关于地面无线电视广播覆盖工程的几点认识20071109.doc

关于地面无线电视广播覆盖工程的几点认识盐城市广播电视局张赴盐城市广播电视局沙晓明电视是20世纪对人民生活最有影响的技术发明之一。世界上自发明电视广播系统以来，电视技术仅仅有过从黑白到彩色一次总体技术上的提高。数字电视技术被称作继黑白电视和彩色电视之后的第三代电视技术。随着数字技术、计算机技术、通讯技术的飞速发展，广播电视系统终于迎来了一次飞跃性的技术革命数字电视技术。数字电视原理介绍数字电视就是用离散的数字信号表示图像信息（相对于原有的连续的模拟信号而言）。从广义上讲，数字电视就是用数字方法摄取、记录、处理、传输、接收和显示电视信号。那么数字电视就是一个从节目采集、制作、传输，直到用户端，都要以数字方式处理信号的端到端的系统。因而数字电视系统，是一个集合概念，顾名思义，就是以数字化的方式传输、处理、显示数字化的节目源。数字电视传输有三种方式：卫星传输、有线传输、地面无线传输，本文着重探讨的是第三种传输方式。地面数字电视广播系统是整个广播电视体系中的重要组成部分。它与卫星数字电视广播系统和有线数字电视广播系统以及其它辅助系统一起相互协同提供全面的受众覆盖，是我国广播电视综合覆盖网中重要的组成部分。我国幅原辽阔，现尚有三分之二的电视用户要靠无线覆盖；另外，在自然灾害、战争等情况下，较之有线电视和卫星电视而言，地面电视是具有快速恢复广播电视覆盖能力的传输系统。 目前，世界上已有三种地面数字电视广播传输标准：采用8VSB调制的美国高级系统委员会ATSC标准；采用编码正交频分复用（COFDM）的欧洲数字视频广播组织DVB-T标准；采用频带分段传输正交频分复用（BST-OFDM）的日本NHK ISDB-T标准。 此三大标准中，ATSC标准为单载波传输系统，被美国、加拿大等北美国家和亚洲韩国等采用，能较好支持固定接收；DVB-T和ISDB-T均为多载波传输系统，其中DVB-T已被欧洲、印度、俄罗斯、新加坡等国家和中国台湾地区采用，能较好支持固定接收和移动接收；ISDB-T为日本地面数字电视广播传输标准，在采用COFDM基础技术的同时，对DVB-T做了部分改进，不仅能较好支持固定接收和移动接收，在一定程度上也能支持综合业务数据广播。现有的三种地面数字电视广播传输标准均提出较早，美国1995年提出的ATSC标准针对固定接收设计，为追求高的频谱利用率，数据帧结构块较大，从而信道估计与均衡很难跟踪上时变信道，不能支持移动接收；欧洲1997年提出的DVB-T标准原本也是为固定接收设计的，但由于应用了较多频域连续导频和散布导频，可支持移动接收。我国的数字电视地面传输标准是融合了上海交大ADTB-T方案、清华DMB-T方案之后，历时数年技术攻关以后提出来的。DMB-T方案 清华DMB-T方案采用时域同步正交频分复用(TDS-OFDM)技术，通过时域和频域混合处理实现快速、稳定的同步捕获和跟踪。DMB-T发明了基于PN序列扩频技术的高保护同步传输技术，并用其填充OFDM保护间隔，使系统的频谱利用效率提高10，并有20dB以上同步保护增益。采用的快速信道估计技术提高了系统移动接收性能。另外，针对采用多载波C0FDM技术的信噪比门限相对VSB单载波技术较差的问题，DMB-T采用了一种新的系统级联纠错内码和最小欧氏距离最大化映射技术，使采用多载波技术的系统信噪比门限获得lO以上的改善。在频谱利用率、CN门限、接收灵敏度、抗多径干扰能力以及同步时间等方面要优于欧洲DVB-T。 ADTB-T方案 上海交大ADTB-T数字电视系统其固定、移动接收指标全面突破了欧洲和美国的现有技术标准。其主要特点是：(1)单载波调制技术，峰均比低，受非线性失真影响小，对发射机要求低；(2)数据结构简洁、高效，在要传输的数据中插入了系统信息和预置信号，这样有利于迅速、可靠的系统同步和准确的信道估计，从而滤除多径接收中的反射信号；(3)TPC信道编码技术，编码效率高，有效地降低了接收门限；(4)采用双导频信号来恢复载波，时钟作为信道均衡参照。 中国标准化管理委员会于2006年8月30日发布了中国地面DTV标准(标准编号GB 20600-2006)，DMB-TH标准以TDS-OFDM技术为基础，以多载波技术为主，融合了单载波技术，在作为强制性地面标准的同时也可以用于移动电视。该标准支持高清晰度电视、标准清晰度电视和多媒体数据广播等多种业务，满足大范围固定覆盖和移动接收需要。该标准将于2007年8月1日起开始实施，到那时，移动电视会进入高速发展时期，人们也会充分感受移动电视所带来的新信息接收方式。同时这一标准的颁布标志着中国地面数字电视广播工程的正式启动。我国的地面数字电视传输标准的技术要求为：除了支持基本的单向广播外，通达扩展还能够支持非对称双向传输；支持室内外的固定接收和移动、便携式接收。其中，固定接收可支持高清、标清、数据等多媒体信息的广播；移动接收可以支持标清、数据等多媒体信息的广播。该技术系统本身具有较强的抗噪声、抗多径传输或反射、脉冲、单频、模拟和数字的同频和邻频等干扰的能力和快速捕捉信号、低延时、高速移动的接收能力，支持多频网和大范围的单频网组网。为了使数字信号在有限带宽的高频信道中传输，必须对数字信号进行载波调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。它们分别对应于用载波（正弦波）的幅度、频率和相位来传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制和角度调制的特殊情况。理论上，数字调制与模拟调制在本质上没有什么不同，它们都是属正弦波调制。但是，数字调制是调制信号为数字型的正弦波调制，而模拟调制则是调制信号为连续型的正弦波调制。在通信原理中把通信信号按调制方式可分为调频、调相和调幅三种。数字传输的常用调制方式主要分为：正交振幅调制（QAM）：调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。 键控移相调制（QPSK）：调制效率高，要求传送途径的信噪比低，适合卫星广播。 残留边带调制（VSB）：抗多径传播效应好（即消除重影效果好），适合地面广播。 编码正交频分调制（COFDM）：抗多径传播效应和同频干扰好，适合地面广播和同频网广播。（每套数字电视节目的平均码流是5Mbps，在频带宽度为30M时，采用QPSK调制方式，有效输出码流为38.7Mbps，这样，每个频点可播出7套节目。使用QAM64调制时，利用8MHZ的带宽，可以调制38Mbps有效码流，同样可以在一个频道中传输7套节目。所以，QAM调制方式在带宽使用率上远远高于QPSK。当然，QPSK的传输可靠性和稳定性也是远远高于QAM。）对节目数字化并进行复用，在一个8MHZ标准带宽中可以传6-8套节目（64QAM方式），这是我们优先考虑的方式。地面数字电视广播系统组成地面数字电视系统由前端系统、发射系统和接收系统组成。 前端系统 前端系统是整个系统的核心部分，主要完成节目的制作、编辑、播出、视音频编码、数据协议转换、码流复用等。解决信号源的来源和处理。 前端系统主要设备和软件有：音、视频MPEG编码器，数字视频码流服务器，播出控制软件，码流发生器，单频网适配器，GPS同步钟源和数字信号传输设备等。发射系统 发射系统由传输网络和发射台组成。其主要任务是组成单频无线网，以便实现复杂地形条件下的地面广播覆盖。 在某个区域范围内，采用一个频点播出，多个发射点支持，组成所谓的单频网是比较理想的地面覆盖模式。当然也可以根据需要而建成多频网。解决信号的交通问题。传输网络（主要是上接前端系统的单频适配器，下连单频网同步系统的传输，是整个发射系统内的一部分），由发送网络适配、网络分配、接收网络适配等部分组成。它的主要功能是选择合适的传播媒体及其对应的收发适配器，如光缆、微波等，从而进行点对点或一点对多点的分配，以及为各部分提供各类接口，例如：ATM接口、SDH接口、PDH接口等，并完成码流的恢复和同步，确保路由安全。 这儿着重说一下单频网(SFN，所谓的单频网，是指同一个覆盖区内，多部发射机在同一时间，用同一频率，发射同一节目，以实现良好的区域覆盖，非常有利于节省频率资源且频谱的利用率也大大提高)：它的实现就是在数字码流中插入一个MIP包以传输同步信号，各节点的调制器将信号进行抗干扰处理后调制成IF信号，再由发射机将IF信号变频为RF信号后进行功率放大，最后通过内部传输网络发到各个发射点。发射系统将传输网络送来的TS码流，直接送入激励器进行调制、变频，输出射频信号，再经发射机进行功率放大，通过天馈系统进行无线发射。建设一个单频网，要考虑到三个严格同步：时间，频率，码元。 接收系统 使用最广泛的当是数字电视接收机，但基于我国目前模拟电视机数量巨大的特点，在过渡期内可能采用机项盒的办法来解决接收问题，当然也不排除以后会有越来越多的一体化电视机，即内置数字接收解码器的电视机。移动接收设备当然是手机、MP4、笔记本电脑和目前很多城市公交车上的液晶显示屏莫属。这儿还要多说几句，地面数字电视广播随着发展，以后还会出现CA（CA(Conditional Access)-有条件接收）系统，SMS（用户管理系统：Subscriber Management System）系统等，只不过在近几年出现的概率很小。地面数字电视设备目前状况：发射机目前，国内有吉兆电子、北京北广电子、德国的RS、日本的东芝等公司都有生产和供应。接收机接收机的核心是芯片，现在国内有3家公司推出支持国标模式的芯片，还有3家公司宣布将推出支持国标的芯片；且有40余家机顶盒、电视机生产厂家完成了接收机的设计并可以批量供应各种形式的机顶盒、一体机。测试设备目前，国内有北京兰拓扑、德国RS、日本营电、日本芝测等公司推出了支持国标全模式的测试发射机设备。国标使用情况：为了配合奥运会，国标实施的试点城市6+2是：北京、上海、天津、秦皇岛、青岛、沈阳及深圳、广州。香港电信管理局已经正式宣布采用PN945 64QAMFEC0.6多载波模式进行广播，在2007年内可达到20万用户；大连国标移动电视、数字音频广播从9月3日起开播，它是按照国家颁布的新标准，对原有设备进行战略调整的新技术成果。当地用户通过符合接收要求的各种终端如手机、MP4、笔记本电脑、口袋电视等都可以收听收看高质量的一套电视、七套广播节目，并将逐步享受到更多的广播电视节目和数字多媒体信息服务；武汉9月开通面向公共场所城市频道，采用先进的数字传输技术，实现了无线地面数字电视覆盖，目前已经覆盖了全城所有的户外公共场所的液晶显示屏和LED大屏幕显示屏；黑龙江采用PN420 64QAMFEC0.6多载波模式，进行村村通广播试播，评价较高，现已准备大规模推广和普及；江西采用PN420 QPSK FEC0.4多载波模式进行广播试验，着眼于大范围的覆盖和移动接收；青岛采用PN420 QPSK FEC0.4多载波模式进行广播试验，着眼于复杂条件下大范围的移动接收；广州采用PN420 16QAM FEC0.4多载波模式，支持固定和移动接收；云南采用PN420/945 16QAM0.8模式，考虑在固定接收和移动接收之间实现平衡，实现单站大功率覆盖；四川目前正在组建全省范围的单频网，第一期工程的17个骨干发射台已经建成，具备了开通条件，覆盖面积5万平方公里，人口3200万；重庆采用PN420 64QAM FEC0.6多载波模式，已经试播地面数字电视，拥有2台发射机，一台是东芝，一台是成都新光微波，覆盖半径为60公里，涉及3县1市，目前正处于技术实验阶段。（世界广播电视2006.11P52）江苏和湖南正在进行全省性的单频网和邻频播出试验。世界广播电视2007.8P70要特别指出的是：上述几家方案采用的都是多载波方式C3780。在8月的北京BIRTV展会上，上海高清数字公司展示了基于国标的地面数字电视产业链上各个环节的主要产品，包括：国标芯片、国标数字发射机、国标全制式调制器、国标高清全模式一体机、国标机项盒、国标测试设备等。另据资料介绍，在安徽凤阳、河南安阳、上海崇明、湖南株州等地也有地面数字电视发射系统在试验运行之中。最近，以国家地面数字电视标准为核心的高清数字电视信号在深圳正式播出。这意味着国标地面数字电视终于落地。据预测，地面数字电视将在2008年达到高潮，而国标地面数字电视落地城市的数量也将陆续增加。国内终端厂商已经推出了一系列相关产品，包括内置接收芯片的数字电视一体机、高清机顶盒、移动多媒体播放器以及为普通电脑配备的接受装置。预计到2010年，地面数字电视接收设备将超过3亿台，地面数字电视普及率最高将达到80%。现状分析：已经颁布的地面数字电视广播传输标准是国家强制性标准，但是目前的国家标准仅解决了信道的传输部分，要正式开展地面数字电视业务，还需要节目传输接口、多媒体数据格式、节目复用、发射机及接收终端等一系列配套标准，还要产业部门的设备产业化准备，才能真正开展地面数字电视广播。此外，在我国地面数字电视国标支持的330种工作模式、33种传输码率中，据相关资料分析：在全部模式中，有工程价值可以进入实践的基本是只有12种，加上可能的补充、扩展和完善，至多在18种左右，它们是国标中的“精髓”。目前总局正协调配合设备生产部门加快推进发射机、接收终端、芯片以及测试仪器等完成产业化的准备。在发射机和接收机没有进行入网认定的情况下就盲目推广，对今后的地面数字电视发展是不利的。国家广电总局有严格指令：任何不符合国标的设备均不得投入使用，对于擅自进行地面数字电视技术试验和非法使用电视频道情况要坚决予以制止并上报总局。张海涛局长曾严厉指出：“各地开展的地面数字电视试验，必须与国家确定的地面数字电视标准相衔接。未经总局批准，不得擅自开展地面数字电视。”因此，我们可以这样理解：任何地方要想上地面数字电视广播，都必须得到国家广播电视主管部门的同意，技术和设备都必须符合国家强制标准。这样说来，虽然国标要求于2007年8月1日正式实施，但事实上，地面无线数字电视还面临着许多实际问题：一、 配套标准问题。目前我国颁布的地面数字电视国家标准是地面数字电视传输的基础标准，主要是信道传输部分，而地面数字电视是一个从传输、发射到接收的完整系统，所以要正式开展地面数字电视业务，还需要国家有关部门制定相应的配套标准，主要包括组网、信号传输与分配接口、发射机、接收机等配套标准（计有十七项之多：地面数字电视传输配套国家标准地面数字电视广播标准实施指南、地面数字电视广播系统技术要求和测量方法、VHF/UHF频段地面数字电视广播频率规划准则、数字电视中间件规范第一部分：系统，地面数字电视传输配套待业标准地面数字电视广播单频网技术要求和实施指南、地面数字电视广播覆盖评估及测量方法、地面数字电视发射机技术要求和测量方法、地面数字电视标准接收机技术要求和测量方法、地面数字电视广播监测技术规程、地面数字电视传输流复用和接口技术规范、地面数字电视广播单频网规划准则、VHF/UHF频段地面数字电视业务与固定、移动业务共用技术标准、地面数字电视调制器技术要求和测量方法、地面数字电视单频网适配器技术要求和测量方法、地面数字电视广播业务信息规范、地面数字电视广播电子节目指南规范、地面数字电视系统数据广播技术要求），目前绝大部分还没有公布实施；二、 产业准备。从目前国外现有的实践来看，地面数字电视从颁布标准到商业推广，还需要相当的时间来推进芯片、发射机、接收机等相应产品设备的规模化、商业化应用。没有商业化的数字电视设备（包括发射、传输、接收、测量等），地页数字电视的推广是难以进行的。像国庆五十周年进行的高清电视播出那样，只具有实验室意义。三、 接收机问题。由于我国广大人民群众家中现在根本没有真正意义上的数字电视接收机，即使电视台开播了数字电视，现有的接收机仍是无法接收数字电视节目，即使开发出无线电视机用机项盒，它的推广也不可能是一帆风顺，我们可以借鉴有线数字电视推广的经验来看，这不能不说是一个巨大的挑战或困难。四、 尽早确定推广应用的几种工作模式和覆盖网规划参数，同时进行频率规划，组织制定实施方案和相关政策，以及配合大力推进设备产业化等等，要做的工作实在是很多很多。综上所述，我国的地面无线数字电视广播有一个从标准颁布、频率规化，到产业准备、技术试验、大规模推广的完整过程。参照国外的实践经验，模拟与数字电视同播的时间不低于十年。况且我国还是一个发展中国家，经济水平和人均收入水平都较低，再加上我国经济区域发展极不平衡，这就决定我国地面数字电视的发展、或是说模拟电视向数字电视过渡将是一个长期的过程，也就是说，模拟电视与数字电视同播将长期存在。而且总局已经明确：地面数字电视是提供广播电视公共服务的基本手段，在任何时间，都要确保公民能够普遍接收到广播电视节目，不能因为技术转换而中断基本的公共服务。因此，从长远和近期相结合的考虑，总局布署2007年地面数字化重点工作是：抓紧制定地面数字电视的配套标准的技术政策，抓紧进行技术试验，确定技术参数，抓好重点地区的频率规化和重点城市的试点工作，保证明年北京奥运会期间正式开展地面数字电视业务。就我们看来，推进地面数字电视，目前最迫切的工作，是加紧做好标准的配套工作，加快相关设备的标准制定和认证测试规范；认真做好地面数字电视广播的频率规划。对于地面数字电视来讲，规划工作非常重要，有一个好的规划，事业就成功了一半。规划涉及的内容很多：频率规划；准备开展什么业务规划（HDTV、SDTV、音频、视频、数据广播和交互业务、视频业务及多媒体服务等）；为支持各种接收（固定、便携、步行或高速移动接收等），选择哪些主用工作模式；单频网如何组网，要不要采用同频道覆盖扩展器/缝隙填充器；如何开展国标的扩展应用；数字节目、模拟节目同播和地面节目、手机节目同播等等。由于技术方案涉及的选择和可能变化比较多（就地市级来讲，十几种选择还是太多了一点），还要考虑当地的地理环境和其它因素，最好由省一级考虑统筹规划，最低也要由市一级规划，切不可自行其事。香港已经走在前面，是一个非常好的范例。还要提一下的是：地面传输标准更主要覆盖的地区是有线电视难以覆盖的地区，而地面数字电视还能开展有线数字电视不能开展的移动等服务，所以地面数字电视和有线数字电视是互补的关系，随着国家直播卫星的升空，我国将出现卫星、地面、有线数字电视广播并存的新局面。关于地面数字电视使用的频率问题：因为数字电视与模拟电视相比有巨大的区别，特别是在接收上的陡峭效应，因而现在我们使用的模拟电视频率规划，很明显不适用于数字电视。再说，频率资源是全社会的公共资源，是由政府管理和控制的不可再生资源。目前总局正在组织力量全力进行数字电视的频率规划工作。因为中国广电实行属地化管理，加上广电原有分级管理各自为主的体系，摸清各地的频率实际使用情况工作量巨大且极容易发生不良的竞争的局面。特别是无线数字系统又依托广播电视行业在模拟广播时代所积累的各类发射台站等资源。这些资源大部分是历史上“四级办”电视的产物，现在要把这些已沉淀多年的技术设施等资源重新最大限度地发挥作用，只有在一个大区域范围内统一运营体系的条件下才能实现。2006年，广电总局对全国几千个台站的频率使用情况进行了详细调查，并对6个奥运城市的频率进行了初步规划。但是，只要没有完成试验测试工作，就无法确定每个发射机的功率覆盖范围，无法确定对现有模拟电视和规划中的数字电视信号造成的干扰情况，因此全国频率规划还无法进行。因此，对于运营商密切关注的地面数字电视的频道使用问题，国家广电总局规划院负责人表示，“如果没有通过审批擅自占用频道开展地面数字电视业务，在频率规划中将无法保证其合法性，非法占用的频道将要调整。”这也从另一个侧面说明，数字电视虽然已经迫在眉睫，但仍要保持一份清醒的头脑。我们的设想我们盐城市总面积约1.7万平方公里，但地形是东西短，南北长，最长处约200公里，最短处只有不到100公里，这样的地形决定了我们的全市覆盖最好采取多载波工作方式、多点发射、二个频点的同频网模式（如果只有一个频点即是单频网）：即在盐城市设一个中心台站，将全市各县（市、区）的自办节目上传到中心站，在此集中打包复用后，用光纤传输到各个发射点，经严格同步以后发射：在我市范围内采用同样的频道播出同一节目。为什么采取这样的方式，基于这样的考虑：模拟电视时代，一个电视频道占用8M带宽，只能播出一套节目，而数字时代，同样的8M带宽，可以播出近十套节目，为确保质量，至少可以播出八套节目，那样一来，一个县用一个频道岂不是太浪费；我市共有九个县（市、区），每家自办一套节目，加上市办三套节目，再加上中央一套，中央七套和省一套也不过是十五、六套节目，完全可以在二个频点内全部播出。根据地面数字电视的技术要求，大概只要三至四个发射点即可完全覆盖我市全境。届时，从东台开出向响水的公共汽车（或者响水向东台开出的汽车），都可以一路收看我市的数字电视广播，而根本不用换频道，方便得很。我市所有的出租车，公交车，内河船只，私家车，甚至手机都可以方便地接收我们播出的数字电视节目。而且无论你身在我市哪个地方，都可以方便地收看自己家乡的电视节目，关心家乡的情况和变化。也为各个县级台扩大收视范围作出了贡献（当然也带来了更激烈的竞争）。最后借用我们广电的老专家杜百川的话：我国原来计划模拟电视发射到2015年底开始关闭。2006年有101个国家在日内瓦签署协议，也定在2015年共同关闭模拟电视，这里面大多数是亚洲国家、欧洲国家、非洲国家和阿拉伯国家。尽管我国地大，情况复杂，也不可能拖到最后一个。这说明的是时间紧迫，时不我待。值得注意的是，总局今年又下发了一个2007年8号文件，要求任何单位不得擅自进行地面无线数字电视技术实验。总局认为：现在地面数字电视国标系统的技术应用试验进展缓慢，并导致配套标准制定和频率规划工作滞后于总局的工作计划。总局认为现在市场上没有完全符合国标各主要工作模式的发机、接收机和测试仪器。因此，总局要求：对于地面数字电视试验情况要进行认真的检查，严格管理，严肃纪律，明确责任，确保广播电视安全播出，确保地面数字电视健康有序发展。据介绍，广电总局目前已经成立了地面数字电视标准实施领导小组，下设技术政策、技术标准、频率规划、技术试验、节目政策和经济政策等6个工作组，负责组织完善地面数字电视技术配套标准。张海涛8月份强调：加快地面数字电视国标的实施。去年8月，我国颁布了地面数字电视国家标准，并要求今年8月1日正式实施。目前地面数字电视国标的测试和试验工作还在进行，配套标准还在制订，符合国标的发射机和接收机还在产业化过程中，国标的全面实施要推迟一段时间。一旦国标设备测试完成和配套标准制定完成后，总局将统一部署，全面推动国标的实施。地面数字电视国标属于强制性标准，我们各级广电部门要坚决贯彻执行，避免出现反复，造成浪费。在推动我国地面数字电视的发展中，第一位的是确保公共服务，保持模拟与数字并存播出，保证人民群众的基本视听权益不因技术的改变而受到影响。在此基础上，再开发新业务，满足新需求。表1 各国数字电视的主要标准地面数字电视信号播出之后，用户可以通过相关的接收设备来收看免费高清数字电视。 地面数字电视信号播出之后，用户可以通过相关的接收设备来收看免费高清数字电视。深圳发出的国标多载波信号将覆盖香港大部分地区。据了解，年底前香港地区无线电视与亚视电视也将全面播出采用相同国标技术的高清及标清节目。一直以来，包括北京在内的我国很多地区，在公交、出租车上的电视信号，都是使用欧洲地面数字电视标准。具有我国