数字电视地面广播系统实践(上)

邹元祥先生，上海广播科学研究所所长；
惠新标、倪伟先生，高级工程师

　　关键词：数字电视　地面广播　单频网　MPEG　DVB-T

概述

　　从模拟转向数字方式是广播电视发展的必然趋势。数字电视(DTV)地面广播已经走出实验室，开始产业化。上海文广集团紧跟数字化潮流，敏锐地捕捉到DTV地面广播的发展前景，适时提出了在上海开展DTV车载移动接收广播。采用这一广播方式，不仅可以充分发挥数字广播容量大、传输效率高等优点，而且灵活性高，可以进行实时电视节目广播。为此，必须建立系统平台，其目标是：DTV广播覆盖上海市区，并实现DTV节目的车载移动接收。

系统设计目标

　　 在技术上，要求用一个无线电视频道传输一套以上电视节目，以后还可能增加多媒体应用；节目和应用要覆盖上海地区，以实现各种车辆的移动接收。

　　 数字地面电视系统主要由以下部分组成：

　　 (1)前端系统，主要完成节目的制作、编辑、播出控制、视音频编码、数据协议转换、码流复用、单频网适配等任务。

　　 (2)传输网络，主要任务是将数字电视码流传输到发射系统，并完成码流的恢复和同步等。系统前端一般与发射系统不在同一处。在单频网模式下，一般有多个发射系统。

　　 (3)发射系统，主要任务是对输入的码流进行同步调制、变频、放大、滤波、信号合成，然后通过馈线送至天线进行传输。

　　 (4)接收系统，主要任务是对所收到的高频调制信号进行变频、解调，得到数字电视码流，再进行解复用、解码，并结合相应的控制，完成用户所要求的功能。

方案选择

　　 制式和覆盖方式

　　 迄今，国内有关数字电视地面广播制式的标准还没有形成，而国际上能够应用的DTV地面广播制式有DVB-T，ISDB-T和ATSC。其中ATSC是采用单载波方式(VSB)，抗多径干扰和抗多谱勒效应能力不够强，难以建立单频网和进行移动接收。ISDB-T虽然能够满足单频网和移动接收的应用要求，但是该技术应用较少，接收模块和前端设备都比较少。最终我们选用了DVB-T制式，采用COFDM数字调制方式，并选用2k模式以满足移动接收的要求。
　　 在覆盖方面，因为上海城区环境对电波传播很不利，为了防止一些特定方向上的信号阻挡和衰减，决定采用单频网。而在此之前，在国家计委的支持下，上海建立了DTV地面广播试验平台，并启用了位于东方明珠发射塔的39频道DTV发射机。从已有平台的测量看，也需要建立单频网进行覆盖。

　　 视频编码方式

　　 使用DTV地面广播实现移动接收，对视频编码的要求比较高。因为用于移动接收的有效带宽比较小，在保证良好覆盖的情况下，采用MPEG-2压缩方式在现有条件下只能传输一路实时节目；虽然也有一些压缩方式可以达到较高压缩率，能够实现在一个现有电视频道中发送多路节目，但是它们还都不成熟，特别是没有现成的接收机。为此，我们采取了分步实现的方法：在初期，采用MPEG-2实现一路节目的传输，目的是为了迅速推广应用；与此同时，开发基于其它压缩方式的接收机，在条件成熟时再基于这种压缩方式进行DTV地面广播，并逐步替换MPEG-2节目。目前使用的是MPEG-2视频压缩系统，其它视频压缩系统在开发中。目前码流中已经加入MPEG-4压缩流，用于开路试验。

系统实施

　　 根据系统的要求并考虑到现有技术条件，总体方案分四步实现：

　　 (1)采用一个发射点，基于目前成熟的视频编码方式进行一套节目的DTV地面广播和移动接收试验。

　　 (2)根据试验结果，结合理论分析进行网络规划，试验并完成单频网的建设；同时对接收效果予以改进。

　　 (3)研制基于新的高效压缩方式的前端和终端系统，试验可以进行多套节目传送的DTV地面广播和移动接收。

　　 (4)根据要求，在某些信号接收效果较差的区域及特殊地区采用小功率发射机进行补点，改善覆盖效果。
单频网规划和实施

　　 单频网规划是一项非常艰巨的任务，需要对覆盖进行接收测量，以掌握电波传播的特性和各点电波的直射、反射等多方面的情况。据说新加坡完成这项工作花了一年多的时间。国外虽有专门从事这方面测量和分析工作的公司，但收费很高。

　　 我们的基本思路是：理论和实践相结合，充分利用文广集团现有传输资源，经济地组建单频网。事实上，无论是模拟电视、还是数字电视，其电波传播的理论是相通的，只不过在接收门限电平和对回波处理等方面的要求有所不同。通过大量的实测，我们掌握了上海东方明珠发射塔上单机工作时市区覆盖盲区的数据，根据实际情况适当增加发射点，从而找到了一种经济、快捷和可操作的方法。
基本状况

　　 在东方明珠发射塔，39频道的小功率数字发射机与38频道的模拟发射机共用一付天馈系统。因为38频道的覆盖范围和要求与39频道不同，架设在塔上420m高处的UHF天线的波束倾斜角不符合39频道的市区覆盖要求；而要在塔上再架一付符合39频道覆盖要求的天线也非常困难。因为塔上没有可安装无方向性天线的位置，只能利用现有的天线，这样就增加了小功率数字发射机进行DVB-T电视覆盖的困难。
（待续）

摘自《世界广播电视》