频率),也要精确管理调制器的处理时钟,因为这个时钟的绝对精度与载波间隔密切相关,它的处理干净度将决定载波间隔的精度。只有这样,经过IFFT变换后的调制信号才能精确地被分配给多个子载波。

    然而,子载波数量并不是越多越好。除硬件成本将随之提高,DFT计算复杂度随之增大外,还会因限带系统的子载波间隔与其值成反比,子载波间隔越小,对时间选择性衰落和多普勒效应造成的频谱扩展、以及载波相位噪声就越敏感,越容易失去正交性。因此,在工程应用中需要对这些问题进行折衷考虑,所选择的量值应能分解成小基数的乘积,以便采用FFT蝶形算法。

    虽然子载波数目的选择不会影响传播能力,但还是要在最大化控制多普勒频移和最大化延迟回波之间做出折衷,以便对MPEG复用的传输比特流,分割到数千计的低比特率副载波上。从发射技术看,其频率精度可控制在几Hz范围内,而普通的移动接收机也有几十Hz多普勒频移的宽容度。另外,还要对频域传输指标预留一部分频带,以抵抗移动过程中信道引入的多普勒噪音。所谓多普勒噪音,是指由移动物体或者移动接收机(未做优化)反射所产生的回波,但这种回波不存在一致性,随地物及应用模式而变化。因此,合理选择载波数量十分重要。

    除了上述因素外,工程上还要考虑移动性、网络规划的灵活性等,因而,目前子载波数量的一般模式为2k、8k或4k,以适应不同应用需求。在移动性能方面,2k模式明显好于8k,但相对8k而言,2k的传输比特率损失要大得多。而在网络规划方面,对相当范围的地理区域构成单频率网络(SFN),以单一频率覆盖,若选择2k模式构成相同的覆盖范围,就需要较大的保护间隔,但它的符号持续时间和相应保护间隔却很短,使得网络规划和频率规划很难兼顾,从而制约了应用。因此,实际中并不采用2k模式的单频网,只在一些小型单频网上才偶尔用到,而8k模式适合于构成一个大范围的单频网。

    实践证明,4k模式能够在移动性能和网络规划的灵活性之间取得较好折衷。DVB-T系统原来只有2k和8k模式,后来的DVB-H系统(4k)以及日本ISDB-T系统(2/4/8k)都补充了4k模式。在CDMB-T标准中,推荐应用4k模式(3780个子载波),2K和8K以及单载波作为可选模式,在系统上兼容,以便获得更为广泛的工程应用。

    (2)系统码率的计算
    在地面波传输的数字电视信号中,所选择的调制方式、信道编码、保护间隔(帧同步)等有所不同,传输净荷带宽也随之不同。所以,应根据组网和业务的需要,合理选择调制方式、信道编码、保护间隔,并计算系统的应用净荷数据码率。
工程上应用CDMB-T标准计算净荷数据码率的公式如下:

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    式中:PN—帧同步大小(保护间隔),PN=420/595/945
    Ri—内码编码效率,0.4=3008/7488,0.6=4512/7488,0.8=6016/7488
    Rm—调制效率,Rm=2/4/5/6
    根据以上计算,CDMB-T系统传输码率的部分应用参见表3,其中红色部分是可选的推荐传输码率。

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    (3)有效带宽应用规划
    在确认调制方式、信道编码、保护间隔(帧同步)等参数以后,应根据所获得的有效传输带宽,进一步规划业务应用。各种不同的业务所占用的带宽可以通过复用器进行动态调整,以统计复用方式提高有限带宽的利用率。

    当然,信源编码的效率十分重要。在同样的带宽条件下,如果选择MPEG-2超级编码器,则能以2Mb/s以下的视频码率,传输主观评价同质的标清节目,而解码器一端无须改变。这是因为MPEG的编/解码标准只定义目标解码器,只要解码终端能够正常解码,则认为符合MPEG标准。于是,编码器的制造商开足马力研制高效编码器,以赢得市场的青睐。这是超级编码器产生的背景,但也确实为高效利用带宽资源提供了有效途径。表4列出了通常情况下各种广播服务的带宽分配和业务规划方案,供参考。

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    值得注意的是:表四所提供参考的频道规划,是建立在第一代信源编/解码基础之上,当选择国标AVS-P2的第二代视频编/解码方案时,有限带宽的利用率将提高2~3倍。这就是说,在单频组网的同等信道条件下,以16QAM调制的标清传输为例,可以规划12套以上的节目频道,那么,在模拟传输频谱规划的现有资源上,实现数字电视的无线“整体转换”,业已为时不远。

    (4)其它业务应用模式
    CDMB-T标准除了提供标清数字电视地面广播业务外,还能够提供如高清单频网服务、增值业务服务、手机电视等其它业务应用模式(详见表5)。

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